太湖流域最低生態水位計算

【摘要】太湖是我國的第三大淡水湖泊，更是太湖流域地區的母親河，保持湖泊適宜的生態水位，是保障湖體生物多樣性，人類與大自然和諧相處的必要條件。因此，研究太湖流域生態水位是具有重要意義的。本文根據太湖流域的基本情況，運用天然水位資料法、生物空間最小需求法分別計算太湖的生態水位，根據《全國水資源保護規劃技術大綱》（以下簡稱“《技術大綱》”）要求，同時考慮到太湖的重要性，綜合分析出太湖流域的生態水位。得出太湖生態水位在2.66～2.76m范圍內，除蘆葦等個別挺水植物外，大部分水生生物均處于適宜水位狀態，計算結果具有一定的合理性。

【關鍵字】太湖；生態水位；天然水位資料法；生物空間最小需求法

1、引言

太湖是我國第三大淡水湖泊，具有防洪排澇、供水灌溉、生態環境調節等多項功能。太湖只有保持良好的水質和水生態環境才能提供適宜人居的生活環境、引人入勝的自然風光；保持湖泊適宜的生態水位，是保障湖體生物多樣性，人類與大自然和諧相處的必要條件。

Baird等針對湖泊的功能和基本結構，分析了植物與水文過程之間的相互關系，強調水作為重要的環境因子對保護自然和恢復起到了重要的作用；Rashin等提出，為保證水資源的可持續發展，首先應當滿足湖泊生態系統對水量的需求，但是沒有給出相關的計算方法；Ngana等提出，想要保證社會經濟和生態環境之前的協調發展就必須要保證一定水量來維持湖泊生態系統的需要；David等認為，若湖泊水量低于某一個值時，生態系統結構就會遭到破壞，為了最大程度實現湖泊的生態價值，就必須要滿足湖泊自身所需要的水量。徐志俠在研究吞吐型湖泊時將湖區的最低水位定義為維持湖泊生態系統不嚴重退化所需的最低水位。

因此，研究太湖流域最低生態水位是探究太湖流域能否滿足生態需求的重要手段。本文根據太湖流域的基本情況，運用天然水位資料法計算太湖的最低生態水位，運用生物空間最小需求法對天然水位資料法計算得到的結果進行檢驗，最后根據《技術大綱》要求，同時考慮到太湖的重要性，綜合分析出太湖流域的生態水位，檢驗其計算結果的合理性。

2、研究區概況

太湖流域河流縱橫交錯，水網如織，湖泊星羅棋布，是典型的平原水網地區，素有“江南水鄉”之稱。流域內平原面積占總面積的80%，山丘面積占20%。流域水面積5551km2，約占15%。流域湖泊面積3159km2，其中太湖水面積2338km2；河道總長約12萬km，河道密度達3.3km/km2。流域地形呈周邊高、中間低的碟狀地形，地勢平坦，河道比降小，水流流速緩慢。沿長江、沿杭州灣河道引排水受東海潮汐影響。

3、研究方法

根據《技術大綱》的要求，確定湖泊最低生態水位研究方法有天然水位資料法、湖泊形態分析法以及生物空間最小需求法等分析方法。由于湖泊形態分析法是在天然水位資料缺乏的前提下提出的。對于此次研究，現有1981年～2014年太湖歷年特征水位的資料，因此根據各方法的適用范圍，結合太湖特點，本次研究采用天然水位資料法計算太湖流域最低生態水為，同時采用生物空間最小需求法，考慮水產養殖需求，對采用天然水位資料法計算得出的最低生態水位結果進行合理性的檢驗。

3.1 天然水位資料法

運用天然水位資料法，結合現有1981年～2014年太湖歷年特征水位的資料，得到太湖各年中月最低水位進行排頻，選取90%～95%頻率條件下的水位作為湖泊生態水位。

式中Zemin 為湖泊最低生態水位，Min （） 為取最小值的函數，Zmini 為第i 年最低月均水位，n為資料系列長度。根據所得到的水位系列資料（采用太湖五站平均水位）對年最低月均水位進行了頻率分析。此湖泊最低生態水位定義為：維持湖泊生態系統不發生嚴重退化的最低水位。

3.2 生物空間最小需求法

湖泊水位是和湖泊生物生存空間一一對應的，因此，采用湖泊水位作為湖泊生物生存空間指標。湖泊植物、魚類等為維持各自群落不嚴重衰退均需要一個最低生態水位。取這些最低生態水位的最大值，即為湖泊最低生態水位，用公式表示為：

式中，H emin 為湖泊最低生態水位（m） ，H emini 為第i 種生物所需的湖泊最低生態水位（m） ，n 為湖泊生物種類。

4、太湖水位頻率分析

4.1 天然水位資料法

根據水文頻率分析要求，資料系列一般不少于30年，結合流域水文特性變化情況，本次選取1980～2014年太湖水位系列資料（采用太湖五站平均水位），對月均水位進行了頻率分析，得到50%、75%、90%和95%保證率條件下太湖水位分別為2.85m、2.75m、2.66m和2.61m。

太湖主要植物蘆葦生長期為每年4-10月，太湖重要生物白蝦銀魚等主要產卵和生長期也在4-10月間，為此，本次又對該時段最低月均水位進行了頻率分析。（詳見圖3-2）根據1980～2014年太湖4～10月最低月均水位系列排頻分析可知，50%、75%、90%和95%保證率條件下太湖水位分別為2.97m、2.87m、2.77m和2.72m。

根據《技術大綱》要求，一般選取90%～95%頻率條件下的水位作為湖泊生態水位，最低水位可以是日均最低水位、旬均最低水位、月均最低水位等。據此分析得到太湖生態水位為2.54-2.65m。另外，4～10月為太湖水生生物生長的關鍵期，若依此分析，太湖生態水位為2.65-2.77m。

4.2 生物空間最小需求法

通過前面所介紹的生物空間最小需求法的研究方法，可以得到水生植物和水生動物的生態水位。

4.2.1 水生植物

歷史上，太湖水質良好，水生植被豐富，隨著人類活動加劇，水生植被逐漸消失。根據中國科學院太湖湖泊生態系統研究站1989年以來監測數據顯示，太湖高等水生植被主要分布于太湖東部、南部及北部，湖心區基本無水生植物分布。2002～2006年調查結果表明，東太湖水生植物有10種，其中沉水植物6種，浮葉植物3種，漂浮植物1種。西太湖水生植物16種，其中沉水植物8種，挺水植物只有蘆葦1種，漂浮植物7種。

以往研究表明，根據太湖岸邊高程約為1.6m，可推算出沉水植物生長的太湖適宜生態水位為2.2-2.8m。滿足挺水植物生長的太湖適宜生態水位為2.1m-2.4m。

4.2.2 水生動物

根據2007年2月～2008年11月（每年的2月、5月、8月和11月）太湖底棲動物采樣結果分析表明，河蜆作為太湖底棲動物中優勢物種之一，主要分布于東北部的貢湖灣湖區、西北部馬跡山以南區域、西南部沿岸區域和南部小梅港沿岸區域，河蜆生長的適宜水深為1.3～2.2m。綜上所述，根據太湖湖底平均高程約為1.1m可推算出，滿足底棲動物生長的太湖適宜生態水位為2.4-3.3m。

4.3 水產養殖需求水位

根據《太湖流域需水預測報告》（太湖流域水資源綜合規劃水資源配置階段報告）研究成果，當東太湖水位高于2.6m時，湖區水深基本在1m以上，屬于可進行漁業養殖網養的較好水深，太湖水產養殖需求水位如表4-1所示。

5、太湖生態水位綜合分析

太湖是流域水資源調蓄中心，也是重要的供水水源地，還兼備生態環境調節等多項功能。根據《技術大綱》要求，同時考慮到太湖的重要性，為維系太湖生態環境系統基本功能，擬采用90%保證率下的太湖全年最低月均水位作為太湖生態開始破壞的水位，即2.66m。4～10月為太湖水生生物生長的關鍵期，擬采用該時段約90%保證率的太湖最低月均水位作為太湖生態開始退化的水位，即2.76m。

由前面分析可知，馬來眼子菜等沉水植物太湖適宜水位為2.2～2.8m；蘆葦等挺水植物太湖適宜水位為2.1～2.4m；河蜆等水生動物太湖適宜水位為2.4～3.3m；太湖水產養殖適宜水位為大于2.6m。

由此可見，當太湖水位在2.66～2.76m，除蘆葦等個別挺水植物外，大部分水生物均處于適宜水位狀態。

6、結語

本文根據太湖流域的基本情況，運用天然水位資料法、生物空間最小需求法分別計算太湖的最低生態水位，最后根據《技術大綱》要求，同時考慮到太湖的重要性，通過天然水位資料法計算出太湖最低生態水位在2.66～2.76m范圍內，通過生物空間最小需求法得到太湖流域中沉水植物、挺水植物、水生動物對生存空間需求的最低生態水位以及水產養殖需求水位，發現除蘆葦等個別挺水植物外，大部分水生物均處于適宜水位狀態，因此運用天然水位資料法計算出太湖最低生態水位的結果具有一定的合理性。

參考文獻：

[1]蔡永久，龔志軍，秦伯強.太湖大型底棲動物群落結構及多樣性，《生物多樣性》2010年第1期.

[2]蔡煒，蔡永久，龔志軍等，太湖河蜆時空格局，湖泊科學， 2010年05期

[3]徐志俠，河道與湖泊生態需水研究，河海大學博士論文