多水源補給對白洋淀濕地水動力的影響

曾慶慧,胡 鵬,趙翠平,龔家國,劉 歡,楊澤凡

中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室, 北京 100038

白洋淀是華北平原最大、最典型的淡水淺湖型濕地,具有完備的沼澤和水域生態系統,被譽為“華北之腎”。廣闊的水面和沼澤濕地對維護華北平原生態系統平衡、調節區域氣候、補充地下水源、調蓄洪水,以及保護生物多樣性和珍稀物種資源等方面發揮著重要作用。近年來,白洋淀流域面臨著水資源衰減顯著、主要河流大面積斷流、地下水超采嚴重等水資源保障問題[1]。20世紀70年代開始,白洋淀水面面積開始萎縮,并呈現破碎化趨勢,特別是1984—1987年連續4年完全干淀,隨后淀區水位基本依靠外調水補給維持。1995—1996年連續兩年洪水補淀后,白洋淀幾乎年年逼近干淀警戒水位,進入了頻繁補水以維持基本生態功能的階段。20世紀80年代以來,先后實施了“引岳濟淀”、“引黃濟淀”等應急補水措施,1998—2006年上游水庫連續9年向白洋淀補水,2006年以后則主要依靠每年調引黃河水補給白洋淀,勉強維持淀區生產和基本生態需求[2]。在京津冀協同發展和雄安新區建設的戰略背景下,白洋淀的生態地位和生態價值更加凸顯,加強流域水資源保障意義重大。雄安新區一大核心目標是“打造優美生態環境,構建水城共融的生態城市”,白洋淀作為雄安新區賴以持續發展的重要生態屏障,維系淀區穩定補水量、改善流域水環境狀況以及保證水生態系統健康發展顯得尤為重要。

目前國內外學者對水動力的研究主要采取數學模型和數理統計的方法,大量的數值模擬軟件已得到廣泛推廣和應用,如EFDC模型、MIKE系列模型、ROMS模型等[3- 6]。宮雪亮等[7]基于MIKE 21構建了南四湖水動力水質模型,分析了多情景下南四湖上級湖內水量水質響應關系。賈瑞鵬等[8]建立萬寶湖水動力和水質二維耦合模型,分析了萬寶湖的水動力條件變化特征及其對于水環境中各種污染物遷移轉化機制的影響。竇明等[9]應用MIKE 21建立大慶市龍鳳濕地二維水動力和水質耦合模型,研究提出濕地水質改善的優化調控模型。龔然[10]基于EFDC模型分析了南京市天印湖水動力條件對水質變化的影響。郁片紅[11]基于MIKE 21水動力模型,以湖泊典型污染物COD為指標,對琵琶湖水動力增加的工程措施進行方案比選。路洪濤等[12]研究了城市湖泊的人工水循環對水環境的改善效果,通過人為設定不同的進、出水口位置以及組合,調節換水量和換水時間等方式,改善城市湖泊的水動力條件。熊鴻斌等[13]基于MIKE 11模型建立了潁河一維河網水動力和水質模型,分析了補水流量、補水水質、補水水位和補水方式等調整措施對河流水質的影響。Li等[14]利用MIKE 21模型建立了東湖水動力模型,對流域內水動力及水質演變規律進行了分析。Kafrawy等[15]對地中海區域部分沿海湖泊構建了水動力模型,探究了淡水流入和交換對海洋的相對重要性以及它們對鹽度、環流模式、營養物來源和分布的影響。Li等[16]結合水動力模型與統計方法研究了鄱陽湖洪泛區9個季節性湖泊的水文連通性及其與水質的關系,結果表明水文連通性可能是控制季節性湖泊間水質動態變化的關鍵因素。以上研究都是以水動力模擬為基礎,旨在研究與水動力過程相關的水質演變趨勢或富營養化狀態,因此方案設置及比選都是以改善水環境為重點,而不是以改善研究區水動力條件為目的,單純針對湖泊水庫水動力改善的研究較為少見。

本文所采用的MIKE系列模型由于采用非結構網格,能夠處理復雜的邊界條件等優點,已廣泛應用于港口、河流、湖泊、河口及海岸的水動力模擬研究。楊永森等[17]利用MIKE 21水動力模型,模擬了上秦淮濕地水動力過程,為制定南京上秦淮濕地生態補水量及補水的水循環方案提供了參考。胡廣鑫[18]等基于MIKE 21模型模擬和預測了不同補水和分配方案對東昌湖流速變化的影響,以確定較優的生態補水方案。趙通陽等[19]建立了象湖水動力學模型,模擬了不同補水換水方式下的流場分析及對湖區水動力條件的影響。Gurumoorthi等[20]通過MIKE 21水動力模型模擬了在潮汐和風力驅動下Kanyakumari海岸的表面流場,通過對東北和西南季風的一系列情景分析,探究了該地區的環流情況。Acharyulu等[21]通過MIKE 21水動力模型模擬研究了Upputeru海峽流場的重要影響因素,并揭示了近岸河口移動的根本原因。Lopes等[22]利用MIKE 21模型對Ria de Aveiro湖進行了研究,并證明了該模型可作為生態系統管理的有效工具。Ferdous Ahmed[23]通過建立MIKE 11水動力學模型全面分析了加拿大里多運河下游河段的水動力情況。以上水動力模擬相關研究主要探究了影響水動力的主要因素及生態補水方案和補水效果,而對于生態需水量的確定以及如何通過大規模調水工程補水來改善水動力條件的研究尚不多見。同時,對于本文研究區白洋淀濕地的研究主要集中在白洋淀景觀動態變化、生態系統健康評價、水文過程及水質演變、沼澤化驅動機制等方面[24-28],還沒有針對多水源補給對白洋淀濕地水動力影響的系統研究。

當前,京津冀協同發展和雄安新區的開發建設為白洋淀的生態修復和保護帶來了重大歷史機遇。在《河北雄安新區規劃綱要》中明確指出白洋淀要實施生態修復,恢復淀泊水面,建立多水源補水機制,統籌引黃入冀補淀、上游水庫及本地非常規水資源,合理調控淀泊生態水文過程。本文以白洋淀為研究對象,基于MIKE 21 FM構建淀區二維水動力模型,綜合考慮白洋淀濕地的剛性需水與彈性生態需水,探究引黃入冀補淀、南水北調中線、南水北調東線應急調水以及上游水庫聯合補水等多水源補給情景下白洋淀水動力條件的改善情況。研究結果為白洋淀濕地水資源保障和促進淀區水體循環流動提供了科學依據,同時也為構建雄安新區藍綠交織、清新明亮、水城共融的生態城市提供重要基礎支撐。

1 研究方法

1.1 研究區概況

圖1 研究區地理位置及出入淀河流分布圖 Fig.1 Geographical location of the study area and the distribution of the inflow and outflow rivers

白洋淀(115°38′ E—116°07 ′E,38°43′ N—39°02′ N)主要位于保定市安新縣境內,地處暖溫帶大陸性季風氣候區,四季分明,年降水量550 mm,主要集中在7—9月[26-27]。淀區總面積366 km2,南北長39.5 km,東西長28.5 km,為華北地區典型的草型淺水湖泊,也是大清河水系中重要的蓄水樞紐[24]。白洋淀2011—2015年平均水位6.4 m,平均水深2.3 m,多年平均水域面積約占淀區總面積的41%[25]。淀內主要由小白洋淀、馬棚淀、燒車淀、藻雜淀等大小不等的143個淀泊和3700多條溝壕組成,構成了淀中有淀,淀淀相通,溝壕相連,農田和水面相間分布的特殊地貌。淀內地勢平坦,總地勢自西向東略有傾斜,地面自然坡度1/200—1/2000。流域水系呈扇形分布,其中南支諸河直接匯入白洋淀,主要河流有潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河等;北支為白溝引河,下游出口由棗林莊閘和趙北口溢流堰控制(圖1)。

1.2 數據來源

白洋淀淀區范圍底部地形高程數據為項目組實測。水文數據來自河北省水利廳,主要包括2015年1—12月白洋淀入淀河流(潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、白溝引河)及下游出口棗林莊閘的逐日流量及逐日水位時間序列數據。氣象數據來自中國氣象數據網,主要包括河北省保定站(區站號54602)2015年1—12月逐日平均降雨、蒸發、風速風向數據。王快水庫、安各莊水庫和西大洋水庫歷年調水補淀數據參考《白洋淀沼澤化驅動機制與調控模式》。

1.3 模型構建

圖2 研究區底部高程圖及網格劃分結果 Fig.2 Bathymetry and meshing results at the bottom of the study area

本研究采用丹麥水利研究所(DHI)開發的MIKE 21軟件構建二維水動力模型,MIKE 21主要作為區域流場的水動力數學模擬和其他模型模擬計算的基礎,在平面二維自由表面流數值模擬方面具有強大的功能[29]。MIKE 21廣泛用于河流、湖泊、河口、海灣、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及環境等方面。采用非結構化網格對淀區進行劃分,共生成了2701網格和1582個節點,研究區底部高程及網格劃分結果如圖2所示。模型采用動態時間步長120 s,結果表明該步長可以保證模型的精度和穩定性。

在所有可獲得的數據中,2015年是包含完整的建模所需時間序列數據年份最近的一年,因此選擇2015年的數據對模型進行率定和驗證。此外,由于預測時輸入的邊界條件為情景設置的定值,通過預實驗發現模型經過一定時間的熱啟動后在短期內即可趨于穩定(不超過10天),因此選擇2015年1月至6月對模型進行率定,2015年7月至12月對模型進行驗證,該時間跨度足以保證模型預測的精確性。初始條件水面高程設為6.58 m,水平速度和垂直速度均為0 m/s。邊界條件包括白洋淀濕地出入流的逐日平均流量時間序列和十方院逐日水位時間序列。反復運行模型并調整水動力參數直至模型誤差達到可接受范圍內。為了衡量模型的模擬結果,本文采用平均絕對誤差(MAE)和均方根誤差(RMSE)：

(1)

(2)

式中,Xobs為實測值,Xsim為模擬值。MAE值和RMSE值的大小代表模擬值與實測值的吻合程度。

為了保證模型運行的穩定性將克朗值(CFL number)設置為0.8,干水深設置為0.005 m,淹沒水深設置為0.05 m,濕水深設置為0.1 m,以上參數均采用模型推薦值。干濕水深用來判斷單元網格是否參與到模型的計算中來,MIKE 21可以根據每個網格的水深情況調整計算條件,靈活調用公式參與計算[30]。渦黏系數(Eddy Viscosity)選用Smagorinsky公式,Smagorinsky系數取值0.28。底床摩擦力選用曼寧系數(Manning Number),取值16 m1/3/s。其他沒有設置的參數采用默認值。

1.4 情景設置

根據《白洋淀水資源保障規劃(2017—2030年)》,白洋淀恢復到7 m的目標生態水位時,能夠滿足防洪、生態、景觀建設及水環境等多方面需求對應的生態需水量為3.2—4億m3[31- 32]。其中,剛性需水量約為2億m3,剛性需水是為了維持淀區基本水位不下降,必須要保障的生態需水部分,主要是指淀區蒸發耗水量和下滲水量兩個方面,其中蒸發又包括水面蒸發和陸面蒸發蒸騰。彈性需水指的是用于改善淀區水動力條件和水生態環境質量的生態需水部分,目的是為了改善和提高淀區水生態環境,具體由淀區水生態環境狀態確定,在一定范圍內能保障的彈性生態水量越多對水動力或水生態環境改善效果越好。白洋淀6.8 m汛限水位對應的庫容為3.2億m3,7 m水位對應的庫容為3.6億m3,考慮到未來的清淤措施,7 m目標水位下的庫容可能進一步增加到4億m3。按照每年換1次水的頻率估計,則在剛性需水之外,至少還需要1.2億—2億m3的彈性生態需水[31]。為了保障2020年白洋淀達到地表水Ⅲ類標準的目標,近期在保障剛性需水基礎上,必須充分考慮彈性用水需求,建議2020年前保障生態需水4億m3,隨著流域和淀區污染治理任務逐步完成,彈性需水可逐步減少。

近期白洋淀2億m3剛性需水主要依靠引黃入冀補淀工程保障,彈性需水主要依靠上游王快水庫、西大洋水庫、安各莊水庫、南水北調中線、南水北調東線應急調水等相機補水保障,維持白洋淀生態水量需求和良好的水動力條件[31]。實際引水量視黃河水情、河北省引黃計劃等綜合情況確定。為了探究不同水源補給情況下對白洋淀濕地水動力影響,共設置了8種情景,見表1。其中情景2和情景3是河道補水,按照2億m3的估算值設置。情景4和情景5中彈性需水的量是根據研究目的和實際情況設置的。情景4是為了探究各大水庫以最大潛力補水的情景下對白洋淀濕地水動力的改善情況,根據安各莊、西大洋和王快水庫歷年最大補水潛力設置,共補水2.1億m3。情景5是根據《南水北調東線一期工程向北延伸應急供水方案研究報告》設定的,其中指出南水北調東線應急調水僅考慮重要濕地生態需水,應急供水量為1.36億m3。

表1 白洋淀濕地補水情景設置

2 結果與討論

2.1 水動力率定驗證結果

圖3顯示了MIKE 21模型逐日水位率定和驗證的結果。由圖中可以看出率定期水位模擬值與實測值吻合得非常好,絕對誤差在-0.03—0.15 m范圍內,平均絕對誤差為0.086 m,均方根誤差為0.095 m。為了驗證水動力模型的可靠性,在率定好的水動力模型的基礎上,用2015年7月至12月逐日水位數據對模型進行驗證。如圖所示,驗證期淀區實測水位與模擬水位吻合較好,絕對誤差在-0.19—0.03 m范圍內,平均絕對誤差為0.091 m,均方根誤差為0.101 m。結果顯示白洋淀濕地入流、出流、降雨和蒸發之間有很好的水量平衡關系,模擬誤差控制在模型計算要求范圍內,模型模擬效果較好,該模型適宜于白洋淀的水動力模擬。

圖3 白洋淀濕地模擬水位與實測水位對比Fig.3 Comparison of simulated water level and measured water level in Baiyangdian wetland

2.2 引黃入冀補淀情景結果分析

引黃入冀補淀工程自河南省濮陽市渠村引黃閘引水,利用濮陽市濮清南干渠輸水,穿衛河進入河北省,經東風渠、老漳河、滏東排河至獻縣樞紐,穿滹沱河北大堤后,利用紫塔干渠、古洋河、小白河和任文干渠輸水,于千里堤大樹劉12孔閘進入白洋淀。引水線路全長482 km,在河北省境內長398 km,多年平均引水量6.2億m3,入冀引水流量60 m3/s,入白洋淀設計流量30 m3/s。引黃入冀補淀工程規劃冬四月(11月至來年2月)引水,年入淀水量1.1億m3,若引水增大到2億m3,需要在現有規劃基礎上進一步延長引黃入冀補淀時間35天,同時采取工程措施,提水入淀,增加入淀能力。

圖4(情景1)顯示了不補水時白洋淀濕地的水動力情況,從圖中可以看出白洋淀濕地整體水動力條件不佳,淀區平均流速僅0.003 m/s,尤其是西南角馬棚淀等區域水體幾乎不流動,易形成死水區。圖4(情景2—1)顯示了從小白河引黃入冀補淀后淀區的水動力改善情況。結果表明補水后淀區東南角水動力條件有所改善,小白河入口處改善最為明顯,但西北角、西南角和東北角水體流速幾乎沒有變化,整體改善效果不佳,影響范圍僅占淀區面積的15%左右。為了增強引黃補淀水量改善淀區水動力條件的效果,情景2—2中考慮建設小白河—潴龍河連通工程,使得引黃水量從小白河、潴龍河雙徑入淀,以改善淀區西南角馬棚淀的水動力條件,避免西南角淀區形成死水區。結果顯示小白河、潴龍河雙徑入淀后西南角淀區水動力情況有所改善,但由于入淀流量較小,改善的效果并不佳,無法在淀區西南角和東南角區域形成水體連通流動。

圖4 引黃入冀補淀對白洋淀濕地水動力的改善情況Fig.4 Hydrodynamic improvement of Baiyangdian wetland under the water replenishment scenarios of the diversion of the Yellow River into the Baiyangdian wetland

2.3 南水北調中線相機補水情景結果分析

南水北調中線分配給河北省水量指標為30.4億m3,在滿足全省城市用水需求和水源區水量充足的條件下可實施南水北調中線相機向白洋淀補水措施,通過瀑河水庫進行調蓄后,沿瀑河和萍河入淀。情景3—1和情景3—2在引黃入冀補充淀區剛性需水的基礎上,增加了南水北調中線相機補水以補充淀區彈性需水。圖5(情景3—1)顯示了連續補水1個月后淀區水動力的改善情況,和不補水時(情景1)相比,淀區整體水動力條件都有所改善,淀區平均流速從0.003 m/s提高到0.006 m/s。其中西北角水動力改善最為明顯,西北角平均流速從0.003 m/s提高到0.01 m/s。圖5(情景3—2)顯示了連續補水2個月后淀區的水動力改善情況,淀區整體水動力條件也都有所改善,淀區平均流速從0.003 m/s提高到0.005 m/s,西北角平均流速從0.003 m/s提高到0.007 m/s。連續補水2個月對淀區水動力條件的改善效果和連續補水1個月相比稍差,這主要是由于在補水量一定的情況下,延長補水時間,則補水流量較小,但和不補水時相比,淀區水動力條件整體都有所提升。

圖5 南水北調中線相機補水對白洋淀濕地水動力的改善情況Fig.5 Hydrodynamic improvement of the Baiyangdian wetland under the water replenishment scenarios of the middle route of south-to-north water diversion project

2.4 上游水庫相機補水情景結果分析

上世紀60年代以來,白洋淀上游陸續修建了6座大型水庫。上世紀80年代白洋淀發生連續5年干淀以后,上游王快水庫、安各莊水庫和西大洋水庫多次臨時進行生態補水,對維持白洋淀濕地生態功能起到了重要作用,可作為近期白洋淀補水的重要水源。

表2列舉了王快水庫、安各莊水庫和西大洋水庫歷年調水補淀的情況。在引黃入冀補充淀區剛性需水的基礎上,根據白洋淀濕地彈性生態需水需求及歷年各大水庫最大補水潛力,設置了情景4—1和情景4—2以探究上游水庫相機補水對白洋淀濕地水動力的改善情況。圖6(情景4—1)顯示了上游水庫連續補水1個月后淀區水動力的改善情況,和不補水時(情景1)相比,淀區整體水動力條件都有所改善,淀區平均流速從0.003 m/s提高到0.005 m/s。此種補水方式對淀區南部水動力的改善最為明顯,淀區南部平均流速從0.003 m/s提高到0.006 m/s。圖6(情景4—2)顯示了連續補水2個月后淀區的水動力改善情況,淀區整體水動力條件也都有所改善,淀區平均流速從0.003 m/s提高到0.004 m/s,淀區南部平均流速從0.003 m/s提高到0.005 m/s。上游三個水庫聯合向淀區進行生態補水的補水方式有利于淀區西北角和南部水體的循環流動,但東北角由于水面寬闊,同時白溝引河補水流量較小導致補水對東北角水動力條件沒有明顯改善。在南水北調中線通水后,上游大型水庫進一步增強了相機向白洋淀補水的能力,如若未來安各莊水庫補水潛力進一步增大,則上游三個水庫聯合向淀區補水的方式能夠極大地促進淀區整體的水動力循環流動。

表2 王快水庫、安各莊水庫和西大洋水庫歷年調水補淀情況表[28]

圖6 上游水庫相機補水對白洋淀濕地水動力的改善情況Fig.6 Hydrodynamic improvement of Baiyangdian wetland under the water replenishment scenarios of upstream reservoirs

2.5 南水北調東線應急補水情景結果分析

南水北調東線一期向北延伸應急供水線路沿清涼江輸水至徐沙閘上,經武邑縣江河干渠與引黃入淀輸水河道滏東排河相連,經已完建的引黃入冀補淀線路可輸水至白洋淀[32]。在引黃入冀補淀工程遇枯水年時,利用南水北調東線應急調水來滿足白洋淀的生態用水需求,生態補水量為2.0億m3[32]。

情景5在引黃入冀補充淀區剛性需水的基礎上,增加了南水北調東線應急補水以補充淀區彈性需水。考慮到南水北調東線一期向北延伸應急供水線路最終經引黃入冀補淀線路輸水至白洋淀,補水流量設置為引黃入冀補淀工程入白洋淀設計流量30 m3/s,以探究該補水方式對淀區水動力的最大改善效果。圖7(情景5)顯示了南水北調東線應急補水最大入淀流量下淀區水動力的改善情況,和不補水時(情景1)相比,淀區整體平均流速從0.003 m/s提高到0.004 m/s。其中以小白河入口處改善最為明顯,向北逐漸減弱,淀區東南部水動力情況改善較大,東南部平均流速從0.0035 m/s提高到0.0053 m/s,改善范圍約占淀區面積的20%。

圖7 南水北調東線應急補水對白洋淀濕地水動力的改善情況Fig.7 Hydrodynamic improvement of Baiyangdian wetland under the water replenishment scenarios of the eastern route of the south-to-north water diversion project

2.6 討論

2.6.1情景結果分析

表3總結對比了不同情景下水動力提升明顯的區域及淀區整體水動力改善情況。由于白洋淀湖盆呈淺碟型結構,決定了其具有水深淺、面積大、蒸發強、調蓄弱等特征。綜合以上情景結果發現,通過單一入口補水時,僅在補水入口處水動力改善較明顯,影響范圍僅占淀區的15%—20%。在多水源補水的情況下,尤其是在引黃入冀補淀和上游王快水庫、安各莊水庫和西大洋水庫共同補水的情景下,由于入流口分散,帶動了淀區整體水體的循環流動,使淀區流場分布較均勻,對整體水動力條件改善較明顯。但由于淀區西北角與其他部分之間的連通渠道相對狹窄,因此南水北調中線由瀑河和萍河入淀補水時僅能顯著改善淀區西北角的水動力情況,對淀區東南部的改善效果不大。從補水時間的角度,當補水量一定時,短期較大流量的補水方式對淀區水動力的改善效果優于長期較小流量的補水方式。

白洋淀濕地理想的水動力情況是水系流動通暢,流場分布較均勻合理,整體水域流速達到0.01—0.03 m/s。根據研究結果,僅在情景3—1引黃入冀補淀和南水北調中線連續補水1個月后淀區西北角平均流速能達到0.01 m/s,但由于西北角與淀區其他部分連通條件不佳,淀區整體平均流速僅為0.006 m/s,其余情景下水體流速也均沒有達到這個理想范圍。因此,除了通過多水源補給之外,還需綜合局部推流、地形營造等其他手段來共同改善淀區水動力條件。

表3 不同情景下水動力提升區域及整體改善情況

通過優化淀區水動力條件,能夠提高水體自凈能力、增加水體透明度、改善水質、提高生物多樣性。在此基礎上進一步調整和優化水生生物群落結構,以最終達到增強濕地整體景觀效果以及改善和恢復濕地生態系統功能的目的。因此,研究分析多水源補給條件下白洋淀濕地水動力優化情況不僅對于保障白洋淀濕地水資源和水生態安全具有重大意義,同時也是構建雄安新區藍綠交織、清新明亮、水城共融的生態城市的必然要求。

2.6.2模擬結果適宜性及不確定性分析

本文分別從數據來源靠譜、情景設置合理和模型選擇適宜三個角度判斷模擬結果的合理性。

① 數據來源靠譜。數據主要來自河北省水利廳、中國氣象數據網和項目組實測,實測地形數據與文獻報道的地形數據比對后基本一致。

② 情景設置合理。各情景下的剛性需水和彈性需水量主要依據《白洋淀水資源保障規劃(2017—2030年)》、《南水北調東線一期工程向北延伸應急供水方案研究報告》及文獻報道值確定。

③ 模型選擇適宜。MIKE 21是常用的水動力水質模型,已廣泛應用于港口、河流、湖泊、河口及海岸的水動力模擬研究。2.1節中詳細描述了模型率定驗證過程,結果表明白洋淀濕地實測水位與模擬水位吻合較好,入流、出流、降雨和蒸發之間有很好的水量平衡關系,模擬誤差控制在模型計算要求范圍內,該模型適宜于白洋淀的水動力模擬。

根據以上3點可以判斷模型預測結果合理,模擬結果的不確定性主要來自兩個方面：一是模型本身的不確定性。主要包括參數、邊界條件等導致的模擬結果不確定,一般采用拉丁超立方體抽樣—廣義似然不確定性估計(LHS—GLUE)和SCEM—UA方法分析水動力學模型的不確定性。本文研究重點在于探究多水源補給對白洋淀濕地水動力的影響,模型只是作為分析工具,通過率定驗證后適用于白洋淀水動力模擬即可,因此此處不再對模型本身的不確定性開展系統研究。二是實際補水情景的不確定性。目前補水方案的設置是建立在以往實際補水情景和各規劃補水方案的基礎上,將來實際補水方式和補水量不一定和情景設置完全吻合,但各情景模擬結果對于多水源補給對白洋淀濕地水動力影響程度仍具有重要參考價值,研究結果為白洋淀濕地水資源保障和促進淀區水體循環流動提供了科學依據。

3 結論

本研究針對近年來白洋淀濕地水資源供給嚴重不足導致的大面積河道斷流、湖泊萎縮、淀泊水動力喪失等問題,分析不同水源補水情景下對淀區水動力條件的改善效果。結果表明：(1)不補水時白洋淀濕地整體水動力條件不佳,淀區平均流速僅0.003 m/s,尤其是西南角馬棚淀等區域水體幾乎不流動,易形成死水區。(2)引黃入冀補淀對小白河入口處水動力有明顯改善,但對淀區水動力整體改善效果不佳,影響范圍僅占淀區面積的15%左右。即使建設小白河—潴龍河連通工程從小白河、潴龍河雙徑入淀也無法在淀區西南角和東南角區域形成水體連通流動。(3)南水北調中線相機補水對西北角水動力改善最為明顯,同時對淀區平均流速的提升最大。(4)上游水庫聯合向淀區補水的方式由于入淀口分散,對淀區整體水動力循環流動的促進效果最好。(5)南水北調東線應急補水最終入淀線路與引黃入冀補淀一致,對淀區水動力的改善效果也和引黃入冀補淀類似,在最大入淀流量下主要對淀區東南部水動力情況改善較大。