寻乌水斗晏段河道生态基流量初步探讨

2011-04-11胡西红闫瑞敏

绿色科技 2011年7期

黄影，胡西红，闫瑞敏

（1.江西省环境保护科学研究院，江西南昌330029；2.江西省水利规划设计院，江西南昌330029；3.河南省焦作市环境监测站，河南焦作454000）

1 引言

在我国的水利水电开发中，往往是最大程度地利用河流水资源，忽略了维护下游河流生态环境和鱼类生存所需的下泄水量，已经造成了部分河流生态退化、鱼类消亡的严重后果。近年来，随着生态环境保护和维护生物多样性认识的增强，人们认识到在水利水电开发中必须维持河流一定的流量，以避免生态系统遭到严重破坏。

2 河道生态基流量研究

2.1 生态基流量概念

河道基本生态环境需水量，简称河道生态基流量，其概念至今尚未有明确统一的定论，不同学者根据研究对象和目的不同，使用不同的概念对其进行界定。目前出现许多与河道生态基流量相近的概念，分别有生态用水、环境用水、生态需水、环境需水、生态环境用水和生态环境需水，以及最小生态环境需水等［1～3］。在查阅国内外生态环境需要水量的研究成果的基础上，笔者认同其中之一的看法，即河道生态基流量是指在特定时间和空间条件下，为遏止由于河道内流量减少或断流所造成的生态环境恶化，并改善河流系统基本结构与功能所需要在河道内预留的、满足一定水质要求的水量［4］。

2.2 河道生态基流量计算方法

国外河流生态需水量计算方法归纳起来有4种，历史流量法，包括Tennant法、流量历史曲线法、产水常数法等，其中Tennant法最为典型；水力定额法，包括湿周法、简化水尺分析法、WSP水力模拟法等；栖息地定额法，包括河道流量增加法（IFM）、有效宽度（UW）法、加权有效宽度（WUW）、偏好面积法等；整体分析法，包括BBM法、整体法等。

国内研究河流生态需水的工作尚处于起步阶段，主要有以下几种计算方法。最小月平均流量法，即以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量。假设法，假设以某一年的水平作为标准年，认为该年的水环境状况基本能保持原有的自然景观，满足最低水循环要求以及河口冲淤平衡和基本维持河流生态系统平衡，则将该年水量作为河道所需生态需水量。水量补充法，Ⅰ蒸发和渗漏：认为河流生态用水量主要指补充河道及浸润带蒸发和河道渗漏等因素造成的损失所需的水量。Ⅱ水面蒸发生态需水量：为维持河流系统正常生态功能，当水面蒸发量大于降水量时，必须从流域河道水面系统以外接纳的水体来弥补，这部分水量即为水面蒸发生态需水量。另外，还有逐月最小生态径流法、逐月频率计算法、生物空间最小需求法、水文与河道形态分析法等［5］。

3 寻乌水斗晏段河道生态基流量计算

3.1 河流流域概况

寻乌水为东江干流，发源于江西省寻乌县三标乡三桐村的桠髻钵山南侧，长153.5km，流域面积2 704.0km2，源河为三桐河，流经三标、水源、澄江、吉潭、长宁、文峰、南桥、留车、龙廷9个乡镇，于龙廷乡斗晏村渡田出口，汇入东江，主要的支流有6条，包括沙洲水、流田水、篁乡河、龙图河、马蹄河及剑溪河。

寻乌水所在地径流来源是降水，多年平均年径流量为15.21亿 m3，多年平均流量48.2m3／s，径流年季、年内变化分配都很不均衡，丰水年和枯水年的年平均流量为多年平均流量的1.86倍和0.3倍。丰水期4～8月份水量占年水量的63.7%，降雨集中的4～6月份水量占全年水量的45%，10月至次年2月水量仅占全年的20.3%。

3.2 生态基流量计算

本文采用国外较为典型的Tennant法和国内较为常用的最小月平均流量法，对寻乌水斗晏段河道生态基流量进行定量分析。

3.2.1 最小月平均流量法

最小月平均流量法计算公式为：

式中Wb为河流基本生态需水量；Qij为第i年第j 月的月均流量，m3／s；T 为换算系数，值为31.536×106s；n为统计年数。采用寻乌水1959年～1989年30年的流量资料（表1），计算出其河道基本生态需水量为4.41m3／s。

表1 寻乌水历年平均流量 m3／s

3.2.2 Tennant法

（1）多年平均。该法确定的河道内最小生态需水量以测站的年平均天然径流量的百分率表示，将全年分为两年计算时段，根据多年平均流量的百分比和河道内生态环境状况的对应关系，直接计算维持河道一定功能的生态基流量。Tennant法中，河道内不同流量百分比与之相对应的生态环境状况见表2。

表2 Tennant法中河道内不同流量百分比与之相对应的生态环境状况

Tennant法认为平均流量的10%、30%、60%对评价生物适宜性具有显著的代表性，并认为10%是河道流量的最低下限，如果河道流量低于10%，则河流生态系统健康得不到保障，水生生境将严重恶化，河流生态环境功能将遭到破坏。因此取天然径流量的10%作为生态基流量，即选用公式：

Q平为多年平均流量，48.0m3／s，则 Qec＝4.8m3／s。

（2）代表年。由于Tennant法中多年平均流量法没有分干旱年、湿润年和平水年的差异，因此其计算出的多年平均河道基流量的值偏大。为此，本文选择代表年计算进行对比分析，选择的代表年为P＝25%（1985年）、P＝50%（1970 年）、P＝75%（1986年）、P＝90%（1965年），针对不同代表年份别计算其生态基流量。计算结果见表3。

表3 代表年生态基流量计算结果 m3／s

3.3 寻乌水斗晏段河道生态基流量计算结果分析

最小月平均流量法是利用河流最小月平均实测流量的多年平均值作为河道的生态基流量，用此方法计算的寻乌水斗晏段河道生态基流量占多年平均流量的9.2%，低于10%，河流生态系统健康得不到保障，因此，该方法计算结果不适宜作为河道生态基流量值。

用Tennant法采用多年平均流量进行计算，按天然径流量的10%作为生态基流量，河道生态功能可得到最低保障。用Tennant法采用代表年流量进行计算，选择的代表年为P＝25%（1985年）、P＝50%（1970年）、P＝75%（1986年）、P＝90%（1965年），生态基流量依次为 5.47m3／s、4.53m3／s、3.53m3／s、3.2m3／s；汛期（3～9月）生态基流量分别为7.30m3／s、5.73m3／s、4.91m3／s、4.09m3／s；非汛期生态基流量分别为 2.94m3／s、2.82m3／s、1.59m3／s、1.91m3／s。该方法考虑了干旱年、湿润年和平水年的差异，因此，以该方法计算所得的生态基流量结果比较合理。综上可得，用多年平均流量计算的结果，与代表年平水年计算结果和汛期P＝75%中的生态基流接近。