河道内生态需水量研究

林 炜 褚 丽

(黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

0 引言

随着社会经济发展对水资源的需求越来越多，河道内生态需水量往往得不到满足，造成河流生态环境逐步退化。河道内生态需水量指为维护河流基本生态环境功能或改善生态环境质量，天然水体必须储存和消耗的最小水量，它具有优先满足性[1]。研究河道内生态需水量有利于遏制由河道断流和流量减少造成的生态环境恶化，有利于实现人水和谐，促进河流生态系统的可持续发展。

1 河道内生态需水量的确定原则

河道内生态需水量与河段位置、河流特性和河道功能有关，其确定应遵循以下原则：

1)分河段计算。

河流的不同河段在河道比降、断面形态和河势等方面存在很大差异，不同河段的用水量要求也不相同，因此，不同河段的河道内生态需水量应分别计算。

2)优先满足主要功能。

在不同的时段和河段，河流各项生态功能的优先程度也不同。当各项功能存在用水矛盾时，优先满足占主导地位的主要功能的需水量[2]。

3)全河段综合优化。

在分河段讨论的基础上，应进一步对整个河段的河道内生态需水量进行综合分析，确定全河段河道内生态需水量。

2 河道内生态需水量的确定方法

国内外针对河道内生态环境需水量的研究还未形成共识，理论和方法都有待进一步完善[3]。目前应用的主要包括水文学法、水力学法、栖息地评价法、整体分析法等。各方法的计算原理及适用条件见表1[4]。

3 沙河河道内生态需水量分析

沙河支流众多，河床浅窄，河道平均比降约为1‰，山区约占总流域面积的1/3。

3.1 分析断面选择

水文站断面多布设在河床顺直、稳定、水流集中、枯水部分没有深坑的河段，且避开了变动回水、急剧冲淤变化、分流、斜流、严重漫滩等不利因素，因此对顺直段河床横断面形态具有代表性；同时，由于弯道处河床水深一般大于顺直河段，在枯水季节比顺直河道更利于生物栖息。因此，选择水文站断面作为分析断面推求的最小生态流量对生物是安全的[5]。

表1 河道内生态环境需水量计算方法的计算原理及适用条件

3.2 河道内生态需水量计算

考虑到沙河水系含沙量较大，汛期应满足输沙需水量，防止河道泥沙淤积、维持河道基本形态，汛期采用输沙需水量作为河道内生态需水量，非汛期采用水文学方法中的蒙大拿法计算河道内生态需水量[6]。

3.2.1蒙大拿法

蒙大拿法是Tennant，D.L等人于1976年提出的，将全年分为两个计算时段，4月～9月为丰水期，10月～次年3月为枯水期，不同时期流量百分比有所不同[7]，采用年平均流量的百分比作为生态需水量(见表2)。

表2 河道内流量与鱼类、野生动物、娱乐及相关环境资源的关系

根据蒙大拿，生态需水量计算式如下：

式中：WR——多年平均条件下生态需水量，m3；

Mi——第i月天数，d；

Qi——第i月多年平均流量，m3/s；

Pi——第i月生态需水百分比。

对沙河黄庄站断面2003年—2012年逐日流量资料进行分析，按照蒙大拿法的标准，10月～次年3月平均流量百分比取10%，4月～9月平均流量百分比取30%，河道生态需水量计算结果如表3所示。

表3 河道生态需水量计算表

3.2.2输沙需水量

河道输沙需水量是指为保持河道水流泥沙冲淤平衡所需要的水量，与上游来水来沙特性、泥沙颗粒组成及河道形态等因素有关。对北方河流而言，来沙量主要集中在汛期，可根据汛期输送单位泥沙所需的水量来计算输沙需水量[6]。输沙需水量计算公式：

式中：Ws——年输沙需水量，m3；

Sl——多年平均输沙量，kg；

Scw——多年平均汛期含沙量，kg/m3。

统计沙河黄庄断面1966年—2010年共45年的泥沙资料，多年平均输沙量20.2万t，多年平均汛期含沙量7.85 kg/m3，经计算，汛期输沙需水量2 183.78万m3。

3.2.3计算结果

汛期河道内生态需水量取输沙需水量2 183.78万m3，非汛期河道内生态需水量取912.38万m3，全年河道内生态需水总量为3 096.16万m3。

4 结语

通过分析各种河道内生态需水量计算方法的原理及适用条件，以沙河为例，分析水文站断面对整个河段的代表性，选择黄庄水文站断面，采用蒙大拿法进行计算结果作为非汛期河道内生态需水量；汛期采用输沙需水量作为河道内生态需水量[7]。通过该方法计算的河道内生态需水量既保证了多沙河流汛期输沙需水要求，又满足了非汛期维持河道基本自然功能和社会功能的要求，为本流域及同类型的河流水资源管理确定合理的生态基流量提供了参考，具有一定的现实意义。

参考文献：

[1] 李国英.维持黄河健康生命[M].郑州:黄河水利出版社,2005.

[2] 樊自立.塔里木河流域资源环境及可持续发展[M].北京：科学出版社，1998.

[3] Male J W.Tradeoffs in water quality management[J].Journal of Water Res.Plan.Manage.ASCE,1984,110(4):434-444.

[4] 倪晋仁，崔树彬，李天宏，等.论河流生态环境需水量[J].水利学报，2001(9)：22-28.

[5] 王西琴，刘昌明，杨志峰．生态及环境需水量研究进展与前瞻[J]．水科学进展，2002，13(4)：507-514.

[6] 丰华丽,王 超,李剑超.河流生态与环境用水研究进展[J].河海大学学报(自然科学版),2002,30(3):19-23.

[7] 徐志侠,陈敏建,董增川.基于生态系统分析的河道最小生态需水量计算方法研究[J].水利水电技术,2004(12)：73.