河湖水系连通研究进展及应用

樊孔明王津曹炎煦

河湖水系连通研究进展及应用

樊孔明1王津1曹炎煦2

一、研究背景

河湖水系是水资源的载体，是生态环境的重要组成部分，近年来，随着经济社会发展对保障防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全的要求日益提高，加之我国水资源配置能力整体偏低、水资源利用率不高、生产力布局和水土资源不相匹配的问题日益突出，进一步完善和优化江河湖库水系连通，是社会经济发展的迫切需要，是中央治水兴水的重大方略，更是民生水利的根本要求。在全面落实最严格水资源管理制度之际，为了从根本上提高水资源统筹配置能力、改善河湖健康状况和增强抵御水旱灾害能力，2010年1月，水利部陈雷部长在全国水利规划计划工作会议提出“河湖连通是提高水资源配置能力的重要途径”。2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》指出“加强水资源配置工程建设。完善优化水资源战略配置格局，在保护生态前提下，尽快建设一批骨干水源工程和河湖水系连通工程，提高水资源调控水平和供水保障能力。”

我国在江河湖库水系连通实践方面已经开展了大量的工作，一大批跨流域、跨区域调水工程及重点水源工程建设，对于提高区域水资源和水环境承载能力发挥了重要作用。近年来关于河湖水系连通的研究在不断增多，国内部分学者做了探索性的研究，取得了不少理论成果。本文从水系连通的概念及内涵、水系连通的分类、水系连通评价指标体系、水系连通的功能以及水系连通的应用实践等方面介绍我国近年来水系连通的研究实践进展，并介绍泗洪县水系连通在改善城市水环境中的应用。

二、研究进展

1.水系连通概念研究进展

近年来，随着河湖水系连通的理论研究也在不断完善，河湖水系连通的定义也从零散描述逐步形成系统、统一的定义。李原园等从一般意义上，将河湖水系连通定义为：以江河、湖泊、湿地以及水库等为基础，通过科学的调水、疏导、连通、调度等措施建立或改变江河湖库水体之间的水力联系。张欧阳等提出了水系连通性的定义：河道干支流、湖泊及其他湿地等水系的连通情况，反映水流的连续性和水系的连通状况。李宗礼等和窦明等均将河湖水系连通定义为：以实现水资源可持续利用、人水和谐为目标，以提高水资源统筹调配能力、改善水生态环境状况和防御水旱灾害能力为重点，借助各种人工措施和自然水循环更新能力等手段，构建蓄泄兼筹、丰枯调剂、引排自如、多源互补、生态健康的河湖水系连通网络体系。唐传利将河湖水系是由自然演进过程中形成的江、河、湖泊、沼泽、洼淀等水体以及经人工改造后形成的水库、闸堤、渠系和运河等水工程共同组成的一个复杂体系；河湖连通则是在自然力和人力的双重作用下，人类有意识地改造河湖水系、实现水资源有效配置的行为。

在总结相关研究的基础上，结合河湖水系连通的战略目标、构成要素等，2013年水利部印发的《关于推进江河湖库水系连通工作的指导意见》（水规计〔2013〕393号），将河湖水系连通定义为是以江河、湖泊、水库等为基础，采取合理的疏导、连通、引排、调度等工程和非工程措施，建立或改善江河湖库水体之间的水力联系。目前，经过长期的治水实践，特别是新中国成立以来大规模的水利建设，部分流域和区域已初步形成了以自然水系为主、人工水系为辅、具有一定调控能力的江河湖库水系及其连通格局，为促进经济社会发展发挥了重要作用。

2.水系连通分类研究进展

李宗礼等从河湖水系连通的概念、内涵出发，提出分类原则，并依据河湖水系连通的主要影响因素，提出3类分类依据，8种分类类型。一是基于连通性质可分为恢复型水系连通、新建型水系连通；二是基于连通功能可分为以提高水资源统筹调配能力为主的水系连通、以提高河湖健康保障能力为主的水系连通、以提高抵御水旱灾害能力为主的水系连通；三是基于地区水资源特征可分为为缺水区、丰水区、河网区三大类。中国水系具有显著的地域特征，不同区域的河湖水系水文特征差别很大，水系连通性本质上受流域（区域）水循环背景条件和过程影响；同样，区域水资源特点也决定了河湖水系连通战略实施的基础条件。

徐宗学等结合国内外河湖水系连通的实践经验，从气候分区、空间尺度和功能作用等不同角度对河湖水系连通进行科学分类。根据气候分区可以分为南方多雨型、北方干旱型、西北内陆型、云贵高原型、青藏高寒型，按照空间尺度可以分为跨流域连通、同一流域相邻河湖连通、城市水系连通等，按功能作用可以分为减轻洪涝灾害（防洪）型、保证供水安全（供水）型、改善水生态环境（生态环境）型以及混合型等。

3.水系连通评价指标体系研究进展

目前国内外对于河道—滩区系统的连通性定量评价方法研究较少，大多数是利用河流地貌调查方法进行地貌特征的定性描述或通过水文情势数据的分析间接反映河道滩区系统的连通性，或将侧向连通性作为河流健康评价全指标体系中的单一指标进行简单的定量分析。

水利部印发的《全国水资源保护技术大纲》中，将河流水系的横向连通性、纵向连通性作为水生态评价的重要指标，并给出了定量的计算。

窦明、张远东等以淮河流域为研究对象，结合景观生态学理论方法，提出宏观尺度下水系连通性评价指标体系，分别是反映河网水系实际成环水平的指标水系环度α、反映河网水系中每个节点连接水系能力强弱的指标节点连接率β、反映河网水系中廊道之间相互连接能力强弱的指标水文连接度γ，参照《城市水系规划导则（SL431-2008）》等技术标准和国内外具有一定代表性的城市现状值或规划值，给出反映水系成环水平、节点连接水平和廊道连通水平指标的评价标准，结合GIS数据绘制出全流域廊道—节点示意图，评价了全流域13个水资源三级区的水系连通状况，并分析了影响水系连通的主要因素，其研究结果对当地水资源保护工作的开展具有一定的指导意义。

赵进勇等将图论中连通度的概念应用于河道—滩区系统连通性评价，实现了河道—滩区系统连通程度分析的定量化。基于图论连通度理论，将河道—滩区系统中的水流通道、鬃岗地形、小型封闭水域和牛轭湖等微地貌单元概化为图模型，并利用ArcGIS平台和DEM模型实现其表述。在此基础上，建立图的邻接矩阵，进行连通性分析和水流通道连通度计算，实现了河道—滩区系统连通程度分析的定量化。该方法可用于河流健康评估、河流生态修复工程优化、河湖水网连通程度的定量分析等。

河湖水系连通是提高水资源配置能力、增强抵御旱涝灾害能力和改善生态环境的重要战略举措，而如何对河湖水系连通的影响进行评价，是相关部门开展河湖水系连通决策和管理时迫切需要解决的问题。冯顺新等建立了包含社会、经济及生态环境等3个方面共23个指标的河湖水系连通影响评价指标体系，探讨了河湖水系连通影响评价的独特特征，指出在一般情况下对连通的影响需要在单区域（调水区或受水区）和整个连通区上分两个层面进行评价，从而评价指标可能在两个层面上都存在阈值，初步讨论了各单指标的评价方法。

4.水系连通实践应用进展

实践中，水系连通大致可分为以军事和航运为主，以抵御水旱灾害为主，以水资源调配为主，以水生态环境治理修复为主的水系连通。不同的历史发展阶段对河湖水系连通的要求不同，纵观国内外不同阶段和不同目的的河湖水系连通实践，随着经济社会发展程度和生态文明程度的提高，对河湖水系连通的功能要求不断提升，河湖水系连通不断向系统化、生态化、功能综合化方向发展。

中国历史上以通航和军事为主的就有许多著名的水系连通工程，其中最著名的是京杭大运河，始建于春秋时期，建成于元代；自北而南流经京、津、冀、鲁、苏、浙6省（市），成为连通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系、纵贯南北的水上交通要道；公元前214年凿成通航的灵渠是世界上最古老的运河之一，也是新建型水系连通工程的典范，连通了长江和珠江两大水系。时至今日，这两大工程仍发挥着供水、航运等综合功能。

以抵御水旱灾害为主的如淮河流域的“东调南下”，有效降低了淮河流域的洪水威胁，还可以在适当时机为南四湖地区补充水源；南水北调东线工程不但可以将长江水输送至缺水的黄淮海地区，而且可以改善里下河地区的防洪排涝条件。

以水资源调配为主的河湖水系连通工程也有不少成功的案例。目前，我国已经建成的引黄济青、引滦济津等河湖水系连通工程，发挥了重要的水资源调配功能，有效缓解了区域水资源短缺问题及经济社会和生态环境用水之间的矛盾。黑河流域经过综合治理，使干涸多年的东居延海恢复了水面，实现了“碧波荡漾”的治理目标。

以水生态环境治理修复为主塔里木河通过水资源统一调度，实现了下游断流河道的通水，绿色走廊得到有效保护，区域生态环境明显改善；扎龙湿地应急补水工程扩大了湿地水面，生物多样性得到恢复，丹顶鹤等珍禽栖息地状况明显改善，苇草和鱼类产量提高，取得了显著的生态保护效果和经济效益；2014年入汛以后，南四湖地区遭遇严重旱情，降水偏少近5成，湖区蓄水不足历年同期的3成，湖区濒临干涸，生态环境受到严重威胁。在国家防总、水利部的统一领导下，淮河防总负责应急调水的组织实施，协调江苏、山东两省防指开展了南四湖生态调水工作。此次调水充分发挥了南水北调东线工程的优势，从长江引水至南四湖，历时19天，调水总量8069万m3，极大缓解了南四湖地区旱情，湖区生态明显改善，成效显著。

三、泗洪城区水系连通规划实例

1.泗洪城区水系概况

新中国成立前，泗洪县有淮河、濉汴河、安河三个水系和一些支流，并因黄河夺淮后淤积严重，水流无控，水旱灾害连年发生。

经过建县后几十年治理，泗洪县境内河流从南到北构成了行洪河道和内涝河道相间排列的格局。此次研究的区域范围主要是泗洪城区水系。根据泗洪县城区整体的布局方式以及水系的分布状况，城区河流应包括早陈河、东凤大沟、拦岗河、团结河、老汴河、濉河等河流水系。城区水系主要面临以下问题，城区河流普遍缺乏连通，水流的连通性差；县内的河流如东风大沟水量较少，长期处于缺水的状况；由于河流的连通性差，加之水资源匮乏，造成了县内水环境状况不佳，水质情况不容乐观。

2.连通方案

在确保防洪安全的基础上，根据地形条件，结合水源补充注入点的布设，提出了连通方案、水源方案、流动方案，形成了“三通”的水系连通格局。即是形成小连通、南连通、大连通三种连通形式，分近期、中期、远期进行实施。本文重点分析小连通方案改善泗洪城区水环境质量的作用。

近期将通过开挖大新引河即图1中的小连通1，将东风大沟、早陈河和拦岗河连通。现状情况下，东风大沟、早陈河和拦岗河相互独立，没有相互连通，水体自然更新能力减弱，水环境逐步恶化。而大新引河与东风大沟连通，基于现有的水系连通状况，根据地形条件，拟将大新引河开挖，延长河道，使得东风大沟、早陈河和拦岗河连通起来，如图1所示的小连通2。

图1　近期方案河网拓扑结构图

3.连通工程效果分析计算

计算条件如下：

（1）该方案以城区平均水位非汛期13.5m、汛期12.5m为基础。

（2）城区考虑全部城市污水及面源污染，雨水污染。

（3）濉河、老汴河作为景观河道，因此流经濉河、老汴河的城市污水必须全部截污，因此只考虑濉河、老汴河与团结河的面源污染。

（4）进入其他河流，包括拦山河、东风大沟、早陈河与拦岗河的污水并未截污，该方案中同时考虑点源污染以及面源污染。

（5）由于每天城区河道有水面蒸发，河底有水量下渗流失，水位不断下降，水质不断恶化。

经过计算，得出如下结论：

（1）小连通后，濉河、老汴河无论在汛期及非汛期CODcr全部时间处于Ⅲ～Ⅳ类水标准浓度，已满足水环境功能要求；东风大沟、之间沟、早陈河、小连通及拦岗河在非汛期CODcr水质优于Ⅳ类水标准浓度，已满足水环境功能要求，而汛期处于Ⅳ～Ⅴ类水标准浓度。

（2）小连通后，城区所有河流无论在汛期及非汛期NH3-N处于Ⅲ～Ⅳ类水标准浓度，已满足水环境功能要求。

综合考虑，在截污95%后，濉河、老汴河均已满足水环境功能要求，不需要采取其他措施；其他河流需通过其他措施降低CODcr水质浓度

（作者单位：1.淮河流域水资源保护局2330012.淮河水利委员会233001）