大汶河汶口段生态基流计算分析

侯世文

（泰安市水文局，山东 泰安 271000）

大汶河汶口段生态基流计算分析

侯世文

（泰安市水文局，山东 泰安 271000）

【摘要】根据大汶口水文站1955—2013年径流资料，通过采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量法和Texas法等多种水文学法计算，结合河道径流年内分布特点、综合对比分析各种生态基流计算结果，认为：基流量为0.84～13.0m3/s能更好地代表该区域各年型不同水期的河道生态需水，其生态基流保障程度除特枯年份外均能达到90%以上。

【关键词】大汶河；生态基流；Tennant法；Texas法

大汶河地处山东省中部的泰山南麓，全长208km，流域面积8536km2。流域内多年平均降雨量711mm，降水年际变化大、年内分配不均。近年来因受不断加剧的人类活动影响，大汶河生态环境有逐渐恶化的趋势，分析估算大汶河的生态基流量，对其河道健康作进一步的研究是解决大汶河生态环境恶化问题的基础。

1　生态基流计算

大汶口水文站控制大汶河中部以上流域，设立于1954年，目前该站收集到59年的系列流量资料，为此选择该站为典型站进行代表性计算。1.1基流比例法

1）年型划分及计算方法。将多年的径流量资料经代表性和一致性分析后进行频率计算，把符合一定保证率的径流量划分为丰水年（P=25%）、平水年（P=50%）、枯水年（P=75%）及特枯年（P= 90%）。按照各年型径流量间的比值，计算各年型的基流比例。计算公式：

Ti+1=Ti+u×（Qi-Qi+1/Qi+1）×Ti

式中，Ti为已知的断面第i年型的基流比例，%；i=1、2、3、4，分别代表丰水年、平水年、枯水年和特枯年；Qi为断面第i年型的平均径流量，m3/s；Qi＞Qi+1，（Qi-Qi+1）/Qi+1为第i年型径流量比第i+1年型增加的比值；μ为比例削减系数，取0.40。各时段的生态基流为其基流比例与径流量的乘积。

2）年际-各年型生态基流计算。按照保证率法和不同年型的划分标准，经频率计算后确定不同保证率径流量值，大汶口站多年平均值为33.8m3/s。根据河道流量与河流生态健康关系推荐的数据，假定丰水年生态基流占其相应年型流量的20%，计算后生态基流值为多年平均流量的27%。依据上述计算方法分别计算年际-各年型的基流比例及基流值，结果见表1。

表1年际-各年型生态基流计算表

从表1中计算的数据可知，大汶口站从丰水年到特枯年的生态基流量为9.27～3.33m3/s，占多年平均流量33.8m3/s的27%～10%，符合Tennant法的推荐比例。经分析，从1955—2013年大汶口站年均流量大部分能满足所计算的生态基流值，只有5年次不能满足，其中80年代前25年出现过1次，之后的30多年出现过4次。

3）年内-各水期不同时段生态基流计算。根据大汶口站各月多年平均流量值，制作年内各月流量分布图（见图1）。

图1　大汶口站（1955—2013）历年各月平均流量分布图

从图1中可以看出：1～5月平均流量最低可定为枯水期；6，10～12月为平水期；7～9月为丰水期。根据Tennant分析建立的河道流量与河流生态健康关系，将水期划分为鱼类卵育幼期 （4～9月）和一般用水期（10月至翌年3月）。各水期生态基流按照前述介绍的计算公式和方法，分别对不同保证率的生态基流进行分析计算，其生态基流统计见表2。

表2各年型及各水期的生态基流统计表

1.2Tennant法

Tennant法也叫蒙大拿法，Tennant通过分析河流多年天然平均流量百分比和河道内生态环境状况，建立了水生生物、河流景观、娱乐和河流流量之间的关系。在大汶口站59年的资料系列中，分别求出鱼类产卵育幼期和一般用水期的径流量平均值，按照Tennant法提供的河道流量与河流生态健康关系，计算各自对应生态基流。在生态基流量选取时采用生态系统开始退化状态的数值，即一般用水期取10%（1.22m3/s）、鱼类产卵育幼期取30%（16.78m3/s），计算结果见表3。

表3Tennant法生态基流计算表

1.3最枯月平均流量多年平均值法

最枯月平均流量多年平均值法就是采用历年逐月最小日平均流量计算每月的生态基流量，结果见表4。

1.4TEXAS法

Texas法考虑了季节变化因素，是将50%保证率下月径流量的特定百分率作为最小流量。依据大汶口站1955—2013年共708个月的径流量资料，经频率计算后取50%保证率下月流量的特定百分率作为最小流量。吴喜军提出根据渭河宝鸡段典型植物及鱼类的水量要求，特定百分率取20%为宜。经计算，50%保证率下月流量为4.73m3/s，依特定百分率20%计，则其生态流量为0.95m3/s，见表5。

表4最枯月平均流量多年平均值法生态基流统计表 m3/s

2　生态基流计算结果及保障程度分析

表5不同计算方法生态基流统计表

从表5中可以看出，Texas法计算的生态流量值（0.95m3/s）与Tennant法、基流比例法（年际-各年型除外）和最枯月平均多年平均值法计算的生态基流下限值（0.84～1.22m3/s）基本一致；基流比例法各水期计算的生态基流值 （0.84～28.29m3/s）与最枯月平均多年平均值法计算值（1.03～26.9m3/s）也大致相同，只不过基流比例法计算的生态基流将其他几种方法的计算结果都包含在内，表明计算方法比较合理。考虑到大汶河汶口段干流生态基流缺失较重，尤其是4～6月河道有时出现断流情况，故本文暂定其生态基流为0.84～28.29m3/s。为进一步检验计算成果的可靠性，需对生态基流的保障程度进行分析。

生态基流保障程度就是某时段断面逐日径流量大于断面生态基流的天数占该时段总天数的百分比。将大汶口站各代表年型不同时段逐日径流量与计算的相应生态基流值进行比较，对其保障程度进行分析，各代表典型年生态基流保障程度见表6。

表6各代表典型年生态基流保障程度

由表6可知：丰水年和平水年生态基流保障程度较高达98%以上，但其不能保障的几天却发生在丰水期和平水期；枯水年和特枯年生态基流保障程度较低，范围在73%～87%之间。从年内各时段来看，丰水期生态基流保障程度相对偏低，主要原因是丰水期基流值较大造成的；特枯年枯水期生态基流保障程度最低为65%。参照国外经常取保障程度90%的流量值为该河道的生态基流，为使丰水阶段尽可能达到该标准，综合Tennant法（16.78m3/s）、按河流生态比例法（15.16m3/s）和枯水年丰水期 （14.11m3/s）、特枯年丰水期（9.34 m3/s）所计算的生态基流量值，确定为该河段生态基流量上限值为13.0m3/s，即大汶河汶口段河道生态基流为0.84～13.0m3/s。调整后的枯水年生态基流量保证天数由318d增加到329d、生态基流保障度由87%提高到90%，除特枯年外其余年份均符合国际常用做法，说明成果是合理的。

（责任编辑赵其芬）

【中图分类号】P343.1

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-02-0057-03

收稿日期：2014-12-15

作者简介：侯世文（1966—），男，工程师