東平湖老湖生態補水相關問題探討

王永剛，齊永志，豐煥平

（山東黃河勘測設計研究院有限公司，山東 濟南 250013）

東平湖水源主要為汶河來水，南水北調東線一期工程建成后，長江水也成為東平湖水源之一，受降雨及上游攔蓄影響，2014年訊后大汶河來水無法保證，造成東平湖老湖區水位持續下降，長江水成為東平湖主要補給水源，但對老湖區域水源補給局限性較大。

東平湖是重要的省級生態功能保護區，東平湖老湖區水位持續下降造成了生態與環境惡化，漁業與旅游業發展受到制約，湖區群眾的生產生活受到嚴重影響。研究分析東平湖的生態水位，通過科學合理的補給措施保證其水位，是促進當地社會經濟發展的需求，有利于維護東平湖老湖區生態與環境安全，有利于推動當地旅游業的發展和湖區移民脫貧致富。

1 生態補水路線

分析東平湖老湖區及與黃河的地理位置關系，可以擬定3條引黃線路。路線一是從國那里引黃閘，經引黃渠道（岱廟灌區6.3 km），由二級湖堤新建進湖閘進入；路線二是從陳垓引黃閘，經引黃渠道（長約19 km）、梁濟運河（長約17 km）、鄧樓泵站、柳長河渠道（長約21.6 km），由八里灣泵站進入；路線三是從龐口防倒灌閘新建泵站，經出湖閘后渠道（長約5.5 km），由陳山口、清河門出湖閘進入。

從引水條件、引渠長度、工程影響等方面綜合分析，國那里引黃閘生態補水路線是最為經濟合理的。

2 生態恢復目標及補水時機

據1954—2016年水位統計資料，東平湖1980年前最低湖水位較低為37.22 m（1977年7月），2000年后水位較高最低湖水位分別為38.33 m（2003年8月）和38.91 m（2016年1月），詳見表1。

表1 各時間段最低湖水位及出現時間統計表

2.1 生態恢復目標

東平湖老湖區生態恢復目標主要結合東平湖市級濕地自然保護區、南水北調東線一期工程運用、老湖區最低水位變化及生態環境需水位分析確定。

2.1.1 濕地對東平湖老湖區水位的要求

東平湖市級濕地自然保護區總面積為259.27 km2，其中核心區面積約88.58 km2，緩沖區面積約37.77 km2，實驗區面積約132.92 km2。為保證東平湖市級濕地自然保護區正常生態功能，應確保核心區及緩沖區常年有水，以此分析相應東平湖老湖區水位為38.99 m。

2.1.2 南水北調東線工程運用水位

水利部關于南水北調東線一期工程水量調度方案的相關文件中規定，東平湖水量調度期為10月至翌年5月，當東平湖老湖區水位低于39.22 m且有調水要求時，八里灣泵站則開始抽水補充東平湖老湖區，補湖水位按39.22 m控制，即南水北調調水東平湖老湖控制水位為39.22 m。

2.1.3 生態環境需水位

研究生態水位的方法[1]較多，主要有水量平衡法、換水周期法、最小水位法、功能法等。其中，功能法是以生態系統學為理論基礎，從湖泊生態功能的維持與重建的角度出發，以保護和恢復湖泊生態系統的完整性和多樣性為目標，遵循生態優先、兼容性、最大值和等級制原則，能夠較為全面地計算湖泊生態環境需水量。因此，東平湖老湖區最低生態水位采用基于功能法的計算方法進行確定。

1）東平湖最低生態環境水位。湖泊最低生態環境水位[2]一般采用湖泊形態法和水文分析法進行計算，取兩者中的大值做為湖泊最低生態環境水位。

一是采用湖泊形態法計算生態環境最低水位。湖泊水位和面積或容積之間為非線性關系。在湖泊面積或容積隨水位的變化率中有一個最大值，達到最大值后湖泊水位每降低一個單位，湖泊水面面積或湖泊容積將顯著減少，同時湖泊功能也將顯著減少。湖泊水位與湖泊面積或容積隨水位的變化率的關系可能存在多個“最大值”。由于湖泊最低生態水位是湖泊枯水期的低水位。因此，在湖泊枯水期低水位附近的“最大值”相應的水位為湖泊最低生態水位。所以可以用湖泊水位作為湖泊水文和地形子系統特征的指標，用湖面面積或湖泊容積作為湖泊功能指標，建立湖泊水位與湖泊面積或容積隨水位的變化率之間的關系曲線[3]。

根據東平湖水位-面積變化率曲線，可得出東平湖為水位37.72 m時對應的面積最大，以后東平湖水位每降低一個單位，湖泊面積減少率顯著增加，因此可將37.72 m作為東平湖最低生態水位。

二是水文法計算生態環境最低水位。在水文統計資料中，一般將90%保證率下的湖泊多年平均月最低水位，作為防止湖泊生態系統的進一步退化的生態水位。以1954—2016年逐月最低水位序列做為研究對象，得出90%保證率下的最低水位為37.95 m。

圖1 東平湖水位-面積變化率曲線圖

三是計算最低生態環境需水位。湖泊最低生態環境需水位采用湖泊形態法和水文分析法兩者中的大值確定，為37.95 m。

2）水生生物棲息需水位。湖泊水生生物除自身生長繁殖需水之外，還要有必需的生息空間及產卵和越冬的場所。湖泊水生生物需水量及水位與棲息地等級的對應關系詳見表2。

表2 水生生物棲息地等級

東平湖平均湖底高程為37.5 m左右，生態需水量按最小等級計算，則對應水位為39.0 m。

3）東平湖湖區航運需水位。在南水北調東線一期工程建設中，南四湖至東平湖段以輸水與航運結合的原則，按Ⅲ級航道、Ⅱ級船閘標準進行建設。批復的東平湖區段最低航運水位為39.22 m，最高航運水位44.72 m。

4）東平湖生態環境最低水位。綜上，東平湖生態環境最低水位應取生態環境最低水位、水生生物需水位、航運需水位3者中的最大值，為39.22 m。

2.1.4 生態恢復目標水位

生態恢復目標水位既要滿足東平湖市級濕地自然保護區的需求，又要滿足南水北調東線一期工程的正常運行，還要滿足生態環境水位需求，同時結合東平湖老湖區歷年最低水位綜合進行分析，最終確定東平湖老湖生態恢復目標水位為39.22 m。

2.2 補水時機

根據南水北調調度方案，東平湖水量調度期為當年10月至翌年5月，補湖水位按39.22 m控制。因此生態補水期為南水北調非調水期，即在6月1日～9月30日進行相機補水。

3 補水量計算

3.1 蒸發量

依據戴村壩水文站1981—2016年多年平均蒸發、降水資料，對東平湖老湖區6～9月多年平均蒸發能力進行計算，計算結果詳見表3。

表3 6～9月多年平均蒸發能力計算表mm

如表3所示，東平湖老湖區6～9月多年平均蒸發能力為150.6 mm，老湖水面面積按39.22 m水位對應湖區面積130.6 km2進行計算，則老湖區6～9月蒸發量為1 967萬m3。

3.2 滲漏量

河流、湖泊中有水存在，水位抬高，水壓加大，在地下水位較低的情況下就會產生滲漏損失。河湖、水庫滲漏的經驗公式為：

式中：W滲為河湖滲漏損失，m3；W蓄為河湖平均需水量，m3；K為經驗取值或系數。

東平湖老湖區滲漏地質條件較差，6～9月滲漏損失量按39.22 m水位對應蓄水量1.996億m3進行計算，月滲漏損失系數取為1.5%，則老湖區6～9月滲漏損失量為1 198萬m3。

3.3 周邊灌區引水量

東平湖老湖區周邊共有二十里鋪灌區等6處引湖灌區，灌溉面積為95.33 hm2，引水期主要為每年的2～10月。

老湖區湖周灌區用水量年際變化較大，據統計，6～9月最大引量為2014年的1 075.94萬m3，最低為零，分別在2007年和2008年。老湖區湖周灌區用水量受氣候影響較大，干旱年份用水量大，因此東平湖老湖區相機補水時機應選在干旱年份，湖周灌區6～9月用水量采用2014年用水量1 075.94萬m3，取整為1 076萬m3，見表4。

表4 東平湖老湖區引湖灌區引水量統計表 萬m3

3.4 補水量

東平湖老湖區最低生態水位為39.22 m，相應庫容為1.996億m3，南水北調調水期水位基本維持在39.22 m以上。在非調水期，為維持東平湖老湖區最低生態水位，應綜合考慮蒸發滲漏量及湖周灌溉用水量，計算可得，總的生態環境需水量為4 241萬m3，月均補水量為1 060萬m3。

綜合考慮國那里閘現狀引水、灌溉、相機補水及含沙量等因素，新建河湖連通生態補水二級湖堤桑園閘設計流量可確定為20 m3/s。

4 結語

老湖生態恢復目標水位采用湖泊最低生態水位計算方法分析確定。在分析過程中結合東平湖的實際情況，重點分析了老湖濕地正常生態功能目標水位和航運功能需求目標水位，從而綜合

分析確定了老湖生態恢復目標水位，并結合東平湖作為黃河下游重要滯洪區的特殊區位功能和水源情況，分析確定了保證生態目標水位的進湖閘建設措施。