泰興市焦土港河流的生態(tài)水位研究

封明 吳軍

一、研究對象概況

焦土港位于泰興市南部，是一條東西向引、排骨干河道，它是沿靖圩區(qū)與高沙土平原區(qū)高低分隔的截水河道。焦土港排澇面積108.85km2。目前河道：底高程-1.5～-1.0m（廢黃河口高程，下同），底寬5～15m。焦土港入江口處建有控制閘——焦土港閘，一般汛期開閘引水，主要依靠長江高水位引水入境用于工、農業(yè)生產。

焦土港在區(qū)域發(fā)揮著重要的排澇、供水功能，合理控制河流生態(tài)流量（水位）具有重要的價值。同時為切實加強焦土港生態(tài)流量（水位）監(jiān)管基礎工作，明確重要河湖主要控制斷面生態(tài)流量監(jiān)管目標，開展焦土港的生態(tài)水位研究具有重要意義。

二、生態(tài)流量（水位）概述

河湖生態(tài)流量是指為維系河流、湖泊、沼澤等水生態(tài)系統(tǒng)的完整性、系統(tǒng)性、穩(wěn)定性等生態(tài)保護目標，保障人類生存與發(fā)展合理的用水需求，需要保留在河流、湖泊、沼澤內的流量（水量、水位、水深）及其過程。

自20 世紀70 年代，國內學者就提出了“環(huán)境流量”“生態(tài)需水”“河流最小流量”等概念，對河流生態(tài)流量進行了初步的探索；20 世紀80 年代，國務院環(huán)境保護委員會提出：水資源規(guī)劃的同時需要保證改善水質和維持水生態(tài)系統(tǒng)所需的環(huán)境用水；20 世紀90 年代，部分省市提出水利工程的建設運行要保證下泄生態(tài)流量。生態(tài)流量的研究逐漸成為水文、生態(tài)環(huán)境等領域的研究熱點。

考慮焦土港到區(qū)域處于平原河網地區(qū)，河道水位受水利工程引排水影響較大，且水流具有雙向性、波動性等特點，長期以來水體流動性不強，河道內的生態(tài)系統(tǒng)已經較為穩(wěn)定，且水體無對流量有特殊需求的水生生物，河流生態(tài)環(huán)境需水量的控制主要體現在水位而非流量。因此，本文主要針對水位這一指標對焦土港生態(tài)水位進行研究。

三、河流生態(tài)水位計算

（一）生態(tài)流量（水位）計算方法

目前，國際上計算河流生態(tài)需水量的方法較多，也較為成熟，大體可分為四類：水文學法（Tennant法、7Q10 法）、水力學法（濕周法、R2CROSS 法）、棲息地法（IFIM 法、CASIMIR 法）和綜合法（BBM法、專家小組法、整體研究法）。

本次研究的焦土港無長序列水位數據，常用計算方法均不適用，考慮焦土港的功能定位以及現狀水位情況，確定對其生態(tài)水位的計算需考慮水文和水生生物生長兩個要素，同時盡可能利用距其較近的黃橋水文站的監(jiān)測數據，具體要求如下：

1.水文因素分析

由于焦土港所處位置屬于平原河網區(qū)，各河流之間水位差異不大，可通過收集區(qū)域內水位監(jiān)測站點長系列資料進行統(tǒng)計分析，并最終對控制斷面生態(tài)水位進行推求，本文采用的站點為黃橋水文站。

若水位序列長度超過10 年，可采用逐年最枯月平均水位進行排頻，分析得到90%保證率下的月平均水位；也可使用逐年年平均水位進行排頻，分析得到90%保證率對應年份的最枯月平均水位；再從可達性方面綜合考量，確定水文因素意義上的生態(tài)水位。對于序列長度小于等于10 年的，以最小月平均水位作為水文因素意義上的生態(tài)水位。

2.水生生物生長因素分析

水生生物生長因素主要是指水生生物最低生存水深，包括魚類和水生植物，魚類和水生植物最低生存水深經驗值如下：

城市災害風險多種多樣，為了更為合理地評價城市災害風險，根據災害風險表達式：災害風險=(危險性×脆弱性×暴露性)/恢復力，城市災害風險因子包括危險性、脆弱性、暴露性和恢復性四大因素，它們共同構成了城市綜合災害風險。參考我國《城市綜合防災規(guī)劃標準》等文獻，構建城市災害綜合風險評價指標體系，如表1所示。

魚類生存水深的最低下限約為魚類體長的3 倍，根據查閱資料和現場踏勘可知，泰興市境內河流成年魚體長在0.3m 左右，故最低生存水深確定為0.9m。焦土港水生植物以濕生植物和浮水植物為主。濕生植物根莖部及以上部分不宜長期浸泡在水中；浮水植物漂浮在水面上，水的深淺不影響它的正常生長，考慮浮水植物的根系一般為15～25cm，故此處將滿足其生存的最低水深定為0.3m。

綜上，取以上兩種方法結果的外包值作為焦土港的生態(tài)水位。

（二）焦土港生態(tài)水位確定

焦土港干流有水位監(jiān)測站點——焦土港閘，確定焦土港閘作為生態(tài)水位監(jiān)測斷面，分別采用黃橋站90%保證率水位值反推該處水位、該位置處最大水深滿足魚類生存需求的0.9m 對應的水位以及水生植物生存需求的0.3m 對應的水位比較，采用外包值確定焦土港的生態(tài)水位。

1.河底高程監(jiān)測

為精確掌握焦土港水下地形情況，科學制定生態(tài)水位，對黃橋站和焦土港干流斷面進行了河道地形補充監(jiān)測，考慮焦土港為東西向的入江河道，入江設有閘站，且與南北向的季黃河在廣陵鎮(zhèn)興寧村附近相交，所以本次在焦土港上設3 個監(jiān)測斷面，并對季黃河上的黃橋水文站處的斷面進行大斷面的測量，監(jiān)測得到主要河道斷面參數見表1。

表1 焦土港河道典型斷面監(jiān)測成果

2.水文因素分析

焦土港無長序列的水文資料，且焦土港屬于沿江片區(qū)，其片區(qū)內河水位以黃橋站為代表。所以本次分別采用代表內河水位的黃橋站90%保證率的水位進行推算。選用焦土港閘2010 年逐日實時水位資料系列與黃橋站相應水位建立相關關系（見圖1），其關系式為Y黃橋站=1.0189X焦土港閘上-0.1466，相關關系R2=0.851，0.7 ≤|R|＜1 為高度線性相關，相關關系較好。故直接選用焦土港閘上作為焦土港的水位控制斷面，黃橋站90%保證率的水位來推算焦土港的生態(tài)水位。

圖1 焦土港閘上與黃橋水文站相關關系線圖

分析采用黃橋站2001—2015 年年平均值水位數據（見圖2）分析，得到90%保證率對應年份為2013 年，取2013 年最低月平均水位為2.02m。

圖2 黃橋站年平均水位頻率曲線圖

采用黃橋站2001—2015 年最枯月平均水位數據（見圖3）分析，得到90%保證率下對應的水位為1.78m。

圖3 黃橋站最枯月平均水位頻率曲線圖

通過對比控制斷面處與黃橋水文站河道斷面圖，依據本次河底高程復核監(jiān)測成果，可推算出控制斷面與黃橋水文站的水位關系。

采用黃橋站2001—2015 年年平均值水位數據分析，結合上文中確定的焦土港閘上水位與黃橋站水位的相關關系Y黃橋站=0.9046X焦土港閘上+0.1438 可知，90%保證率下對應的焦土港閘上控制斷面水位為2.07m；采用黃橋站2001—2015 年年最枯月平均水位數據分析，90%保證率下對應的焦土港控制斷面水位為1.809m。從可達性方面考慮，水文因素分析法中采取年最枯月平均水位數據結果作為水文意義上的生態(tài)水位，即1.809m。

3.水生生物生長因素分析

魚類：已知控制斷面河底最低點（河道中心線處）高程為-0.100m，結合焦土港魚類生存需求的0.9m 水深，則對應的水位為0.8m。

水生植物：已知控制斷面河底高程為-0.100m，結合焦土港挺水植物生存需求的0.3m 水深，則對應的水位為0.2m。

結合外包值法，水生生物生長因素最終以對水深要求較高的魚類因素作為代表值，對應取值為0.8m。

4.綜合確定

根據以上兩種方法計算的生態(tài)水位計算結果，取其外包值作為焦土港的生態(tài)水位，即焦土港的生態(tài)水位為1.809m，相應90%保證率水位、魚類生長最低深度0.9m 和水生植物生存的最低深度0.6m。

四、結論

（1）本次研究對象為焦土港，主要承擔片區(qū)治澇、供水（灌溉）及部分通航的功能，水體無對流量有特殊需求的水生生物，水體生態(tài)特征的表征因素為水位，故本次主要針對焦土港生態(tài)水位進行研究。

（2）基于焦土港的實際情況，綜合考慮水文、水生生物生長等各方面的因素對焦土港生態(tài)水位進行了詳細分析，兩種方法計算結果分別是1.809m和0.8m，依據外包值法最終確定焦土港生態(tài)水位為1.809m，控制斷面設置在焦土港閘上