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(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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(chǔ)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(nèi)的流量（水量、水位、水深）及其過程。

自20 世紀70 年代，國內(nèi)學(xué)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(wù)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(zhì)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(shè)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(lǐng)域的研究熱點。

考慮焦土港到區(qū)域處于平原河網(wǎng)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(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)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(xiàn)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(xué)法（Tennant法、7Q10 法）、水力學(xué)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(shù)據(jù)，常用計算方法均不適用，考慮焦土港的功能定位以及現(xiàn)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(shù)據(jù)，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(wǎng)區(qū)，各河流之間水位差異不大，可通過收集區(qū)域內(nèi)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(yīng)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(jīng)驗值如下：

城市災(zāi)害風(fēng)險多種多樣，為了更為合理地評價城市災(zāi)害風(fēng)險，根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險表達式：災(zāi)害風(fēng)險=(危險性×脆弱性×暴露性)/恢復(fù)力，城市災(zāi)害風(fēng)險因子包括危險性、脆弱性、暴露性和恢復(fù)性四大因素，它們共同構(gòu)成了城市綜合災(zāi)害風(fēng)險。參考我國《城市綜合防災(zāi)規(guī)劃標準》等文獻，構(gòu)建城市災(zāi)害綜合風(fēng)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(jù)查閱資料和現(xiàn)場踏勘可知，泰興市境內(nèi)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(jié)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(yīng)的水位以及水生植物生存需求的0.3m 對應(yīng)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(xué)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(shè)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(shè)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(shù)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(nèi)河水位以黃橋站為代表。所以本次分別采用代表內(nèi)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(yīng)水位建立相關(guān)關(guān)系（見圖1），其關(guān)系式為Y黃橋站=1.0189X焦土港閘上-0.1466，相關(guān)關(guān)系R2=0.851，0.7 ≤|R|＜1 為高度線性相關(guān)，相關(guān)關(guān)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(guān)關(guān)系線圖

分析采用黃橋站2001—2015 年年平均值水位數(shù)據(jù)（見圖2）分析，得到90%保證率對應(yīng)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(shù)據(jù)（見圖3）分析，得到90%保證率下對應(yīng)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(jù)本次河底高程復(fù)核監(jiān)測成果，可推算出控制斷面與黃橋水文站的水位關(guān)系。

采用黃橋站2001—2015 年年平均值水位數(shù)據(jù)分析，結(jié)合上文中確定的焦土港閘上水位與黃橋站水位的相關(guān)關(guān)系Y黃橋站=0.9046X焦土港閘上+0.1438 可知，90%保證率下對應(yīng)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(shù)據(jù)分析，90%保證率下對應(yīng)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(shù)據(jù)結(jié)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(jié)合焦土港魚類生存需求的0.9m 水深，則對應(yīng)的水位為0.8m。

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

結(jié)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(yīng)取值為0.8m。

4.綜合確定

根據(jù)以上兩種方法計算的生態(tài)水位計算結(jié)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(yīng)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(jié)論

（1）本次研究對象為焦土港，主要承擔(dān)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(jié)果分別是1.809m和0.8m，依據(jù)外包值法最終確定焦土港生態(tài)水位為1.809m，控制斷面設(shè)置在焦土港閘上