延河河道内生态环境需水量估算

陈晓歌，雪静

（水利部陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安700001）

延河河道内生态环境需水量估算

陈晓歌，雪静

（水利部陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安700001）

近年来，延河流量明显减少，非汛期常流量仅为1 m3/s左右，2014年5月份平均流量为0.8 m3/s，月最小流量仅为0.2 m3/s，甚至出现断流现象。根据延安水文站1973～2014年长系列天然径流资料，对河道内基本生态环境需水量和目标生态环境需水量进行估算，建议以输沙需水量7775.6万m3为河道内生态环境需水量，既能满足河道基本生态功能，又可以满足河道冲淤平衡的输沙需求。

延河；生态环境；河道内；需水量

目前，生态环境需水量的计算方法多样且不成熟，水资源可利用量的确定应根据我国不同地区水资源条件和生态环境状况的差异，从不同角度，运用多种方法进行综合分析，并注意完整的流域和局部区域在具体计算时的差别和联系。北方水资源短缺地区水资源可利用量计算的主要控制因素是河道内生态环境需水量。以延河为研究对象，利用延安水文站1973～2014年长系列水沙资料，采用不同方法对延河河道内基本生态环境需水量和目标生态环境需水量进行计算。

1 流域概况

延河属黄河一级支流，水资源总量14.78亿m3，人均水资源量718.84 m3，占全省平均水平1221 m3的58.87%；人均地表水资源量为697.44 m3，为全省平均水平1168 m3的59.7%，远低于全国人均2714 m3的水平，是全省、全国水资源最贫乏的地区之一。近年来，延河流量明显减少，非汛期常流量仅为1 m3/s左右，2014年5月份平均流量为0.8 m3/s，月最小流量仅为0.2 m3/s，甚至出现断流现象。需要采用一定的工程措施，提高延河生态用水量，改善河道的水景观效果。

2 延河河道内生态环境需水量计算

河道内生态环境保护目标所对应的生态环境功能对水量的需求，应分别用基本生态环境需水量和目标生态环境需水量表示。基本生态环境需水量计算方法有Qp法、近10年最枯月平均流量法及Tennant法等。

目标生态环境需水量计算方法有水生生物需水量的“生物需求法”，输沙需水量计算的“输沙需水计算”，自净功能需水量可根据河流水功能区不同时段或不同时期的水质要求，选择与之相匹配的水文设计条件进行计算。

本次目标生态环境需水考虑输沙需水计算，自净功能需水，水面蒸发损失等。

2.1 基本生态环境需水量估算

（1）Qp法。又称不同频率最枯月平均值法，以长系列天然月平均流量为基础，用每年最枯月排频，选择不同频率下的最枯月平均流量为基本生态环境需水量的最小值。

将延安水文站1973～2014年最枯月平均流量进行频率计算，其90%频率下的最枯月平均流量为0.678 m3/s，水量2527万m3。

（2）近10年最枯月平均流量法，即10年中的最小值，作为基本生态环境需水量的最小值。

根据延安水文站1973～2014年42年长系列径流资料计算的生态基流量为0.627 m3/s，水量1490万m3。

（3）Tennant法。对北方地区，生态基流应分非汛期和汛期两个水期分别确定，一般情况下，非汛期生态基流应不低于多年平均天然径流量的10%；汛期生态基流可按多年平均天然径流量20-30%。非汛期流量0.48 m3/s，水量1141万m3、汛期流量1.45 m3/s，水量3445万m3。

根据以上三种方法的计算结果，综合确定采用近10年最枯月平均流量法计算成果，即0.627 m3/s作为延河河道生态基流。

2.2 目标生态环境需水量估算

河流控制断面目标生态环境需水量，应按照保护目标对应的生态环境功能维持在正常水平的需水要求。

表1 输沙需水量计算

（1）输沙需水量计算

输沙需水量指河道内处于冲淤平衡时的临界水量，由于延河属多沙河流，必须有一定的河道来水量才能保持冲淤平衡。河流的输沙能力主要取决于河道来水量与含沙量，通常来水量越大输沙量越大。

式中：Ws为输沙需水量，m3；Qs为单位泥沙输沙需水量，m3/t；S为来沙量，t；Z为淤积量，t。

单位泥沙输沙需水量Qs可采用下式计算：

式中：Qs为单位泥沙输沙需水量，m3/t；s为河流某断面的平均含沙量，kg/m3；ρs为河流泥沙密度，kg/m3。

（2）自净功能需水量

延安主城区除去南川河上部分排污口并未通过污水截流闸截污进入污水管网外，各排污口已经基本被管网覆盖，通过延河综合治理城镇污水处理厂工程，将现有管网系统提升改造，延伸管网敷设距离，并实现雨污分流，确保城区污水全部进入污水处理厂，延河水质将有很大改善。

自净功能需水量要根据对河流自净功能的要求，合理确定不同时段或水期的设计水量，作为维持水体自净功能的需水量。延河自净水量采用河流完全混合模型计算水量与一维稳态水质模型，在忽略纵向弥散作用下，模型公式如下：

①完全混合模型计算公式：

式中：C为完全混合的水质浓度，mg/L；Qp为污水排放量，m3/s；Cp为污染物排放浓度，mg/L；Qh为上游来水流量，m3/s；Ch为上游来水污染物浓度，mg/L。

②一维稳态水质模型公式：

式中：C0为初始浓度，mg/L；K为阶动力学反应速度，1/d；X为沿河流方向距离，m；C为位于污染源下游x处的水质浓度，mg/L。

由于延河COD5、氨氮和总磷为主要超标因子，因此选取COD5、氨氮和总磷作为计算自净需水量的计算因子。污染因子计算自净需水量达到延河水功能区划要求Ⅲ类水质。由表2知：2月、3月、4月和5月份分别需要调水量为1.187 m3/s、0.763 m3/s、1.255 m3/s和2.105 m3/s；其它月份不需要调水。自净需水量取2.105 m3/s，即1374万m3。

（3）蒸发损失水量

延安市延河梯级橡胶坝工程位于延安市市区延河干流及支流西川河、南川河上，共9座。除延大橡胶坝及宝塔山橡胶坝为已成工程，其它7座橡胶坝工程将分期实施。延河干支流城区段橡胶坝非汛期（9月～次年5月）可蓄水219.2万m3，形成115.38万m2的水面，蒸发损失水量30万m3。梯级橡胶坝多年平均蒸发增损见表3。

河道内生态环境需水计算是以维护河湖生态环境功能的用水需求为基础，由于河湖各项生态环境功能是相互联系的，很难严格区分、截然分开，各项生态环境功能的需水量可能有重复，所以河道内生态环境需水应按各项生态环境功能的需水量的外包值计算[1]，计算结果见表4。

表2 延河断面自净需水量（m3/s）

表3 梯级橡胶坝多年平均蒸发增损表（mm）

表4 延河河道内生态环境需水量计算成果（万m3）

3 结论

对河道内基本生态环境需水量与目标生态环境需水量采用不同方法进行计算，由表4可以看出，推荐的基本生态环境需水量2527万m3，占天然径流的16.6%，输沙需水量7775.6万m3，占天然径流的51%。输沙需水量远远超过了基本生态需水量和自净需水量，即输沙需水量决定了延河河道内生态环境需水量。原因在于延河径流量较大，携沙能力强，同时延安地处黄河中游黄土高原丘陵沟壑侵蚀极强区，水土流失严重，含沙量大[2]。

推荐的基本生态环境需水量2527万m3仅能满足基本的河道生态功能和自净功能的需求，即维持最低限度的河道中水生生物的健康和不同水期的水质要求，但不能满足河道冲淤平衡需求[3]。所以推荐输沙需水量7775.6万m3为河道内生态环境需水量，既能满足河道基本生态功能又可满足河道冲淤平衡的输沙需求。

[1]SL/Z 712-2014,河湖生态环境需水计算规范[S].中华人民共和国水利部，2015.

[2]卫凤莲，王丽霞，延安市河流系统生态环境需水量测评与分析[J].陕西师范大学学报自然科学版，2008,36（5）：86-90.

[3]任美庆，李广源，湘江最小生态环境需水量初步研究[J].湖南水利水电，2006（3）:75-76.

X26；X522

B

1673-9000（2017）04-0029-02

2

陈晓歌（1982-），女，汉族，陕西阎良人，工程师，从事水利水电工程规划设计工作