魏 凯，魏帮成

（1.甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000；2.兰州建设投资（控股）集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 背景

近年来，随着社会经济的飞速发展，平凉市工农业及生活用水量剧增，水资源供需矛盾凸显，特别是泾河崆峒区段生态用水无法得到保证，水生态系统遭到破坏。为了实现水环境与社会经济的协调发展，推动水资源的合理开发和利用，维持河流生态需水的呼声越来越高。河道内生态环境需水量是指维持水生生物正常生长所需水量[1]，目前主要流行四种方法，水文学法[2]、水力学法[3]、水生生物栖息地法[4]及综合分析法[5]。水文学法计算相对简单，且对水文资料需求较少，主要为Tennant 法；水力学法是通过水位、流速、水力半径、湿周等河流水力学参数来估算生态需水量；水生物栖息地法需要同时考虑河流的水文特点和生物需求；综合分析法主要考虑水生态功能的整体性。本文根据泾河流域的特点，使用Qp法、Tennant 法、频率曲线法、近十年最枯月流量法及泾河纳污能力设计流量分别计算泾河最小生态需水量，并通过生态流量满足程度分析，最终提出适合泾河实际的生态流量目标值。

1 泾河流域概述

泾河发源于宁夏回族自治区泾源县关山东麓老龙潭，源地海拨高程2600 m，干流自西北向东南流经宁夏、甘肃、陕西三省区的固原、平凉、庆阳和咸阳等城市，从咸阳市长武县汤渠村进入陕西省，在陕西省西安市高陵县泾渭湾镇陈家滩汇入渭河，全长455.1 km，河道平均比降4.77‰，流域面积45421 km2。总落差2179.9 m，年径流量20.7 亿m3。甘肃省境内流域面积占流域面积占流域总面积的2/3，流域地貌特征分为北部黄土丘陵区、中部黄土塬区、西南部山地林区和东南部山川区，多年平均流量约53.1 m3/s，多年年平均输沙量3.82 亿t，是黄河泥沙的主要来源之一。

据统计，泾河内共分布有鱼类3 目5 科22 属27 种，其中8 种属人工放养鱼类，野生鱼类有19 种，占总种类数的70.4%，分别占甘肃省鱼类资源（105 种）的18.1%和陇东黄土高原鱼类资源（22 种）的86.4%。泾河自上而下的崆峒水库、八里桥、平镇桥、泾川等4 个水质断面中，崆峒水库断面除了枯水农灌期水质为Ⅲ类外，水质基本维持在Ⅱ类；八里桥和泾川断面水质也相对较好，全年水质达到了Ⅲ类。

2 生态流量分析

2.1 控制断面选择

根据河湖生态环境需水计算相关规范并结合泾河实际情况，生态流量控制断面选择考虑以下因素：①重要控制断面；②省（市、县）界重要断面；③有涉水重要保护目标分布的断面；④水利枢纽工程所在的河段代表断面；⑤有水文站长系列水文资料支撑。根据以上原则，本次研究选取泾河八里桥、平镇桥、泾川3 处断面。八里桥是重要水工程断面，平镇桥是主要水文站断面，泾川是跨界断面。具体位置见图1。

图1 泾河各断面范围分布示意图

2.2 生态需水分析

本次泾河生态流量包括生态基流和敏感生态流量。其中生态基流指为维持河流基本形态和基本生态功能的河道内最小流量，河流基本生态功能主要为防止河道断流和水质恶化、避免河流水生生物群落遭受到无法恢复的破坏等；敏感生态流量主要包括重要水生生物生态需水等。具体见表1。

表1 泾河各断面生态需水分析

2.3 水文资料评价及径流分析计算

平凉水文站1974 年建站，实测资料缺失年份本次利用崆峒水文站与平凉水文站同步天然径流相关分析，相关系数R=0.9634，相关性较好，利用两站相关关系将平凉水文站年径流延长为1956 年～2016 年。泾川水文站径流资料缺失1956 年～1972 年份点绘降水量与径流深关系，点据散乱无明显偏离，将泾川水文站年径流延长为1956 年～2016 年。绘制八里桥与泾川站1956 年～2016 年年径流时序图和差积曲线图，见图2。八里桥站系列中包含了10 个丰水年、6 个偏丰年、16 个平水年、17 个偏枯年，11 个枯水年。泾川站系列中包含了6 个丰水年、7 个偏丰年、22 个平水年、19 个偏枯年，6 个枯水年。利用八里桥水文站与泾川水文站1956 年～2016 年61 年径流系列，采用P-Ⅲ型曲线适线，进行统计计算。得到八里桥水文站平均流量Q0=3.96 m3/s，多年平均径流量为1.25 亿m3，Cv=0.60，Cs=2.0Cv；泾川站多年平均流量 Q0=7.67 m3/s，多年平均径流量为 2.42 亿 m3，Cv=0.58，Cs=2.5Cv。

图2 八里桥与泾川站1956 年～2016 年年径流时序图和差积曲线图

平镇桥为水质监测断面，并非水文监测断面，缺乏长序列水文资料，采用面积比拟法推求各断面长系列月径流过程。推求方法为：

式中：W 为非控制区径流量，万m3；F 参为参证站径流量，万m3；F 为非控制区面积，万 m3；ɑ 为修正系数。

泾河流域泾川断面以上流域面积约3145 km2，平镇桥断面以上流域面积约2035 km2，八里桥断面以上流域面积约1305 km2，由于八里桥断面以上区域大部分属于关山地区，降水量较大，平镇桥断面以八里桥至泾川断面比例计算更加准确，其面积比约占39.68%。泾河水文测站生态流量控制断面径流分析计算成果见表2。

表2 生态流量控制断面径流分析计算成果表

2.4 生态流量分析计算

2.4.1 生态基流

本次采用Qp法、Tennant 法、历史流量法、近十年最枯月流量法对泾河的生态流量进行计算。其中Tennant 法以实测径流量的10%作为非汛期基本生态需水量初值。泾河各断面生态流量指标计算结果见表3。其中Qp法和近十年最枯月流量法计算的基本生态环境需水量显著偏小，不能满足水环境用水基本需求，河流基本生态功能无法持续维持。

表3 泾河基本生态环境需水量初值计算汇总表 单位：m3/s

2.4.2 敏感生态流量

泾河下游存在土著鱼类的栖息河段，鱼类产卵期为每年的4 月～6 月，河流及河漫滩湿地植被需水关键期为每年4 月～5 月，植被生长期为6 月～9 月。结合北方河流年内变化规律，将每年4 月～6 月作为敏感期进行敏感生态流量分析，泾河对应流速0.3 m/s～0.8 m/s，有淹没岸边的流量过程，在鱼类栖息地河段需维持一定水面，水深在1 m 左右，满足鱼类产卵生态水量需求（以鲤鱼为需水对象）。本次敏感生态流量计算以Tennant 法为基础，根据泾河保护目标分布，选择多年平均实测流量的30%～40%作为4 月～6 月份敏感生态流量初值。在此基础上，分析需水对象繁殖期和生长期对水深、流速、水面宽等要求，泾川断面敏感生态流量为2.1 m3/s～3.0 m3/s。

2.5 生态流量满足程度分析

采用流量满足程度指标进行评价分析，生态流量满足程度指评价时段内满足生态流量的时长所占评价时段总时长的比例。泾河断面采用 1975 年 ～2000 年、2001 年 ～2016 年月均流量系列进行评价，八里桥断面由于在1982 年～1997 年间撤站，资料完整程度不够，其满足评价序列仅对1974 年～2016 年已有资料进行评价。所确定的生态基流原则上以月均流量满足程度不低于90%为准，最终确定八里桥断面非汛期生态基流为0.13 m3/s，泾川断面0.75 m3/s。具体见表4。

表4 泾河八里桥、泾川断面生态基流月均流量满足程度统计表 单位：m3/s

2.6 生态流量综合确定

基于平凉市水资源持续衰减的实际情况，平凉泾河生态流量以维持河流基本生态环境用水需求为目标，重点保障枯水期基本生态环境需水量，保证河道不断流、水质不恶化为目标，维护河流基本生态环境功能发挥。同时考虑到泾河水资源相对条件较好，且上游有崆峒水库可以调节水量，综合考虑流域社会经济需求和河流生态环境需求，平衡社会经济发展和河流生态环境需水，确定泾河各断面生态流量见表5。

表5 泾河基本生态环境需水量初值计算汇总表 单位：m3/s

3 生态流量保障措施建议

3.1 合理规划、建设水利工程

采用规划水资源调节工程、增强节水能力等自身挖潜手段，以及实施外流域引水，增加境内水资源量等补充手段，并加大节水力度，加强非常规水利用，对提高生态流量满足程度、改善境内水生态环境起到积极作用。

3.2 加强组织协调

崆峒区、泾川县联合制定保障生态流量可行方案。将泾川断面生态流量纳入地方经济社会发展规划，全面推行用水总量控制，保障基本生态环境水量。

3.3 增设自动水文观测站

平镇桥断面均属水质监测断面，缺乏必要的监测手段，建议新增相应的水文监测断面，增强生态流量监控。

3.4 建立生态流量管理制度

将泾河的生态流量纳入平凉市水资源调度方案。由平凉市政府制定地方法规，成立生态调度管理机构，将生态流量纳入区域水资源统一管理，切实保障生态流量。

3.5 研究生态流量补偿机制

在泾河上下游各地区间提出跨区域（流域、行政区）的生态补偿机制，提出以直接支付生态补偿金为内容的补偿方式。

3.6 加强管理与监督

加强水利工程运行管理和监督，加大流域生态环境保护力度，严格执行“三条红线”水资源总量控制、用水效率控制和水功能区限制排污总量控制。同时将区域生态流量保障程度纳入地方最严格水资源管理考核体系。

4 结语

泾河是平凉市人民的母亲河。保障泾河生态流量是落实平凉市水安全保障的底线，在发展与保护同步推进形势下，对推动泾河流域生态保护及绿色发展具有重要意义，本文经分析计算，确定了泾河主要断面生态基流并提出系列保障措施，可供从事水资源开发、保护及管理工作者借鉴。