浑河上游最小和适宜生态需水量计算分析及评估

李晓娜

(营口市水利勘测建筑设计院有限公司，辽宁 营口 115000)

0 引 言

河道生态需水是维持河流生态健康发展和生物多样性的重要保障[1]。当前，随着城市生活、工业、农业、生态用水矛盾日益紧张，河道生态需水常常不能得到有效满足[2]。为保障河道内的生态需水，需要对满足其河流生态环境状况的生态需水量进行测算，从而为区域生态环境用水规划提供重要的依据[3]。当前，对于河道生态需水量研究取得一定成果，大致可以归为三类，第一类为水文学方法，基于河道断面天然来水数据，分析其生态需水量，第二类为基于水力学方法，通过水力学模拟分析确定满足河流生态环境状况的需水量。第三类为综合方法，通过对长序列的水文资料进行分析，确定满足河流生态需水条件的水量。综合考虑不同方法的操作及资料获取的难易程度，当前水文学方法在许多流域得到不同程度的应用，但是在浑河流域还未得到相关应用，为保障浑河流域的河道生态系统健康，结合浑河上游南章党水文站、南口前水文站建站以来的天然来水数据，对浑河上游的最小、适宜生态径流进行计算，并基于生态径流计算结果，对其生态需水进行计算。

1 生态径流内涵和生态径流计算方法

天然状况下满足河流生态系统健康和稳定的径流过程为河流的生态径流。生态径流主要可归纳为最大、最小以及适宜生态径流。满足河流系统健康稳定需要的最小和最大流量为最小就最大生态径流。基于最小或最大生态径流得到的需水量为最小和最大生态需水量。满足河流稳定及物种多样性的适宜的径流为适宜生态径流，基于该径流的需水量为适宜生态需水量[4-6]。对于生态系统而言最小和最大生态径流是较为不利的条件。适宜生态径流过程是保持水生生物种群和河流生态系统健康适宜的生态径流量。当前国内外生态径流常用的计算方法主要为3种：①水文学方法，常用方法有Tennant法、最小连续30d平均流量法以及7Q10法、最大、最小生态径流法、适宜生态径流法；②水力学方法，常用的方法有IFIM法和CASIMIR法；③综合方法，常用的方法有澳大利亚的基准测量法以及南非的建块法。水文学方法仅需要较长序列的水文资料，而其他两种方法需要河道断面以及生物学资料，资料获取及方法操作的难易度都较高。为此文章主要选用水文学方法中应用较为广泛的最大、最小生态径流以及适宜生态径流法，基于浑河上游南章党水文站、南口前水文站建站以来的天然来水数据，对浑河上游的最小、适宜生态径流进行计算，并基于生态径流计算结果，对其生态需水进行计算。

最小生态径流法：一般在超过20a的天然月径流系列中取最小值生态径流量为最小生态径流过程。该方法认为在天然条件下该最小的径流过程使得水生生物安全渡过且生态系统未被破坏。在这种流量条件下水生生物及种群结构可以得到有效恢复。最小生态径流过程与天然径流年内分配具有一定的相似性，才能使得水生生物中区对河流水位年内变化过程完全适应。最小生态径流过应具有丰、平、枯连续变化的特性，而不是稳定不变的。逐月最小生态径流方法可以满足丰、平、枯的连续变化，而最小连续30d平均流量法、7Q10法、Tennant法得到的最小生态径流不能满足连续变化的要求。

逐月频率计算法：首先基于丰、平、枯三个历时时期的流量资料，对不同时期不同保证率下的径流量进行计算，得到适应生态径流过程。该方法可综合考虑河道生态水量以及不同时期生态系统需求。由于天然径流和生态系统是相适应的，因此需要对于生态系统不同时期的水量进行计算。结合不同时期径流变化特征、水生生物结构变化、生态系统稳定程度满足水文条件的需求。文章结合前人的研究基础[16]以及浑河上游来水特征，对浑河上游丰水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照抚顺市水资源二次评价成果，将三个时期的保证率分别设定为丰水期为40%、枯水期为70%、平水期为50%，对浑河上游适宜生态径流进行计算[7-9]。

2 浑河上游生态需水计算

文章以浑河上游的南口前和南章党为计算水文站点，南口前水文站集水面积为189km2，南章党水文站集水面积为333.5km2，南口前和南章党分别为浑河上游主要控制水文站，距离大伙房水库较近，为分析浑河上游最小和适宜生态需水量，分别结合最小生态径流方法和逐月频率计算方法，结合两个站点建站以来历年天然来水数据，对浑河上游最小和适宜生态需水量进行计算。

2.1 最小生态需水计算

采用最小逐月生态径流方法对浑河上游最小生态径流过程进行计算，并在此基础上进行最小生态需水量的计算，结果见表1。

表1 浑河上游最小生态径流及生态需水计算结果

2.2 适宜生态需水计算

分别按照将三个时期的保证率分别设定为丰水期为40%、枯水期为70%、平水期为50%，对浑河上游适宜生态径流进行计算。计算结果见表2。

表2 浑河上游适宜生态径流及生态需水计算结果

3 成果评价及分析

采用Tennant法对浑河上游南章党和南口前两站的生态需水进行评估分析，分析结果如表3和表4所示。从南口前和南章党最小生态需水分析可看出非汛期(10月-3月)的比重分别为33.4%和36.5%，通过Tennant评价在非汛期生态环境状况较差，这主要是因为最小生态需水只能满足河流生态需水最低要求，尤其是在枯水期，由于河道来水量较少，使得最小生态需水很难满足河流生态环境状况。而进入丰水期(4月-9月)由于来水量较大，采用最小生态需水基本可以达到河流生态环境状况达到较好的状况。适宜生态需水量按照丰水期、枯水期、平水期通过不同保证率进行生态需水的计算，从适宜生态需水结果可看出，采用不同时期保证率计算条件下，枯水期(10月-3月)下径流的比重均可达到40%以上，通过Tennant评估下浑河上游可以达到较好的生态环境状况。进入丰水期，随着来水量的增加，采用适应生态径流计算方法得到浑河上游4-9月生态径流，生态径流量占同期多年年均流量的比重达到50%以上，通过Tennant法评价的河流状况达到好等级[10-12]。综合以上分析，在枯水期浑河上游生态需水满足度较低，生态环境状况很难得到有效保障，需要进行水库调蓄作用，增加河道内的生态需水，结合不同时期不同保证率下采用适应生态需水量均可在枯水期和丰水期对河道内生态环境状况进行不同程度的改善。

表3 浑河上游最小生态径流量评价结果

表4 浑河上游适宜生态径流量评价结果

4 结 论

1)通过分析，在进行浑河上游适宜生态需水计算时，浑河上游丰水期(7、8月份)的保证率应为40%、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)保证率应为70%、平水期(其他月份)的保证率应为50%。

2)浑河上游非汛期(10月-3月)的径流比重分别为33.4%和36.5%，通过Tennant评价在非汛期生态环境状况较差，这主要是因为最小生态需水只能满足河流生态需水最低要求，尤其是在枯水期，由于河道来水量较少，使得最小生态需水很难满足河流生态环境状况。而进入丰水期(4月-9月)由于来水量较大，采用最小生态需水基本可以达到河流生态环境状况达到较好的状况。

3)在枯水期浑河上游生态需水满足度较低，生态环境状况很难得到有效保障，需要进行水库调蓄作用，增加河道内的生态需水，结合不同时期不同保证率下采用适应生态需水量均可在枯水期和丰水期对河道内生态环境状况进行不同程度的改善[13-15]。