基于Tennant法的太子河上游河流生态健康评估

潘志涛

(辽宁陆海项目管理咨询有限公司，沈阳 110031)

1 生态状况内涵及评估方法

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或最大流量为最小或最大生态径流。基于最小或最大生态径流得到的需水量为最小或最大生态需水量。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。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，基于太子河上游水文站、水文站建站以来的天然来水数据，对太子河上游的最小、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20年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[1-12]。

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以及太子上游来水特征，对太子上游丰水期(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)。按照本溪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45%、枯水期为75%、平水期为60%，对太子上游适宜生态径流进行计算[12-14]。

2 太子河上游生态需水分析

以太子河上游的四道河子和南甸为计算水文站点，南甸水文站集水面积为912.6km2，四道河子水文站集水面积为668.1km2，南甸和四道河子分别为太子河上游主要控制水文站，距离观音阁水库较近，为分析太子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，对太子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太子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 太子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45%、枯水期为75%、平水期为50%，对太子河上游适宜生态径流进行计算。计算结果见表2。

表2 太子河上游适宜生态径流及生态需水计算结果

续表2 太子河上游适宜生态径流及生态需水计算结果

3 基于Tennant法的太子河上游生态环境评估

结合太子河上游两个控制水文站的生态需水分析结果，结合Tennant法对太子河上游枯水期(10-3月)以及丰水期(4-9月)的生态环境状况进行定量评估，评估结果如表3和表4所示。

表3 太子河上游最小生态径流量评价结果

表4 太子河上游适宜生态径流量评价结果

从太子河上游南甸站和四道河子分析的最小生态需水的情况可看出，采用Tennant进行生态环境状况评估后，在枯水期(10-3月)由于生态环境流量站多年平均流量的比重均低于30%，使得生态环境状况评估为较差的状况，生态环境很难得到有效保障，这主要是因为最小生态需水只是保障河流生态环境不被破坏且难以修复的最大生态需水量，而进入枯水期，由于生态需水保障程度不高，使得按照最小生态需水下太子河上游的生态环境状况评估为较差。而进入丰水期(4-9月)，由于河道内的底水较大，最小生态需水量可占多年同期径流比重的70%以上，结合用Tennant进行评估后，其生态环境状况可以达到较好的状况。

表4为太子河适宜生态需水状况下的Tennant方法评估结果，从评估结果可看出，在枯水期(10-3月)太子河上游适宜生态需水的条件下，河流生态需水量占同期多年年均流量的比重达到30%以上，Tennant方法评估下太子河上游可以达到较好的生态环境状况，相比于最小生态需水，适宜生态需水结合需水保证率，按照不同分期进行适宜生态需水的分析，可有效满足枯水期和丰水期太子河上游的生态环境状况，因此在枯水期应按照适宜生态需水量进行河流生态环境状况的保护。进入丰水期(4-9月)，太子河适宜生态需水站同期多年径流的比重超过60%，通过Tennant方法评估也可达到较好的生态环境状况。

4 结 论

1)Tennant方法结合河道内生态需水的情况进行生态环境状况的评估，主要评估指标是看生态需水满足度是否可达到，这种方法较为简单，易操作，且需要的资料数据较少，适合于河流生态环境状况的简易评估；

2)太子河上游最小生态需水只是保障河流生态环境不被破坏且难以修复的最大生态需水量，而进入枯水期，由于生态需水保障程度不高，使得按照最小生态需水下太子河上游的生态环境状况评估为较差。

3)相比于最小生态需水，适宜生态需水结合需水保证率，按照不同分期进行适宜生态需水的分析，可有效满足枯水期和丰水期太子河上游的生态环境状况，因此在枯水期应按照适宜生态需水量进行太子河上游河流生态环境状况的保护。