河道内生态需水量计算方法探讨

李想

摘要：河道内的生态需水量是满足鱼类产卵生存和保持河道生态健康的最低需水量，是维护河流健康和生态可持续发展的基本条件，保护河流生态系统才留住绿水青山，才能将其变为“金山银山”。因此，探讨河道内生态需水量的计算方法，使其更好地应用于实践，具有重要的现实意义。

关键词：河道;生态需水量;计算方法

河道内的生态需水量最早是美国渔业和野生动物保护组织提出的[1]。是为维护和保护河流的最基本生态功能不被破坏所必须在河道内保留的最小的水量，具有优先满足性。工程实践中，水利工程的建设都需要考虑河道的生态环境需水量，避免河道断流，影响河流的生态环境和功能。河道生态需水量是维持河道生态健康可持续发展的必要条件。

河道内生态需水量的计算涉及多门学科，目前还没有统一的计算方法，目前计算方法中的使用较广泛有历史流量法和水力学法，历史流量法主要包括蒙大拿法、7Q10法，水力学法主要包括R2cross法和湿周法[2]。

1河道内生态需水量研究现状

目前我国用于河道生态需水量的计算方法大多由国外引进，在实际计算河道生态需水量的过程中，大多都只是从水文数据和水质数据出发，偏重于宏观尺度，而对生态信息的关注度较少。国内河道内生态需水量研究主要集中于北方干旱区域，对南方湿润地区的河流的关注度较少。应逐步完善河流生态需水量计算方法的适用性分析和试验研究。通过实地调查和实验相结合，寻求适合国内不同河流的生态流量的计算方法。

2历史流量法介绍

2.1蒙大拿法（Tennant法）

Tennant法是一种更多地依赖于河流流量统计的方法，建立在历史流量统计的基础上，将多年平均天然流量的百分比作为生态基流的一种方法，该方法是对美国东部和西部许多河流的12种生境和用途参数进行广泛现场调查的基础上提出的。

蒙大拿法是依据水文资料建立的流量与栖息地质量之间的经验关系，仅仅使用历史流量数据资料就能确定河道内生态需水量，使用简单、方便，但作为一种经验关系，具有地区差异，在使用之前，一般需要对其所定的标准在本地区的适用性进行分析和检验[3]。例如，中国北方地区，生态需水量要考虑季节性河流丰枯变化频繁和鱼类产卵育苗生物活动周期，结合自然河流丰平枯水文情势变化特征，采用不同频率典型年的月径流量来计算河道的生态需水量[4]。

2.2 7Q10法

该方法是从控制污染源排放的角度出发，以90%保证率最枯连续7天的平均水量作为河道的最小的生态需水量。一般来说，河流的天然来水量基本上会超过7Q10流量，满足这个要求就能满足自然状态下的排污要求，7Q10流量一般会小于10%保证率年的平均流量，因此采用此方法所确定的生态需水量对河流生态的保护作用是不够的。我们国家目前利用该方法的思路是采用近10年的最枯月的平均流量或者90%保证率最枯月的平均流量作为河道生态需水量的设计值。也有人采用河流最小月径流量多年平均值作为河流的生态需水量。

3水力学法介绍

3.1湿周法

该方法的一种假设条件为保护好临界区域的水生生物栖息地的湿周也将对非临界区域的栖息地提供良好的保护。采用湿周作为栖息地的质量指标，通过现场搜集渠道的几何尺寸和流量数据，绘制临界栖息地区域（通常是浅滩）湿周与流量的关系曲线，根据湿周和流量关系图中的转折点来确定河道内的生态需水量值。用此种方法需要注意的是多断面的资料要比单断面的资料更具有代表性，河道的形状对计算结果的影响较大，该方法适用于湿润河网地区和河槽稳定并且不随时间变化的河道，大部分用于宽浅型河道[5]。

3.2 R2cross法

该方法以曼宁公式为基础，适用于浅滩河流栖息地类型，该方法的河道内的生态需水量基于一种假设，即浅滩是最临界的河流栖息地类型，而保护浅滩栖息地也能保护其他的水生生物栖息地。通过水域生态系统平衡分析，根据水生生物生产量与平均水深、流量、河宽等的关系，由曼宁公式计算所需的生态水量。曼宁公式如下：

公式中：V为水流流速;n为糙率（使用时可根据实际河流情况查表，也可由实验测得）;R为水力半径，是流体面积与湿周长的比值;S为明渠的水力坡度。

4计算方法的优缺点比较

（1）历史流量法是以河道的水文数据为基础，以天然径流量的百分比作为河流生态流量，认为流量是能维持现存的生命形式，该方法使用简单，易懂，对于数据的要求不高，但是没有结合河流的实际情况，也没有考虑生物的具体需求和生物间的相互影响。也没有结合地形条件，只能在优先度不高的河流使用，粗略的估计河流的生态需水量。

（2）水力学法结合了具体河道的断面情况和栖息地环境，以维持河道基本形态和足够的水量为目标，以河道的具体水力参数确定河流所需的生态流量，与历史流量法相比，包含了很多河流信息，优点是只需要进行简单的现场测量河道断面，不需要详细的物种信息，数据较容易获取，但此方法并未考虑其他的栖息地类型，只是针对了具体的测量断面。此种方法多数用于生态濒危地区，为其他方法提供水力学依据。

5建议

国内目前的计算方法较多是应用传统的水文及水力学思想，而应用生态学信息建立的物理实验模型方法较少，而国外恰恰将此作为重点去研究河道内的生态环境需水量，河道内的生态需水量应该重点考虑生态环境的变化和发展，详细研究环境的生态信息，应侧重生物学信息研究。

河道内的生态需水量不能单单考虑水量，还需要结合水质及成本价值，从生态环境的功能要求出发，结合水质改善目标，考虑生态系统能够容纳的最差水质，也要从用于生态环境而失去用在其他方面应该产生的效益方向出发，来分析生态需水量的费用效益问题。

参考文献

[1]王珊琳，叢沛桐，王瑞兰.生态环境需水量研究进展与理论探析[J].生态学杂志，2004，23（6）：111- 115.

[2]史方方，黄薇.河道内基本生态环境需水量计算方法研究[J].水利科技与经济，2008，14（10）：779-781.

[3]门宝辉，刘昌明.Tennant法计算标准的修正及其应用[J].哈尔滨工业大学学报，2008，40（3）：479-482.

[4]刘树春，刘永鹏.大伙房水库下游河道内最小生态需水量研究[J].现代农业科技，2012，（1）：261-263.

[5]林超，何杉.海河流域生态现状用水量调查和生态需水量计算方法[J].水利规划与设计，2003，（2）：11-18.