无资料河流生态流量确定方法初探

王智林，熊北锋

2017年6月印发的《商洛市全面推进河长制实施方案》中提出保证河流基本生态流量。商洛河流众多，全境内分布大小河流及山沟约725800余条，其中流域面积在10 km2以上的河流就有499条，流域面积在100 km2以上的河流有65条。河网密度为每km2平均达1.3 km以上。商洛市在“十三五”提出工业强市和旅游城市目标。打造生态商洛，必须从确保河流生态流量的基本要求抓起。商洛的各条河流的径流补给来源为大气降水，降雨量充沛，则径流量大，干旱少雨，河道则干枯，河道内的涓流来源为山坡地下水补给。径流量的年际变化与降水量的变化趋向基本一致，相比降水量的变化幅度更大一些。径流的年内分配很不均匀，其中7～10月径流量占全年径流量的60%以上。

商洛市群山里矿产资源丰富，且多数分布在中小流域。矿山开采离不开取用水，产品加工萃取多为就地进行，取用水一般情况也是就近解决取水问题。按照商洛市“十三五”提出的建设生态商洛，必须解决好河流的生态流量问题，减少企业的生产取水，确保生态流量，还河道的绿水长流。本文结合武关河实测水文资料进行生态流量分析计算，并通过方法选用为无水文实测资料的丹江中下游中小河流以及支沟在生态流量确定方面提出自己的见解。

1 武关河概况

武关河是丹江上游左岸较大的一条支流，发源于海拔1744 m的蟒岭主脊南侧，向东南流经丹凤县的庾家河、石门塬、峦庄、武关、毛坪，入商南县的毕家湾村汇入丹江。武关河支流众多，较大支流有峡河、桃坪河、赵川河、铁河、白阳关河等。两侧大小支流基本对称状分布，流域平均宽度7.7 km，是一条比较明显的树枝状水系。流域面积900.0 km2，河道长度116.0 km，平均比降8.1‰。

域内有石梯子水库一处，位于支流马家坪河，控制流域面积12.6 km2，总库容24万 m3，有效库容20万 m3。无其它引水和水力设施工程。占武关水文站集水面积的1.74%。

2 武关水文站情况

2.1 水文站设立情况

武关水文站设立于1959年1月，位于丹凤县武关镇。为国家基本水文站，控制流域面积724 km2。

截至2016年，累积资料系列58年，资料观测完整，系列连续。资料经过在站整编，商洛局审查，省水文局复审，流域汇编。资料可靠。流域内人类活动影响小，系列一致性好。经分析系列Cv值，随着系列的增长，Cv趋于稳定，说明系列具有代表性。

图1 武关水文站系列Cv图

2.2 年径流分配

表1 武关水文站年径流分配比例

春季3～5月，径流量占年径流18.9%；夏季6～8月，径流量占年径流40.7%；秋季9～11月，径流量占年径流35.5%；冬季12、1～2月，径流量占年径流4.9%。汛期5～10月，径流量占年径流量79.4%，非汛期11～12月、1～4月，径流量占年径流量20.6%。径流分配极为不均匀。

3 武关站生态流量分析

3.1 河道内生态流量计算方法

主要方法有：历史水文资料法、水力学计算法、生境研究法和综合法等四类。本文采用历史流量法进行分析。历史流量法应用于无特定生态需水目标的水域生态需水量的计算，其强调的是借助历史水文资料而开展生态水的分析方法[1]。

（1）7Q10法

将90%保证率最枯连续7天的平均水量作为河流生态水量的极限流量条件[1]。

图2 武关水文站年平均流量频率曲线图

90%保证率流量为1.71 m3/s。连续7天的平均流量为1.56 m3/s。

（2）10年最枯月平均流量法

采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月的平均流量作为生态流量[1]。

①近10年最枯月平均流量法

武关站2007～2016年的10年月最枯流量见表2。

表2 武关站2007～2016年的10年月最枯流量 单位：m3/s

连续10年最枯月平均流量为0.56 m3/s。

②90%保证率最枯月的平均流量法

图3 武关站年最小月平均流量频率曲线

90%保证率月最枯流量为0.20 m3/s。

（3）蒙大拿法

蒙大拿法是美国常用的方法，采用年平均流量的10%为退化的或贫瘠的栖息地条件，年平均流量的20%提供保护水生栖息地条件。

2011年颁布的SL525-2011《水利水电建设项目水资源论证导则》规定：河流生态环境需水量原则上不应小于多年平均流量的10%～20%确定。水资源年内丰枯变化较大，且实测最小流量小于工程控制断面多年平均流量的10%的河流，可以工程控制断面按实测最小流量作为最小生态需水量控制。武关站多年平均流量为4.84m3/s，10%流量为0.48m3/s，15%流量为0.73m3/s，20%流量为0.97%。

（4）Texas和NGPRP法

①Texas法

Texas法是将50%保证率下的月流量作为各月生态水量的计算基础。见表3。

表3 武关站各月不同保证率径流量

②NGPRP法

NGPRP法主要是将已有的系列水文资料划分为干旱、湿润和标准年状态，以标准年年均90%保证率流量作为最小流量的基础值。主要考虑河流水生物（尤其是鱼类）栖息环境的生态水量计算的方法。保证率大于25%为丰水年，25%～75%为标准年，小于75%为枯水年。

武关站标准年年平均流量介于2.54～6.28 m3/s之间，标准年90%保证率流量为2.69 m3/s。

图4 武关站标准年流量频率曲线

3.2 成果的采用

表4 武关站不同方法计算生态流量结果一览表

以上这些方法的适应性特点：

1）7Q10法的适应特点：对于商洛山区受降水影响的河流，降雨充沛，则径流量大；干旱少于雨，则径流补给为地下水。由于土壤、岩性渗透系数的不同，山体容纳渗入水量则不同，地下径流也不同。故此，最枯连续7天的平均水量作为生态水量不适应于商洛山区河流。

（2）近10年最枯月平均流量法的适应特点：对于商洛各中小河流，尽管受人类活动影响较小，但是局部灾害发生频繁，降水的10年的周期性不明显，从分析的系列Cv来看，系列必须在30年以上，才能反映出系列的丰、平、枯变化，故采用近10年最枯月平均流量作为生态流量也不适应于商洛的中小河流。

（3）90%保证率最枯月的平均流量法的适应特点：商洛是洪涝灾害与干旱交替发生的地区，干旱在年内任何时间段都可能发生。基本情况是40天不出现明显降水，山涧就会断流。故采用90%保证率最枯月的平均流量法作为生态流量也不适应于商洛的中小河流。

（4）蒙大拿法的适应特点：从分析的结果来看，采用年平均流量的10%为退化的或贫瘠的栖息地条件作为生态水量，对于商洛这样四季分明的气候条件来说，用此法确定生态流量对中小河流要求明显偏低；采用年平均流量的20%提供保护水生栖息地条件，主要是考虑保护水生鱼类资源的条件，对于武关河来说属于国家级大鲵自然保护区，保护区内不得取水用水，河道的水量不受人为影响，生态流量的大小受大气降水影响。商洛境内其余中小河流，无水生栖息地保护要求，采用年平均流量的15%作为生态水量较为合理，即武关河按多年平均流量15%等于0.73 m3/s作为生态流量。

（5）exas法的适应特点：Texas法是将50%保证率下的月流量作为各月生态水量的计算基础。经对武关站各月平均流量进行频率分析，见表3。从表3可以看出，由于年内分配的不均，对流量影响很大，50%保证率月中只有1月份的流量最小，以最小值作为生态流量满足全年的水量保证，科学可行。

（6）NGPRP法的适应特点：此法主要考虑河流水生物（尤其是鱼类）栖息环境的生态水量计算的方法。商洛境内除武关河外，其余中小河流无水生物（尤其是鱼类）栖息环境保护，不推荐此法。

从以上的分析看，蒙大拿法的15%水量和exas法适用于商洛境内有实测水文资料的中小河流生态水量的确定。

4 无实测水文资料的中小河流生态流量的确定

（1）面积在3%～15%范围内采用水文比拟法确定生态流量。根据《工程水文学》教材，采用水文比拟法。丹江流域中下游，处在同一个气候区，流域下垫面情况相似，采用与武关水文站的面积比修正的方法进行比拟。使用比拟法须符合以下条件：①与武关水文站流域面积在15%以内；②丹江中下游的支流。

（2）面积大于15%或不在同一气候区的生态流量确定方法：从武关水文站采用蒙大拿法和Texas法的结果来看，按年径流量15%确定生态流量符合商洛中小河流实际。因此，推荐对无实测水文资料的河流在确定生态流量时，按年径流量的15%确定生态流量数值。

5 结论和建议

通过采用各种方法对武关水文站生态流量进行计算，经过比较分析得出和确定了武关河的生态流量数值。从长期的水文工作和对武关河的驻守监测情况分析，基本符合武关站断面流量实际，该生态流量值大于年最枯月50%保证率流量。推荐武关河在”河长制”管理中采用此值。

对于无实测水文资料的中小河流，今后在“河长制”和水资源管理中，建议按照年径流量的15%确定生态流量，不得小于此标准。否则，河道生态流量得不到保证，流量过小，将造成河道生态失衡、恶化，直接影响建设生态商洛、绿水长流目标的实现。

[1]水利部水资源管理司、水利部水资源管理中心编著.建设项目水资源论证培训教材[M]，中国水利水电出版社，2005年。