赵津霆

摘要：根据生态水文季节将生态需水分为枯水期、丰水期，分别计算这2个时期的最佳生态需水、适宜生态需水、最小生态需水。计算结果表明：蒲河流域沈北新区段枯水期的最佳生态需水量为3 905.03万～6 508.38万m3，适宜生态需水量为1 952.52万m3，最小生态需水量为650.84万m3。

关键词：蒲河流域；生态需水；Tennant法；植被生态需水量

中图分类号：TV124 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0041-04

生态需水包括维持河流系统现状与自然形态、防止河流退化、维持河流不断流及其连续性、为自然界提供水资源等方面。河流生态需水一般包括河道内生态需水与河道外生态需水。河道内生态需水指的是为满足通航、排沙、水生物繁衍、景观等要求，河流等天然水体所需要的最小需水量；河道外生态需水则涉及到湖泊、地下水恢复及水土保持等。现主要针对河道内生态需水进行探讨。

1 研究区域概况

蒲河发源于铁岭县横道河子乡想儿山，从棋盘山风景区上游望滨乡石砬子村流入沈阳境内，流经沈阳市5个县（区），于辽中县老坨乡黑鱼沟村汇入浑河。沈北新区位于沈阳北部，由新城子区、辉山农业高新技术开发区、虎石台经济技术开发区、道义经济开发区为主体共同组成，区域面积1 098 km2。沈北新区处于北温带，在亚洲季风气候区边北缘，其主要的气候特点是季风气候特征明显；春季多为西南大风，蒸发量大，易春旱；夏季则高温多雨，雨热同季的气候特点对农作物的生长发育极为有利；秋季风势较小，天气多晴朗；冬季寒冷干燥，雨雪甚少，盛吹北风和西北风。研究区年平均降水量660.6 mm，最大年降水量991.6 mm，最小年降水量460.1 mm，降水的年际、年内变化均较大。

2 生态需水计算方法

为维持河道天然生态系统的关键物种不消亡，保证河道生态系统基本功能不严重退化所需要的最小水量即为最小生态需水；维持天然生态系统结构稳定所需的最小水量称为适宜生态需水。最小生态需水的主要功能是以最小的水分条件获得尽可能大的水域活动空间，适宜生态需水是在水体存在的前提下，河流生态系统能够保持生物完整性所需要水分。根据生态水文季节对生态需水进行简单分类，将生态需水分为枯水期（10月—次年3月）、丰水期（4―9月）两个时期，分别对两个时期的最佳生态需水、适宜生态需水、最小生态需水进行计算。

2.1 河流蒸发需水量

式中：We为某时段内某河段水面净蒸发损失量（即水面蒸发需水量），m3；A为某时段内某河段水体平均水面面积，m2；E为某时段内某河段水体蒸发量，mm；P为某时段内某河段的区间降雨量，mm。

2.2 河流渗漏需水量

河流渗漏需水量是指河流水位高于地下水位时，河流底部渗漏及岸边侧漏向地下水补充的水量。一般情况下，渗漏需水量通常采用达西定律进行计算。一般河流、水库渗漏量采用的经验公式为：

式中：W河渗为河流渗漏损失，m3；W湖渗为湖泊、水库渗漏损失，m3；W蓄为湖泊、水库平均蓄水量，m3；K1，K2为经验系数，取值规则见表1。

2.3 植被生态需水量

植被生态需水量是为满足植被正常生长（或维持植被生态系统健康），且能够抑制土地生态系统恶化所需要的水资源量。研究涉及的植被生态环境需水量主要是岸边绿化带、草地生态需水。采用面积定额法进行计算，计算公式如下：

式中：W绿为绿地生态需水量，m3/a；ψ为绿化用水定额，m3/（a·m2）；F为绿化带覆盖面积，m2。

2.4 河道基流生态需水量

河道基流生态需水量主要指维护河道基本生态功能及河道内水生生物生存所需的水量。Tennant法是一种非现场测定的标准设定法，基于对美国11条河流的断面数据研究后，分析总结出河宽、流速、水深在不同流量变化下的变化规律，当流量小于年平均流量10%时，河宽、流速、水深增加幅度较大，而当流量大于年平均流量10%时，对应的水利参数增长幅度有所下降。划分流量等级标准见表2。

2.5 河流自净需水量

河流自净需水量是指保持河流对污染物质自净作用所需要的水量。在北方地区，为保持河流一定的生态功能，河道在枯水季节保证一定水量是非常必要的。在以往的运用和实践过程中发现，7Q10法计算出来的污染物允许排放量值偏高，故本次采用在7Q10法基础上改进而成的最枯月流量法计算河流自净需水量。对于一般河流，通常采用近10 a最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量作为河流自净需水量。取近10 a最枯月平均流量进行计算，公式如下：

式中：W自净为河流自净需水量，m3；Qmi为近10 a中第i年最小月流量，m3/s。

3 研究区域生态需水量计算

3.1 河段蒸发需水量

研究区1980―2015年降雨及蒸发资料显示，蒲河流域沈北新区段多年平均降水量为660.6 mm，折算成E601蒸发值为861.06 mm，年平均蒸发量大于年降水量。根据河流水面蒸发需水量计算公式（1）对沈北新区段分段蒸发需水量进行计算，结果如表3所示。

3.2 河段渗漏需水量

根据实际调研情况，根据公式（2）计算蒲河流域沈北新区段渗漏需水量，计算结果见表4。

3.3 植被生态需水量

根据《辽宁省地方标准——行业用水定额》DB21/T1237-2003，研究区域绿化用水定额取4L/（m2·d），单位换算为0.004 m3/（m2·d）。实际调研结果显示，该研究区域浇水时间为每年4月至10月中下旬，浇水频率约为153次/a。根据各段河道外绿化带面积计算植被生态需水量，计算结果见表5。

3.4 生态基流需水量

蒲河流域沈北新区段控制流域面积485.7万m3，多年平均径流深134.0 mm。通过相关河段控制面积可推求研究区域平均径流量，计算结果见表6。

根据Tennant法计算各分区段基本生态需水量推荐值，计算结果见表7。

3.5 河段自净需水量

通过调查计算研究区各河段自净需水量，结果见表8。

3.6 河流生态需水量汇总

河流最小生态需水量的计算公式为：

根据河流生态需水量各组成部分的计算结果，用公式（6）计算河流最小生态需水量。根据Tennant法将河流基本生态流量划分为不同等级。为便于实际管理和操作，在枯水期（10月—翌年3月）选取平均流量10%作为最小生态需水量，选取平均流量的30%作为适宜生态需水量，60%～100%作为最佳生态需水量；在丰水期（4-9月），选取平均流量的30%作为最小生态需水量，50%作为适宜生态需水量，60%～100%作为最佳生态需水量。

由于研究区域各河段自净需水量均小于生态基流量的最小值，因此取Tennant法得出的生态基流推荐值为最终生态基流。结合研究区基本生态需水量及基本生态流量汇总求得研究区域河流的生态需水量及生态基流量推荐值。耦合蒸发需水量、渗漏需水量、植被需水量与生态基流量，求得研究区生态需水量，结果见表9。

4 结论

以蒲河流域沈北新区段为研究对象，从河流蒸发需水量、河流渗漏需水量、植被生态需水量、河道基流生态需水量及河流自净需水量5方面，计算研究区域生态需水量，为蒲河流域生态需求提供参考数据。在人类经济活动、水质自净能力等方面的影响，还有待进一步研究。

参考文献

[1] 特来提·艾尼瓦.基于生态恢复的塔里木河干流生态需水量预测[J].工程技术，2015，53（9）：00170.

[2] 孙栋元，胡想全，金彦兆，等.疏勒河中游绿洲天然植被生态需水量估算与预测研究[J].干旱区地理，2016（1）：154-161.

[3] 楚勤方 田兴顺.基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例[J].水土保持通报，2016（1）：259-264.

Abstract： Based on ecological hydrological season ，ecological water requirement can be divided into dry season and wet season. The best ecological water requirement， suitable ecological water requirement and minimum ecological water requirement on the two periods were calculated respectively. Calculations showed that： the best ecological water requirement in Shenbei new area segment Pu River basin is 3905.03～6508.38 ten thousand m3， the suitable ecological water requirement is 1952.52 ten thousand m3， the minimum ecological water requirement is 650.84 ten thousand m3.

Key words： Pu River basin； ecological water requirement； Tennant method； ecological water requirement of vegetation