辽河（铁岭段）水文情势演变规律研究

李敬库，梁凤利

（1辽宁省江河流域管理局，辽宁沈阳11003;2.瓦房店市松树水库管理局,辽宁大连116000）

辽河（铁岭段）水文情势演变规律研究

李敬库1，梁凤利2

（1辽宁省江河流域管理局，辽宁沈阳11003;2.瓦房店市松树水库管理局,辽宁大连116000）

文中结合河流生态水文学理论，采用IHA/RVA法对辽河铁岭段水文情势变化规律进行研究，并重点对清河、柴河水库建库前后水文情势变异性进行分析。结果表明：随着人类活动的加强，辽河铁岭段水文情势发生明显变化，除个别月份外，月流量呈下降趋势；年最大流量呈下降趋势，发生时间提前；最小流量略呈下降趋势，发生时间滞后；高低流量持续时间、涨幅、降幅率及改变次数均呈下降趋势，径流过程坦化。清河、柴河水库建库前后IHA的33个指标中，共有2个指标属于高度改变，16个指标属于中度改变，15个指标属于低度改变，整体改变度为45.3%，属于中度改变。

辽河；水文情势；演变规律

1 引言

文中以辽河铁岭段为研究对象，结合河流生态水文学理论[1，2]，以IHA/RVA法为手段，对河流水文情势长时序变化过程进行分析，并着重对清河、柴河水库修建前后的水文情势进行对比，以期为河流水资源可持续开发、水库生态调度提供参考。

2 研究方法

水流过程是河流生态系统的重要驱动力，不同流量组分及其持续时间均有特定的生态意义。如低流量可为河流水生物种提供生存所必须的最小栖息地；高流量塑造河床物理结构；小洪水为鱼类产卵游提供信号等[3,4]。在河流生态水文学领域，IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）是评价河流水文情势常用的指标体系，包括流量大小、发生时间、频率、持续时间及变化率5组33个指标（表1），每个指标均有其特定的生态意义[3,5]。

RVA法（变化范围法，Range of Variability Approach）是一种基于IHA指标体系对不同时段水文情势进行比较分析的方法[6]，通常用以识别人类活动对河流水流的影响[7-9]。该方法根据人类活动影响前的水文系列，设定RVA上下限阈值（RVA标的），若干扰后时段落入RVA阈值区间内的频率与干扰前相近，则认为人类活动对水文情势的干扰轻微。上下限阈值的设定方法通常为平均值±标准差（μ±σ）或发生频率为25%、75%的指标。为量化人类活动影响下的水文情势改变程度，采用Richter等提出的水文改变度概念，定义如下[6]

表1 IHA指标体系

式中：Di为指标i的水文改变度；No，i为指标i在受干扰后时段中落在RVA目标内的年数；Ne为受干扰后时段预期落到RVA目标内的年数。其中，Di在33.3%以下时认为指标i低度改变或无改变；33.3%～66.7%之间为中度改变，大于66.7%为高度改变。

在实际评估过程中，IHA的33个指标通常具有不同的水文改变度。为对河流水文情势整体变化程度进行判断，需综合考虑33个指标的水文变化情况。研究中采用整体水文改变度作为评判的依据，计算公式为[6]：

3 研究区概况

辽河是我国东北地区南部最大的河流，发源于内蒙古克什克腾旗芝瑞镇，流经河北、内蒙、吉林、辽宁4省，于辽宁盘锦大洼县注入渤海。河流全长1 383 km，流域面积191 946 km2，其中辽宁省内河流长度554 km，流域面积40 988 km2。

辽河铁岭段，即辽河干流福德店水文站至石佛寺水库回水处区间河段，河长约200 km，其间有招苏台河、清河、柴河、泛河等支流汇入。清河、柴河、泛河上分别建有大（II）型水库清河水库、柴河水库及榛子岭水库。据调查，辽河铁岭段曾分布有多种鱼类及底栖、浮游生物。但随着人类对河流水资源开发，辽河铁岭段生态系统一度严重退化。近年来，由于河流治理力度加大，生态系统正在逐渐恢复。

4 径流演变规律分析

辽河铁岭段干流设有福德店、通江口、铁岭三个水文站。考虑到区域代表性及资料完整性，研究选取铁岭站为代表分析河流水文情势长时序变化特征。铁岭水文站设立于1933年，1953年之后日径流资料较为完整，研究中采用的资料系列长度为1953—2011年。

4.1 月流量

月均流量与河流水生生物栖息地范围等生态因子密切相关。根据铁岭站1953—2011年日流量资料统计各月流量系列分析，辽河铁岭段月均流量年际差异较为显著，但不同月份差异程度不同。线性趋势分析表明：辽河铁岭段冬季（12—3月）变化趋势不明显；5月份流量呈增加趋势，4、6—11月流量呈下降趋势。其中汛期（7—9月）月均流量系列变幅最大，其原因主要是受水库灌溉期为农业供水及汛期防洪调度的影响。

4.2 极值流量

年极值流量是河流水文情势的重要组分，具有重要的生态意义，如极大值流量有助于构建河床结构及栖息地物理环境等。辽河铁岭段最大1，3，7，30日流量整体呈现下降趋势，且时段越短流量趋势性越明显，最大1，3，7，30日流量线性变化趋势，分别-22.61 m3/（sa）、-18.98 m3/（sa）、-13.50 m3/（sa）、-8.63 m3/（sa）。最小1，3，7，30日流量整体略呈增加趋势，各累积时段增加趋势较为接近。

4.3 极值流量发生时间

极值流量发生时间影响河流水生物种的生命节律，极大（小）流量发生时间发生变化，可能会对水生物钟产卵、繁殖等造成不利影响。

根据铁岭站日流量系列分析可知，辽河铁岭段年最小日流量，发生时间呈现延后趋势。90年代之前，最小日流量均发生于12—3月；而2001—2011年间，最小日流量发生时间范围已扩展为12—7月。如2001年发生于6月13日（全年第165 d）；2002年发生于7月23日（全年第205 d）。

辽河铁岭段，年最大日流量发生时间呈现提前趋势。90年代之前，除特殊年份外（1972年，发生于10月，水库蓄水），年最大日流量均发生于7-8月；而2001—2011年间，有3年最大日流量发生于5月（2002，2006，2009年），1年发生于6月（2011年）。

4.4 高低流量发生次数及持续时间

高、低脉冲流量为日流量系列中发生频率小于25%或大于75%的流量。高、低流量发生次数及延续时间与水生物种的繁殖与发育密切相关，其变化将可能对河流水生物种产卵、繁殖造成影响及胁迫。

根据铁岭水文站1953-2011年日流量系列分析：辽河铁岭段低流量发生次数，呈增加趋势，高流量发生次数基本持平；高低流量持续时间均呈下降趋势，幅度分别为-0.27 d/a及-0.26 d/a。其原因主要为水库调度调节造成的河道流量均一化。

4.5 改变次数及变化率

流量改变次数及变化率与河流水生物种栖息环境变化周期密切相关。辽河铁岭段日流量的涨幅率和降幅率，均呈降低趋势，其原因主要为人类活动特别是水库调度调节的影响使河流流量过程变化。逆转次数整体呈下降趋势，特别是1995年之后，流量逆转次数显著低于1995年之前。

5 水库对河流水文情势影响分析

水库对河流水文情势的影响是直接而显著的，铁岭水文站以上已建的大型水库有清河水库（1966年建成）、柴河水库（1974年建成）。在整体识别辽河铁岭段水文情势变化规律的基础上，以建库前1953—1966年流量系列为本底，采用RVA法分析清河、柴河水库调度调节影响下（1975—2011年）铁岭段水文情势变化情况。考虑到辽河径流过程年际差别显著，研究采用发生频率为25%、75%的指标值作为RVA上下限阈值[4]。分析结果见表2。

由表2可知，第一组指标（月均流量）中，2个指标属于高度改变，6个指标属于中度改变，4个指标属于低度改变。其中4，5月流量属高度改变，4月建库后流量低于建库前，原因为水库在枯水期基本不放水；5月流量建库后高于建库前，原因为水库灌溉期增加放水。第二组指标（年极值流量大小及持续时间）中，5个属于中度改变，7个属于低度改变。改变较大的指标均为极大值，清河、柴河水库调度对流量极小值影响不大。第三组指标（年极值水文事件发生时间）均属低度改变。第四组指标（高、低脉冲流量年发生次数及延时）中，低脉冲流量持续时间属低度改变，其余指标均属中度改变。其原因为水库防洪调度造成河流径流坦化。第五组指标（水流条件的年变化次数及变化率）中，涨幅、降幅率均属中度改变，涨落次数为低度改变，清河、柴河水库对铁岭站涨幅、降幅及涨落次数有一定影响。

从整体上，在IHA的33个指标中，共有2个指标属高度改变，16个指标属中度改变，15个指标属低度改变，整体改变度为45.3%，为中度改变。清柴河水库建库对辽河铁岭段河流水文情势有明显影响，对河流生态系统造成影响及胁迫。

6 结论

文中从河流生态水文学角度出发，以IHA/ RVA法为手段，对辽河铁岭段水文情势演变规律进行分析，主要结论如下：

1）辽河铁岭段水文情势变化明显。其中：除12-2月及灌溉期5月外，月流量呈下降趋势；年最大流量呈下降趋势，发生时间提前；最小流量略呈下降趋势，发生时间滞后；高低流量持续时间、涨幅、降幅率及改变次数均呈下降趋势，径流过程坦化。

表2 辽河铁岭段RVA法分析结果

2）对比清、柴河水库建库前后数据可知，在IHA的33个指标中，共有2个指标属于高度改变，16个指标属于中度改变，15个指标属于低度改变，整体改变度为45.3%，属中度改变。清河、柴河水库对河流水文情势影响显著。建议清柴河水库调度工作中，在保障防洪、兴利供水任务的基础上，适当针对下游生态系统需水要求进行放水，维系河流健康。

［1］董哲仁，孙东亚，王俊娜，等.河流生态学相关交叉学科进展［J］.水利水电技术，2009,40（8）：36-43.

［2］赵文智,王根绪.生态水文学［M］.北京：海洋出版社，2002.

［3］郭文献.基于河流健康水库生态调度模式研究［D］.南京：河海大学，2008.

［4］金鑫.面向河流生态健康的供水水库群联合调度研究［D］.大连：大连理工大学,2012.

［5］Richter B D，Baumgartner J V，Powell J，et al.A Method for Assessing Hydrologic Alteration within Ecosystems［J］. Conservation Biology，1996：10（4）：1163-1174.

［6］Richter B D,Baumgartner J V，Wigington R，et al.How Much Water does a River Needs［J］.Freshwater Biology，1997，37（1）：231-249.

［7］张爱静，张弛，王本德.碧流河水库对下游径流情势的影响分析［J］.水文，2009，29（6）：28-32.

［8］巩琳琳，黄强，孙清刚，等.刘家峡水库调度方式对黄河上游水文情势的影响［J］.干旱区资源与环境，2013，27（2）：143-148.

［9］梨云云，畅建霞，涂欢，等.黄河干流控制性梯级水库联合运行对下游水文情势的影响［J］.资源科学，2014，36（6）：1183-1190.

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2017-01-18