王 繁

(甘肃省陇南水文站，甘肃 成县 742500)

生态流量是保证河流生态环境维持最基本的需水量，是河流自然环境与社会环境均衡发挥所需水的基本水量，水资源的短缺无疑给社会生产到来不可避免的矛盾，从而间接使得河流生态流量偏少，影响河流整体生态环境。河道内生态需水量是河流自身用水客观需求，具有自然属性，但生态流量是自然功能和社会功能得到均衡发挥所需水量，生态流量的确定首先是一个社会选择，生态流量具有自然属性和社会属性，其适当生态流量取决于如何平衡环境、经济、社会与河水利用的关系。

李红清[1]采用水文学的Tennant法、生态水力学等生态用水量分析方法,分别计算了亭子口水利枢纽下泄生态基流量,并对不同计算方法取得的结果进行了比较与分析；林梦然等[2]采用PA-DDS算法对模型进行求解得到了Pareto最优解,引入置换率定量分析了不同来水条件下发电目标与生态目标之间的竞争协调关系,采用模糊优选法寻求满足发电、生态需求的最优均衡调度策略；杨谦[3]认真梳理了长江流域生态水量保障现状及重点区域和重点工程生态水量保障情况,分析了生态流量管理存在问题及原因。上述文献研究达到良好的效果，但对于长江流域支流生态流量研究及核算相对较少。嘉陵江属长江上游区，在甘肃境内生态环境较脆弱，对这一地区的生态流量进行核算，对保护当地河道生态环境具有重要意义。本文在上述文献研究的基础上，对甘肃省嘉陵江水系的生态流量进行了核算，为该区域水资源配置及河道生态环境保护提供有力的数据支撑。

1 研究区域概况

嘉陵江水系地处长江上游区，属长江的第二大支流，发源于秦岭南麓的陕西凤县境内，跨越陕西、甘肃、四川省。甘肃境内流域位于陇南东部的两当县和徽县。嘉陵江自陕西凤县草店乡两河口入陇南境，经两当县西坡镇东坡村站儿巷镇、徽县嘉陵镇，从虞关乡畏子村出境后，入陕西略阳县白水江镇。嘉陵江水系主要支流有红崖河、永宁河、洛河、西汉水、长丰河、白龙江、广坪河、安乐河等。上游境内植被较好，中部较脆弱，多以耕地为主，下游生态环境较好。嘉陵江水系控制断面位置分布图见图1。

图1 嘉陵江水系及控制断面位置分布图

2 资料及研究方法

2.1 资料来源

在《甘肃省第三次水资源评价》[4]的基础上，结合《河湖生态环境需水计算规范》[5]及《河湖生态需水评估导则》[6]，选取陕甘、甘川省界的茨坝、成县、镡家坝、白云、碧口和文县等6个水文监测断面的实测资料进行嘉陵江水系生态流量的核算。在上述6个断面中，碧口站上游1 km处是大唐碧口电厂水库，该站属于水系节点和水利工程控制断面，资料短缺的采取插补延长的办法，采用1956-2016年长序列资料共61 a。对选取资料经过了一致性、代表性、可靠性审查，已整编为成果资料，可以使用。

2.2 研究方法

根据规范关于生态需水量定义，结合河流水文特性来确定控制断面的生态需水量。采用Tennant法[7-10]、Qp法和近十年最枯月流量法计算甘肃省嘉陵江水系所选取得的6个水文监测断面的生态流量。Tennant法以同期月平均流量的20%～40%作为非汛期基本生态需水量初值，将同期月平均流量的40%～60%作为汛期基本生态需水量初值。

2.2.1 Tennant法

Tennant法又称蒙大拿法，该法的基本原理就是根据经验，在实测流量和河道生态环境状况之间建立函数关系，采用历史流量资料确定各年内不同时段的生态需水量的方法。Tennant法以同期月平均流量的20%～40%作为非汛期基本生态需水量初值，将同期月平均流量的40%～60%作为汛期基本生态需水量初值。该法使用简单、方便。可根据水资源特点和开发利用现状合理取值，选择合适的生态环境流量百分比。

2.2.2 Qp法

又称不同频率最枯月平均值法，以节点长序列(n≥30 a)天然月平均流量或径流量为基础，以每年的最枯月流量排频，选择不同频率下的最枯月平均流量或径流量作为节点基本生态需水量的最小值。Qp法根据河湖水资源开发利用程度、规模、来水情况等实际情况确定，宜取90%或95%。对于季节性河流，可将由于季节性造成的无水期排除在外，只采用天然径流量的月份排频得到。

2.2.3 近10 a最枯月平均流量法

很多监测断面由于不可抗拒因素，出现资料短缺、漏测等现象，在这种情况下，可以采用近10 a最枯月平均流量法，也就是说采用连续10 a中，用最小的月平均流量代替基本生态需水量的最小值。其计算指标值见表1。

表1 不同河道内生态环境状况对应的流量百分比 %

3 生态流量计算及综合分析确定

3.1 基本生态需水量

根据各站1956-2016年实测流量资料，采用上述三种计算方法，计算了各主要控制断面的基本生态需水量，对各断面的生态需水量按照百分比的形式计算。统计结果见表2。

从表2看出，采用Tennant法计算的各断面基本生态需水量非汛期最大值为27.3 m3/s，出现在碧口断面，最小值为0.35 m3/s，出现在成县断面；汛期最大值为99.1 m3/s，出现在文县断面，最小值为2.31 m3/s，为成县断面；采用Qp法计算显示，90%保证率最大值为碧口断面的76.8 m3/s，最小值为成县断面的1.06 m3/s；95%保证率最大值为碧口的72.3 m3/s，最小值为成县断面的0.97 m3/s；采用近十年枯月流量法计算的各断面生态需水量最大值为碧口断面的69.7 m3/s，最小值为成县断面的1.55 m3/s。三种计算方法结果基本一致，碧口断面生态需水量最大，成县断面最小。通过查阅资料，并根据河流实际情况及水文特性，最后分析确定采用Tennant法计算的各断面生态需水量。

表2 嘉陵江水系各控制断面基本生态需水量 m3/s

3.2 目标生态需水量

研究表明[11]，大多数鱼类产卵期介于每年4-6月间，河道需水关键时期为每年4～5月间，河道漫滩及湿地植被等需水期在每年的4-5月间，河道植被生长期在6-9月。基于这一研究理论，可以根据河道主要涉水保护对象的需量，确定河道生态需水量主要包括河流河漫滩湿地生态需水、水生生物生态需水。最终确定嘉陵江水系目标生态环境需水量的关键期为4-9月，根据该水系流量的年内分配特性，目标生态环境需水量可以划分两个时间段，即每年的4-6月和7-9月，对这两个时期的生态环境需水量进行分析，就得到该河流年内的目标生态环境需水量。

从多年的水文监测资料看，嘉陵江水系天然水量较为丰富，但是水资源利用率相对较低。根据径流特征、水资源开发利用及生态环境状况，嘉陵江汛期和非汛期河流目标生态环境需水量取值在“好”和“最佳流量”之间。根据生态环境需水计算相关规范及要求，以Tennant法为基础计算目标生态流量，根据控制断面特性，选取同期多年平均实测流量的20%～40%作为4-6月份目标生态流量初值；选取同期多年平均实测流量的40%～60%作为7-9月份目标生态环境流量初值计算，得到嘉陵江水系生态流量和敏感生态需水量见表3。

表3 嘉陵江水系生态流量初始值指标 m3/s

4 生态流量满足程度分析

本次嘉陵江干流生态流量计算所选断面均为水文监测断面，各断面均有长系列水文监测资料，为了确保计算结果的合理性和可靠性，现对各控制断面计算所得的生态流量的满足程度予以分析。确定嘉陵江水系各控制断面的非汛期生态流量的满足度不低于90%，汛期的满足度不低于80%。限于篇幅，本文只对茨坝断面和成县断面非汛期和汛期生态流量满足程度列出，见表4～表7。从表中可以看出，茨坝断面及成县断面生态流量与月平均流量满足度较好，同样统计其余断面的满足度并分析，各断面生态流量满足度较好。

表4 茨坝断面非汛期生态流量满足度统计表 m3/s，%

表5 茨坝断面汛期生态流量满足度统计表 m3/s，%

表6 成县断面非汛期生态流量满足度统计表 m3/s，%

表7 成县断面汛期生态流量满足程度统计表 m3/s，%

5 结语

通过采用Tennant法、Qp法和近十年最枯月流量法计算甘肃嘉陵江水系河道生态流量，以Tennant法为基础计算了基本需水量及目标生态流量，根据流量的年内分配特性，将目标生态环境需水量划分为两个时间段，即每年的4-6月和7-9月，最终定嘉陵江水系各控制断面的非汛期生态流量的满足度不低于90%，汛期的满足度不低于80%，计算得出各控制断面生态流量：茨坝断面非汛期和汛期生态流量为1.28 m3/s和4.00 m3/s；成县断面非汛期和汛期生态流量为0.69 m3/s和2.00 m3/s。镡家坝断面非汛期和汛期生态流量为3.65 m3/s和10.0 m3/s；白云断面非汛期和汛期生态流量为1.98 m3/s和4.50 m3/s；碧口断面非汛期和汛期生态流量为27.3 m3/s和60.0 m3/s；文县断面非汛期和汛期生态流量为20.8 m3/s和40.0 m3/s。