淺析合肥市城市河湖生態需水量

許 彬

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司合肥分公司，合肥 230031)

0 引 言

合肥市多年平均水資源總量為38.85億m3，現狀人均水資源量僅為474m3，僅為全省的47%，全國的23%，屬于嚴重缺水城市。隨著合肥都市圈發展和長三角一體化推進，城區人口和高新產業快速集聚，對水資源需求量日益增加，受天然來水不足影響，水源性缺水問題日益嚴峻，干旱年份生活、生產和生態用水難以保障。

合肥市城區南淝河、十五里河、二十埠河等大部分河道除降雨外基本都來自區域外淠河灌區和杭埠河灌區經滁河干渠的調水，補水水源較為單一，一旦遭遇大旱河道補水將難以保障，引發生態環境問題。由于清潔水源不足和生態基流減少，目前合肥市主要河流水質為V類或劣V類，受河湖污染制約，水質型缺水問題日益突出。為實現水資源可持續利用，支撐經濟社會高質量發展，維系生態環境良性循環提供水利保障，解決日益突出的用水矛盾，明確城市河道的生態需水量，需做好城市河道的水量分配工作。

目前合肥市城市河道存在水量小、水質差、生態環境功能喪失的現象，水資源供需矛盾日益尖銳，水環境污染問題日益嚴重，水生態破壞影響日益突出。面對嚴峻的水資源、水環境與水生態問題，要求實行最嚴格水資源管理制度，確立水資源開發利用控制、用水效率控制和水功能區限制納污“三條紅線”和用水總量控制、用水效率控制制度、水功能區限制納污制度、水資源管理責任和考核制度“四項制度”。

河流生態環境問題愈加凸顯，水資源合理分配與生態保護日漸成為突出的水問題，人們開始對生態需水有了更多的重視，生態需水需求在河流生態系統中愈加重要。城市河道在進行水量分配工作時，既要滿足河道生態基本流量的要求，也要保證河道水質改善目標的要求。實現城市河道“水清、岸綠、景美、河暢”的目標[1]。

1 生態需水量概念

生態需水量是指一個流域內的生態系統的需水量。生態需水量是指維持區域生態系統和諧穩定和良性循環，并能最大發揮其有益功能使其提供最大生態服務，達到生態平衡，并在單位生態用水提供最大生態服務條件下所需要消耗的最小水量。

生態需水量概念分為廣義和狹義。廣義的生態需水量是指河道內的生態系統達到生態系統穩定或者維持生態系統各種能量交換穩定所需要的河道內最小水量，主要為滿足河道生態基流、蒸發滲漏以及活水等方面的要求，狹義的生態需水量是指為維護生態環境各項功能所需要的水資源總量。

生態需水量的計算依賴于不同的邊界條件：①河道內最優的生態系統組合；②最優的地下水補給；③用水最低的生態系統；④維持水生系統的平衡；⑤滿足流域生態系統良性循環的需要；⑥有不同水文年型和年內季節的變化?；谝陨锨疤釛l件，計算生態系統需水量，進行生態需水的水資源優化配置。

2 生態需水量計算

河湖生態環境需水為維系城市河流等水生態系統的結構與功能，河道內所需要的符合水質要求的生態流量、生態流速和生態水深。河湖生態環境需水包括河道內生態環境需水和河道外生態環境需水，城區河道只考慮河道內的生態需水，河道內生態需水分為基本需水量和目標需水量?；拘杷肯抵妇S持河湖基本形態、生物基本棲息地和基本自凈能力的需水量及過程所需要的最小需水量，主要為河道內的生態基流和蒸發滲流。目標需水量是指為了維持河道水質目標、親水功能以及景觀目標等要求所需要的最大需水量。

河道內生態需水量需滿足水量和水質兩個方面的要求，包括消耗性需水量和非消耗性需水量兩部分。其中消耗性需水量主要包括滲漏需水量與水面蒸發量，非消耗性需水量主要指為維持水體的生態環境功能而需要預留的水量[2]。

城市河道內生態環境需水包括：維持河流控制斷面生態環境用水最小水量(生態基流)、河流水面蒸發需水量、河流滲漏需水量以及公園水體的環境改善水量等。

2.1 生態基流

生態基流可采用QP法、Tennant法等方法計算，Tennant法在計算河道生態需水量方面具有操作簡單、所需資料易得等特點，因而在國內具有較廣泛的應用。合肥市現狀已建成較為完備的調控設施及防洪體系，工程調控能力較強，生態流量計算可以采用Tennant法[3]。

Tennant法通過建立河流多年平均流量與河道內動植物、生態流速、生態水深及景觀親水要求之間的關系，確定城市河道控制斷面的生態需水量。河流控制斷面的生態需水量的計算，應根據河流生態環境功能所期望的河道內生態狀態，確定相應生態狀態下年內非汛期和汛期生態流量占多年平均徑流量的百分比。河道多年平均徑流量根據1968-2020年降雨實測資料，結合降雨徑流關系，計算河道多年平均徑流量。合肥市年降雨量統計表，見圖1；合肥市年徑流深統計表，見圖2。

圖1 合肥市年降雨量統計表

圖2 合肥市年徑流深統計表

合肥市位于中國南北分界線以南區域，地處亞熱帶濕潤季風氣候區，汛期時間為5-9月，非汛期時間為10-4月。合肥市現狀河流水資源短缺，用水較為緊張，考慮到巢湖流域生態保護目標要求，合肥市生態基流標準分級為河道內生態狀況“良好”。根據Tennant法推薦流量表，按照汛期時段平均流量的40%和非汛期時段平均流量的20%進行生態基流計算[4]，Tennant法推薦流量表，見表1。

表1 Tennant法推薦流量表

2.2 蒸發滲漏量

生態環境用水量除滿足河道生態基流外，還應保證河道蒸發滲漏等消耗性水量。根據合肥市水資源綜合規劃，合肥市多年平均蒸發量為900mm，滲漏量為500mm，根據河湖生態環境功能目標，確定河湖生態水位，根據生態水位對應的水面面積、水面蒸發量和滲漏量計算蒸發滲漏損失水量。

2.3 公園景觀水體環境改善量

公園景觀水體生態環境需水量按照環境改善水量需求進行計算。根據合肥市再生水利用現狀，結合合肥市再生水利用規劃和公園景觀水體活水要求，公園景觀水體主要按照換水法進行計算，換水次數1a為12次，換水平均水深約為1m。

3 生態需水量水源分析

3.1 城市再生水水源

根據安徽省水利廳發布的“2025年用水總量和用水效率控制指標”，合肥市2025年城鄉生活及工業用水總量指標為13.54億m3，實際使用量按總量指標的90%計算，為12.19億m3。根據污水排放系數和地下水入滲量，預測2025年合肥市域污水處理總量為11.39億m3，日均處理規模約為312.16萬m3/d，再生水水源水量充足。

合肥市位于巢湖流域，為保證巢湖流域水質，合肥市現狀污水廠出水水質基本可達到類Ⅳ類水標準，水質良好，合肥市區內現狀污水處理廠均勻分布在河道沿線，較為均勻的分布在不同流域，污水處理廠尾水可就近排入城區河道，無需再設置輸配水管網，量大質優的再生水水源補給缺少生態基流的河道條件優越[5]。

3.2 地表水水源

現狀合肥市中心城區生活供水水源主要靠內部董鋪水庫等水庫蓄水和外部大別山引調水共同保障，其中本地水庫蓄水水源配置量約1億m3/a，大別山引調水水源配置量約5億m3/a，為滿足合肥市“十四五”時期發展，需要新增優質供水總量約1.5-2.0億m3/a。合肥市地表水資源供需較為緊張，河湖生態補水需要優先配置再生水，保障合肥市經濟社會可持續發展。

4 生態需水量配置

再生水水源作為河湖補水，需要按照河道中上游分別進行配置。結合河道水環境功能區、水質目標、支流匯入口以及蓄水工程等分段進行補水，優先考慮河道上游補水，合理確定河道的最優補水位置，通過蓄水工程等措施，實現整段河道的水動力。在合理分段并計算各河段生態需水量后，結合沿河污水處理廠的現況規模及遠期規劃規模、已建的再生水回用工程，同時考慮一定支流的水量匯入，對各河段接納的水量進行核算。

對于生態需水的河段，根據計算的最小生態需水量，將流域內所有污水處理廠的尾水進行調配，資源型缺水城市在優先滿足工業回用和市政雜用后，剩余水量作為河湖生態環境用水。根據分配的生態環境水量，通過現場調研并結合大建設計劃確定管道路由的可行性，完善補水的輸配水設施。經分析計算，合肥市河湖生態環境補水總規模為68.32萬m3/d，合肥市河湖生態環境需水規模表，見表2。

表2 合肥市河湖生態環境需水規模表

5 生態需水工程評價指標

生態需水量評價指標應具有代表性，能夠獨立計算出較為穩定的量化數值，并能夠真實反映生態補水后對水量、水質和生態環境的影響效果，評價指標的基礎數據應較為明確且易獲取，方便計算和分析比較。

生態需水量增加河道水資源總量，改善河道水環境，構建河道水生態，主要從水量、水質和生態進行評價，主要評價指標包括生態補水量、水質改善度、生態環境[6]。

5.1 生態補水量規模

河道生態補水量指標應按照黑臭水體治理考核的相關要求，河道內基本生態環境需水量不低于生態基流，目標生態環境需水量不能超過生態基流的2倍，逐步恢復河道生態環境。

5.2 生態補水量比例

生態補水量系數按照實際補水量與計算補水量的比值進行計算，通過不同生態補水量對河道內生態環境的影響來研究最適宜的的生態補水量規模。

5.3 最小換水周期

換水周期是指水體更換一次所需要的時間和周期，換水周期越小，換水次數越多，水動力條件越好，水體的自凈能力越好，換水周期可反應河流的水動力條件，但頻繁的換水可能導致水資源的利用率的降低，通過不同的換水周期對河道生態的影響，研究河道最優的換水周期[7]。

5.4 水質改善百分比

水質改善指標是從河道內不同段水質指標來反映，通過對不同河段的水質進行監測，對比補水前的各項水質指標，分析水質指標改善的河段長度和面積占河湖總長度和面積的百分比，研究不同百分比下河流環境所需要的生態補水量，并結合補水的成本進行經濟效益比選，選擇水質改善好，補水量最小的作為最優補水量。

6 結論和建議

1)分析生態補水對河道水生態、水環境和水動力影響，從水文、水力、水質角度提出了多個評價指標體系，分析比選多指標體系下分析生態補水方案對水環境的改善效果，為城市河道最優生態補水方案提供理論依據。

2)指標體系亦可用作不同生態補水模擬方案間的對比分析，選擇水環境改善效果佳、經濟合理者作為實際應用方案，合肥市目前生態補水工程暫未實施，本次只進行需求分析，補水工程運行后通過模型分析河網生態補水對河流水量、水環境的影響，結合構建評價體系，通過水量水質耦合模型分析最優補水量與調度方案。

3)河道生態需水應根據近遠期水質目標和水功能區劃，保障近期水質目標要求，預留遠期需水量。

4)生態補水應系統考慮，統籌推進，優先實施缺水嚴重，急需改善的河道水體。

5)生態補水水源應從經濟、技術上進行充分論證，確保補水水源的水量和水質穩定。