面向水资源保护的九龙瀑布生态需水分析

代兴兰，宁德林

（云南省水文水资源局曲靖分局，655000，曲靖）

面向水资源保护的九龙瀑布生态需水分析

代兴兰，宁德林

（云南省水文水资源局曲靖分局，655000，曲靖）

生态需水是实施水资源保护的依据，依据全国水资源保护规划技术要求和瀑布保护需要，针对河道生态基流、河流水质污染自净需水、瀑布幕宽需水3方面，采用水文学法、水力学法及水质模型法等进行分析计算，推求九龙瀑布的生态需水，综合确定九龙瀑布生态需水量为年均3.51 m3/s；结合断面实测流量结果，评价瀑布生态需水满足程度为中，为切实保护水资源、维持瀑布景观持续健康发展，对最枯月（4月）配置水量1.33 m3/s，生态需水满足程度可达到良。通过对面向水资源保护的九龙瀑布生态需水分析，提出合理化建议，并为有关部门管理瀑布景观和保护水资源提供技术依据。

生态需水；分析评价；九龙瀑布

一、九龙瀑布概况

九龙瀑布属于常年性径流型瀑布，位于云南省曲靖市罗平县城北22 km处，距离河口（与黄泥河汇口）21.7 km，瀑布区河段长3.3 km，年平均流量为18.0 m3/s，因位于九龙河干流而得名。由于特殊的地质构造和水流的千年侵蚀，九龙瀑布形成了10级高低宽窄不一、形态各异的瀑布群，其中最大的一级宽112 m，高56 m，气势恢宏，蔚为壮观，号称“九龙第一瀑”，即神龙瀑布。

二、生态需水量计算方法

根据全国水资源保护规划关于生态需水的规定，结合九龙瀑布的特点，其生态需水同时考虑河道生态基流满足程度、河流水质污染稀释自净水量的需求、维持瀑布幕宽的需求3个方面，并采用不同方法分别分析各方面的需水后，综合确定九龙瀑布生态需水量。

1.河道生态基流

基于水资源保护规划提出的生态基流是指维持河流基本形态和基本生态功能的河道最小流量。目前关于河道内生态流量 （即生态基流）的计算方法很多，总结起来可以分为4类：水文学法、水力学法、生境模拟法、基流分割法（适宜岩溶山区）。

根据九龙河流域的生态环境特点、保护目标以及能收集到的资料情况，分别采用Tennant法（蒙大拿法）、7Q10法、Q90法、10年最枯月平均流量法、流量历时曲线法、湿周法共6种分析法推求九龙瀑布代表断面生态基流。

①Tennant法（蒙大拿法）：依据河流天然状态下多年平均流量，结合相应栖息地的定性描述，推求河道生态基流。本文结合云南类似地区的研究结果，选取河流水生态较健康的55年资料计算平均值，并取平均流量的10%～30%为水生生物生存的下限和安全值，据此确定生态基流。

②7Q10法：采用近10年中每年连续7天最枯的平均水量作为河流最小流量的设计值，并以此作为生态基流。

③Q90法：将90%频率下的最小月平均径流量作为河道内生态基流。

④10年最枯月平均流量法：选取近10年最枯月平均流量，计算其算数平均值作为生态基流。

⑤流量历时曲线法：选取不低于20年的流量资料系列，构建各月流量历时曲线，将90%的累积频率相应的月平均流量作为生态基流。

⑥湿周法：建立湿周流量关系图，据关系线的拐点确定生态流量，当拐点不明显时，以湿周率50%时对应的流量作为生态基流。

2.河流水质污染稀释自净水量

九龙瀑布所在水功能区为九龙河麒麟—罗平保留区（水质现状为Ⅲ类，水质目标为Ⅲ类），所在水资源分区为黄泥河四级区。根据水资源保护规划大纲要求，建立以水环境质量为目标的水质模型，河流的溶质运动基本方程为三维扩散迁移方式，该方程在理论上非常完整，但求解和运用非常困难，为了便于计算和运用，忽略弥散作用，仅考虑一维稳态河流的情况。根据质量守恒和水量平衡原理，采用一维模型计算河流水质污染稀释自净水量，公式如下：

根据公式推求出每一河段Q0，然后取流域内的最大值作为维持河流稀释自净能力所需水量。

3.瀑布幕宽需水量

采用查算法和经验法分别计算，综合分析后确定合理的瀑布需水量。

①查算法：为确保瀑布幕宽具有足够水量下泄，选取神龙瀑布分析幕宽需水量，因其宽度（高差达56 m，宽112 m）已经超过园林设计瀑布景观用水量查算表限值，所以应对原查算表进行展延：绘制瀑布落差和每米宽需水量关系图（见图1），建立幂函数相关方程，利用该方程进行延长。

依据上图中幂函数方程计算，神龙瀑布每米宽需水量为0.021 m3/s，则总宽需水量为2.37 m3/s。

②经验法。一是日本经验法：布高2 m，以每米宽流量0.0083 m3/s为宜，据此推算神龙瀑布需水量为0.93 m3/s。二是国内经验法：以每秒每延长米0.005～0.01 m3/s为宜，据此推算神龙瀑布需水量为1.12 m3/s。

综合上述分析，两种方法计算结果介于0.93～2.37 m3/s，因瀑布需水除满足一定水量外，一定的流速也是关键，所以为确保瀑布具有足够的水幕宽，采用查算法计算的结果2.37 m3/s为神龙瀑布幕宽需水量。

三、九龙瀑布需水量

针对瀑布3个方面需求，采用对应的方法分别计算，结果介于0.93～5.13 m3/s之间，详见表1。

从上表分析，河道生态基流大于水质污染自净水量和瀑布幕宽需水量，即在满足生态基流的前提下，后两者均能满足。

瀑布最大功能是景观欣赏，瀑身水量不同，形成的气势不同，九龙瀑布是国家4A级旅游景区，2005年被评为中国第四美丽的瀑布，若确保瀑布长期悬挂泄流，必须有足够水量。综合河道生态基流、水质污染自净水量、瀑布幕宽需水量分析，取其大者作为九龙瀑布的生态需水量，即3.51 m3/s。

图1　景观瀑布落差和每米宽需水量关系图

表1　九龙河生态需水量计算成果表

四、生态需水评价及配置

1.生态需水满足程度评价

生态需水满足程度评价包含生态基流评价和敏感生态需水评价（本文指瀑布幕宽需水），用实测月均流量与生态需水量的比值表征；评价标准按优、良、中、差、劣5级划分，对应的满足程度分别为 100%、80%～100%、60%～80%、50%～60%、＜50%。

选取神龙瀑布上游附近他谷水文站为代表站，依据该站2010年实测月均流量资料，采用水文比拟法计算九龙瀑布断面的来水量，然后进行分析评价，结果为生态需水满足程度75%，评价为中，各月评价成果见表2。

表2　神龙瀑布生态需水量计算表

2.生态需水配置

九龙瀑布生态需水满足程度评价为中，按照强化水资源保护、实现水资源可持续利用的原则，中以下的河流断面必须进行需水配置，使需水满足程度达到良以上。

九龙瀑布缺水为2、4、5月，基本是农业用水高峰期，一定程度存在农业挤占生态用水的现象；瀑布上游径流区建设有独木、东风、溜子田等大中型水库，在农灌期间应加强调度，确保农业用水和生态需水，4月份需向九龙瀑布补水1.33 m3/s。

五、结论

九龙瀑布群旅游价值极高，对带动地方经济发展具有很好的促进作用，为保障瀑布群生态系统健康发展，本文针对瀑布保护需要，对河道生态基流、河流水质污染自净需水、瀑布幕宽需水3方面进行分析计算，综合确定九龙瀑布生态需水量为年均3.51 m3/s；结合断面实测流量结果，评价瀑布生态需水满足程度为中，为切实保护水资源、维持瀑布景观持续健康发展，对最枯月（4月）配置水量1.33 m3/s，生态需水满足程度可达到良。

基于水资源保护分析的需水量，基本能满足九龙瀑布景观及保持生物多样性的需求，但是为了防止生态系统出现负向发展，预防人类活动影响水体质量和景观效果，还应加强流域内水资源保护，加强点源、面源污染防治，加强水土保持建设。

［1］水利部水利水电规划设计总院.全国水资源保护规划技术大纲［R］，2012.

［2］云南省水文水资源局曲靖分局.基于水资源论证的珠江石灰岩地区生态流量方法研究［R］，2012.

责任编辑安天杭

Ecological water demand for water resources protection of Jiulong Waterfall

Dai Xinglan，Ning Delin

Ecological water demand is the base for water resources protection.In order to keep basic ecological flow of river course，enable self-purification of river and sustain waterfall screen width，estimation of ecological water demand of Jiulong Waterfall is conducted by means of hydrological research method，hydraulic method and water quality model，in accordance with technical requirements and needs of waterfall protection in the National Water Resources Protection Plan.It is estimated that the annual demand of ecological water of the waterfall should be 3.51m3/s so as to sustain the health of waterfall landscape.According to the actual measurement of sections，1.33m3/s of water is needed for the driest month（April）that can basically satisfy the ecological need.Water demand analysis can be used as a technical basis for waterfall conservation.

eecological water demand；analysis and evaluation；Jiulong Waterfall

TV213.4

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1000-1123（2016）03-0032-02

2015-09-17

代兴兰，高级工程师，主要从事水文水资源方面的研究工作。