一、引言

20世纪以来，随着城镇化速度加快，社会经济增长迅速，人类对资源的需求程度越来越高，生态环境被严重破坏，水问题已是新时期全人类需要解决的难题。20世纪40年代，美国学者最先对河道内最小生态流量进行分析，目的是为维持河道生态系统的完整性提供理论依据。

研究生态流量的目的是要对水资源进行合理开发提供数据支撑，是优化配置区域水资源的基本前提，是维持生态系统完整和改善生态环境的必要工作，是实现水资源空间均衡的根本保障。河道生态需水是河流为了维持某一特定生态系统不被破坏时河道内应保持的流量，而河道基本生态流量则是满足水生和岸栖生物生存条件的最小需水量，这个概念在实际应用中，既能够保证河流生态系统的完整性，又考虑了生物群落可以接受的流量变化。

二、河流生态流量常用计算方法

常见的河流生态流量计算方法多达数百种，尚无统一的方法和标准，目前常用的研究方法大致可分为四类：应用最多的水文指标法和水力学法，以及整体分析法、栖息地法。不同的计算方法各有适用条件和范围，选择方法时应考虑地理环境、河流的类型、当地居民的生态价值观、对结果的精度要求、收集资料的难易程度等因素。表1中列出了目前使用较为广泛的计算方法。

上述方法基本上是国外的研究成果，近年来，国内研究河道内生态需水，大多停留在理论探讨阶段，计算方法多为引进国外成果。需要指出的是，欧美国家的自然条件与我国相比更为单一，河流的水文情势也更具有规律性，我国属于季风气候区，地形地貌复杂多样，加上社会经济发展不均衡，国内的区域性水问题更加难以参考国外实例，对于移植过来的计算方法需要综合多方面条件进行计算。当前，已有专家学者对水文循环的生态效应进行系统性的研究，分区域对生态流量计算方法进行总结归纳，或者是针对特定的河流或流域进行了方法改进。

三、实例研究

1.研究对象

表1 常用的河流生态流量计算方法表

研究对象位于淮河流域，水资源相对紧张，多年平均降水量890mm，多年平均水资源量约为3亿m3，超过七成的降雨集中在汛期5—9月，非汛期降雨稀少。

河流为雨源型季节性河流，主要受气候条件及降水影响，径流量年际变化大、年内分布不均，流域内水利工程调蓄能力较弱，河道季节性缺水的问题较为严重。

目前，由于部分河段的水利工程调度方案没有充分考虑该河流的生态环境需要，生态用水被生产生活用水挤占，已不能满足河道内水生生物生存的最低需水要求，对河道内的水生态环境造成了破坏，基本生态流量无法满足，流域的水环境承载力大大下降，最终可能造成水生生物多样性的减少、水体周边植被退化、河道断流或污染严重、流域地下水得不到补给等问题。

2.研究方法选取

河流上现有一处水文站，已有其1973—2017年长系列径流数据，资料齐全可靠性高，河道内无特殊水生物种，根据第2节中对计算方法的总结，此次主要选用蒙大拿法进行计算基本生态环境需水量，并采用最枯月平均流量法进行结果核对。

控制断面选取水文站及河流上两处水闸所在断面，水文站资料序列共有45年，满足蒙大拿法分析数据的要求，两处水闸没有设置水文站，其历年的月、年流量采用已有水文站的多年月平均流量资料按集水面积比缩放进行推算。

表2 蒙大拿法计算成果表（单位：m3/s）

图1 蒙大拿法计算结果图

3.计算结果分析

蒙大拿法计算原理中，将河流生态环境划分为最好、最佳、极好、非常好、好、中、差、极差8个保护目标，每个目标都有相对应的河道流量。本流域的汛期为5—9月，非汛期为当年10月—次年4月，使用蒙大拿法分别进行计算，成果见表2、图1。

从表2、图1可以看出：此方法计算出的各种河道内生态环境状况下的结果差距很大，而本次研究区域水资源短缺，地区生产生活用水紧张，根据相关计算规范的要求，应选取分级为“好”以下级别计算出的河道流量作为本地区生态流量参考。

而该河流属于北方中小河流，开发程度高，综合考虑下，基本生态流量取“差”的河道状况需要的流量，则闸1、水文站、闸2计算结果分别为：汛期0.48m3/s、0.69m3/s、1.11m3/s，非汛期0.12m3/s、0.16m3/s、0.26m3/s。对于大多数水生生物来说，该流量仅能支撑栖息地短期生存，此时，河槽宽度缩窄，河道水深降低，水流速度明显下降，水生栖息地退化，河流无法自净，旁支河道出现断流现象。

最枯月平均流量法仅考虑在90%保证率情况下的计算，其结果作为闸1、水文站、闸2的基本生态流量：汛期为0.09m3/s、0.13m3/s、0.21m3/s，非汛期为0.06m3/s、0.09m3/s、0.14m3/s。同样的，上述结果仅能维持河道的基本形态，保证主河道不断流，水生生物群落不会受到无法恢复的破坏。可以看出，此种方法计算出的基本生态流量比蒙大拿法取值更小，考虑到河流的健康情况以及河道内水生生物的生存，本次选择采用蒙大拿法计算的生态流量。

基于水文站1973—2017年的实测逐日流量资料对计算结果进行可达性分析，可知现状情况下：汛期内，49.57%的月平均流量或者40.44%的旬平均流量可以满足“好”的河道状况需要的流量，57.40%的月平均流量或者46.52%的旬平均流量可以满足“中”及“差”的河道状况需要的流量；非汛期内，41.27%的月平均流量或者33.23%的旬平均流量可以满足“好”的河道状况需要的流量，44.44%的月平均流量或者35.34%的旬平均流量可以满足“中”的河道状况需要的流量，51.11%的月平均流量或者37.46%的旬平均流量可以满足“差”的河道状况需要的流量。

蒙大拿法计算的流量为瞬时流量，可以看出大部分时候的流量无法达成维持河流生态健康的要求，因此建议加强流域内的流量监测，强化河流上下游闸坝的联合调度，保证河道内的生态需水量。

四、结论

目前，国内研究河流生态流量的目的多是针对具体某一条河流，用来提出其可持续发展所需的流量或者一定的水质水量要求，着眼点更多落在其在区域水资源配置中对于维持江河湖泊生态系统健康的参考价值。

实例分析中河流的天然径流量距离满足其所需要的基本生态流量还有相当一段差距，建议对河流上的水利工程制定统一的调度方案，协调上下游流量，保证河流的基本生态流量，维持河道内生态健康，统筹协调整个流域内防汛、抗旱、水资源、水质的关系■