岳城水库最低生态水位研究

高 翔，胡 振，李小英，周绪申，3

（1.海河水利委员会漳卫南运河管理局，山东 德州 253009；2.海河流域北海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，天津 300061；3.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

水库在调节陆地地表水生态系统中发挥重要作用，具有拦蓄洪水、供给农业和生活用水、维护生物多样性等多种功能，是地区经济可持续发展和人们赖以生存的基础[1]。近年来，由于人们对水资源开发利用强度持续加大，而对水资源配置过程中生态蓄水的重视程度不足，导致了水环境质量下降、生物多样性降低、供水短缺等多种问题[2]。维持健康的水库生态环境，不仅需要水库蓄有较高的水位水量，而且应保持动态平衡的来水量和放水量。当来水量较少，放水量较多，水库水位持续下降，水库生态系统随之变弱。维持水库生态系统正常运行的最低水位为水库最低生态水位。该水位的研究对水库合理配置水资源和保持生态系统健康具有重要作用[3]。

GLEICK[4]提出维护生物多样性、生态系统完整性需要可持续用水的概念。徐志侠等[5]在对南四湖生态水位研究中，将湖泊天然水位作为重要因素计算最低生态水位。梁犁丽等[6]通过研究鱼类生存、繁殖环境与水量的关系确定最低生态水位。刘剑宇等[2]通过研究鄱阳湖的动态出入湖水量计算水生生物生存空间和生态需水量。程俊翔等[3]计算东洞庭湖最小生态水位则是采用最低年平均水位法、年保证率设定法、形态分析法和生态水位法4种方法。

岳城水库为国家大（1）型水库，2006年被水利部列为全国第一批重要水源地。近年来，由于水库蓄水量减少、需水量增加等因素影响，水库出现泥沙淤积、生物多样性大量减少等问题。为维护岳城水库生态系统平衡，应对水库最低生态水位进行研究。本文结合岳城水库实际情况，采用最低年平均水位法、年保证率设定法和生物最小空间需求法3种方法计算岳城水库最低生态水位，为岳城水库防洪减灾、水资源管理与保护以及优化调水等提供技术支撑。

1 研究区域概况

岳城水库位于河北、河南两省交界的漳河干流出山口处，控制流域面积18100 km2，其输水渠道包括漳南渠、民有渠及其管道，为邯郸、安阳两市及下游地区提供生活、农业用水。水库泄水入漳河，维持河道水生态环境。多年来，国家先后多次实施“引岳济津”“引岳济淀”等调水工程，在2022—2023年的京杭大运河全线贯通补水中岳城水库发挥了重要作用。岳城水库已被列入《全国重要饮用水水源地名录》，而且成为向北京市供水的备用水源地，其地位越发重要[7]。岳城水库上游建有大量中小型水库，总库容超过3亿m3，属于人为干扰严重的湖泊水库，加上水库处于缺水区域，因此开展水库最低生态水位研究具有重要意义。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

本研究数据来源于岳城水库（坝上站）1969—2022年实测逐日水位数据。

2.2 研究方法

2.2.1 最低年平均水位法

最低年平均水位法是统计历年水库最低水位，取其平均值与权重（历年水库最低水位平均值与最低生态水位的接近程度，取值范围在0.650～1.550）的乘积作为最低生态水位。

2.2.2 年保证率设定法

年保证率设定法[3]是对历年水库最低水位从小到大排序，计算不同年保证率下的最低生态水位。其计算公式为：

式中：Zmin为最低生态水位（m）；Z为年平均水位（m）；μ为权重；P为保证率；m为年序列数；n为统计年数。

根据水库的自然地理环境、调蓄灌溉功能选择相应的保证率（50%、75%、95%），得到保证率所对应的水文年，计算年平均水位。根据生态系统健康评价指标，对水文年的生态系统健康状况进行综合评价。健康等级与权重的对应关系，详见表1。

表1 水库生态系统健康等级与权重的对应关系

2.2.3 生物最小空间需求法

根据徐志侠等[5]的研究，水库水位与生物生存空间一一对应，所以采用水位作为水生生物生存空间指标。水生生物包括藻类、浮游动植物、大型水生植物、底栖动物和鱼类等，为维持各自群落生存均需最低水位，这些最低水位的最大值即为最低生态水位。其计算公式为：

式中：Zemin为最低生态水位（m）；Zemini为第i种水生生物所需的最低生态水位（m），i= 1～n；n为水生生物种类。

水生生物中鱼类对水位最为敏感，并且对其他水生生物的生存发展有重要作用[8]，因此将适于鱼类生存的最低水位作为水库最低生态水位，即：

式中：Hemin鱼为鱼类所需的最低生态水位（m）。

3 计算结果分析

3.1 最低年平均水位法计算分析

根据1969—2022年岳城水库（坝上站）实测逐日水位数据，绘制岳城水库历年最低水位，如图1所示。岳城水库历年最低水位最大值与最小值相差11.32 m，2011年最低水位与历年最低水位平均值相差0.12 m，为最接近的年份。近几年，岳城水库水质评价为地表水Ⅱ类及以上标准，水质良好，达到饮用水标准要求，历年最低水位为上涨趋势，水体富营养化程度逐年好转，处于中营养状态[9-11]。巴音查汗等[12]采用最低年平均水位法研究确定新疆赛里木湖流域最低生态水位，权重取1.0。所以，根据水文统计方法和反馈法确定权重λ值为1.0，经计算得岳城水库最低生态水位为127.57 m。

3.2 年保证率设定法计算分析

岳城水库地质较复杂、进水口单一，取保证率为75%，水文年为2007年，年平均水位为131.68 m，详见表2。岳城水库库区底泥含较多有机质和腐殖质，故底栖动物生物指数赋分偏低[13]。2016—2018年，漳卫南局实行最严格水源地保护措施，库区水生态、水体富营养化状态逐渐改善。2019年岳城水库健康状况评估为健康，评价结果为较好[14]。根据表1，权重取0.975，岳城水库最低生态水位为128.39 m。

表2 不同保证率下年平均水位统计

3.3 生物最小空间需求法计算分析

岳城水库野生鱼类品种丰富，有鲤、鲫、鳙、鲢等，保护鱼类也是衡量生物多样性的重要指标。根据库区野生鱼类生存和繁殖需求，岳城水库至少需要1.5 m 的水深（鱼类生存的极限水深）。根据李增强等[15]的研究，岳城水库可调用水量的基础水位应在死水位以上，才可保证水库及下游河道的水生态环境，因此维持库区野生鱼类生存的最低水位为126.50 m。岳城水库上游山区地质为石灰岩及土石山，且暴雨主要集中在山区迎风坡，大量泥沙、碎石随暴雨洪水进入库区，且水库建成以来未曾进行清淤，导致水库淤积情况逐年增加。截至2020年，根据基本水尺断面水尺零点高程测量结果得到最低一根水尺淤积深度已达到0.95 m。所以，维持鱼类种群长期生存的最低水位应提升0.95 m，为127.45 m。

3.4 最低生态水位合理性分析

采用最低年平均水位法、年保证率设定法和生物最小空间需求法3 种方法计算得到岳城水库最低生态水位，均低于旱限水位[16]，高于死水位。岳城水库最低生态水位计算结果及差值比较，详见表3。

表3 岳城水库最低生态水位计算结果及差值比较m

由于不同计算方法基于理论和侧重点不同，所以其得到的结果也并不完全相同。年保证率设定法和最低年平均水位法是基于长序列水位资料计算最低生态水位，重点考虑水库水资源功能正常发挥，不需要现场监测数据，而权重确定比较困难，两者确定的岳城水库最低生态水位相差0.82 m，没有考虑水生生物空间的影响[17]。生物最小空间需求法属于栖息地法的范畴，着重考虑了相关生物的生态机理，并且将淤积现状考虑在内，比最低年平均水位法和年保证率设定法低0.12 和0.94 m。因此，在保证水库水资源功能正常发挥和水生生物正常存活繁育发展的情况下，岳城水库最低生态水位取计算结果的平均值127.80 m。

根据2012—2022年岳城水库逐日水位状况，年最低水位持续高于127.80 m，表明近年来岳城水库最低生态水位满足程度较好，水位高、水库蓄水量大，尤其在2021年漳河“21·7”洪水期间，岳城水库最高水位达152.27 m，拦蓄洪水2.730 亿m3，泄洪2.148 亿m3，洪水期前后水库水质基本稳定，维持在地表水Ⅲ类标准。本研究结果也从另一方面印证了岳城水库水生态环境现状。

4 结论

（1）采用最低年平均水位法、年保证率设定法和生物最小空间需求法3种方法计算得到岳城水库最低生态水位127.80 m，高于死水位，低于旱限水位。最低年平均水位法、年保证率设定法考虑了水库水资源功能的正常发挥，其计算结果高于生物最小空间需求法的计算结果，在水位持续下降时，应减少或停止岳城水库向外供水，以保持水库的水生态平衡。

（2）2012—2022年，岳城水库持续加强水资源管理与保护，保证每年最低水位高于最低生态水位，库区水生态环境逐年改善。

（3）随着岳城水库上游来水的减少以及城市生活、农业需水的增加，需加强对农业面源污染的管控、库区居民生活垃圾的存放及处理、上游河道两岸水土保持、库区水体漂浮物清除等，建立岳城水库上下游联动协商机制，定期协商、充分掌握上游来水水量水质等情况。