霍林河生态环境需水量研究

黄 旭，王光磊

（松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林长春130021）

1 研究区概况

1.1 自然概况

霍林河是嫩江下游右岸支流，无尾河，东与第二松花江相邻，南与辽河流域相连，西隔大兴安岭与乌拉盖河相望，北与洮儿河流域相邻。流域面积为36623km2，河长590km，河道平均比降为0.39%。霍林河流域地处中温带大陆性气候区，气候要素差异很大，北部接近半湿润草原气候，南部近似于干旱荒漠草原气候。多年平均降水量为421.0mm，多年平均年水面蒸发量为1147.3mm。

霍林河在高力板镇以东进入吉林省境内，已无明显河道，河床多系砂壤土，土质结构松散，河道主槽游荡不定，洪水极易出槽改道。沿河两岸分布有大小泡沼(水库)百余处，现有水面面积近700km2，如查干泡、大布苏泡、花敖泡、兴隆水库、胜利水库等，是吉林省中西部生态与环境建设的重点地区。

1.2 重点保护目标

向海国家级自然保护区位于吉林省通榆县境内，霍林河下游消散段，是以保护丹顶鹤等珍稀鸟类和蒙古黄榆等稀有植物为主要目的的自然保护区，总面积为1055km2，其中霍林河流域内面积为562km2，占保护区总面积的53.3%。

2 生态状况分析

在不同河段，由于河道生态特征及人类活动影响的差异，河段所发挥的生态环境功能不同。因此，在计算河道需水时，首先需要确定各河段的主要功能，某些河段需要同时满足多种功能，对应着不同类型的河道需水。在计算出不同类型的生态需水后，按照最大值原则，选择其中的最大值作为该河段的河道需水，这样即可同时满足其他功能对水量的需求。

由于霍林河没有通航要求且为季节性较强的河流，因此，维持河流基本功能的生态与环境需水量只考虑保持水体自净能力需水量及河流基本生态与环境需水量，其总的河流基本功能生态与环境需水量即为两种需水量扣除重复的部分。由于河流基本生态环境需水量本身具有保持水体自净需水量的作用，所以在计算出河道基本生态需水和自净需水后，按照最大值原则选择河道需水即可。

根据霍林河各水文站径流量年内分配情况，6—10月径流量占年径流总量的70%～75%，划分为丰水期；11月至次年5月径流量占年径流总量的25%～30%，划分为枯水期。

3 计算方法选择

3.1 改进的Tennant法

目前最适合中国的计算方法是水文指标法，其中Tennant法应用最为广泛。Tennant法的主要优点:应用简单方便，仅使用历史资料就可以评价或估算生态水量，需要的数据相对较少，不需要进行大量野外工作，可以在缺乏足够生态资料的地区使用。

该方法作为经验公式，主要适用于北温带较大的、常年性河流，可作为河流规划目标的管理方法。使用时，较枯较丰时段的划分，可根据多年平均天然月径流量排序确定；也可根据当地汛期、非汛期时段划分确定，汛期和非汛期时段应根据南北方气候调整。

同时，Tennant法有以下主要缺点:1）以多年平均流量的一定比例作为标准，有时会受到极端来水情况的影响比较大，典型性、代表性不强；2）比例确定困难，需分析Tennant法中确定的流量百分比标准是否与当地河流情况相符合；3）没有考虑水量需求的年内变化情况，与水生生物生境要求不一致；4）忽略了河流流量季节性变化的特性，在实际应用时，应根据本地区情况进行适当改进。

为克服Tennant法取多年平均流量，将年内流量的分配坦化的缺点，改用取同时段多年平均流量的百分比，较传统方法更符合天然流量的水文特征。考虑到季节性河流的干枯季径流差异大，枯水期径流长期为0，采用中国工程院重大咨询项目“东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究”中应用的枯水季节最小流量法，即取各年枯水季节径流量的最小值为河道枯季生态需水量。

3.2 流量历时曲线法

流量历时曲线法是基于历史流量资料来构建各月流量历时曲线，将某个累积频率相应的流量QP作为生态流量。QP的频率P可取90%或95%，也可根据实际需要作适当调整。通常采用Q90作为枯水流量指数和水生栖息地的最小流量；采用Q95作为极端低流量条件指标和保护河流的最小流量。

构建流量历时曲线至少需要20年的日流量数据，该法仅使用水文资料，对资料的要求比较简单，还更好地反映了径流年际、年内分布的不均匀性。另外，流量历时曲线法不要求资料的连续性，避免了因流量数据缺失而进行插补所引起的误差。

应用流量历时曲线法计算最小生态需水量时，采用所有历史数据，得出多年平均情况下的最小生态需水量；当采用同期历史数据时，得到同期最小生态需水量。

4 分析计算

4.1 综合分析确定节点

在天然状态下，为了确定不同横断面对应的河道内最小生态流量，即临界流量，断面的选择应该遵循典型性、稳定性和实用性3个原则。目前国家级基本水文站点所在的断面都可以满足这些要求，即河道相对顺直、稳定，具有相对稳定的水位～流量关系，且具有相应的观测项目，如水位、流量、大断面、糙率、水力坡度等。根据霍林河河段的特点以及河道内生态需水量水文学和水力学等计算方法所需数据资料的要求，在霍林河上选取吐列毛都站、白云胡硕站和同发站所在河段断面作为此次计算的断面。

4.2 计算时段选择

计算时期的选择主要考虑河床演变的相对平衡，一般情况下选择人类活动干扰较少的时期，河道处于天然状态，河道生态处于较为健康的状态。对各水文站的长系列径流资料进行分析。

以吐列毛都和白云胡硕站现有的资料为基础，选取两站都有数据的1978—2009年径流资料为计算数据，从径流量曲线可以看出，1967—1985年大部分年份为枯水年，1986—1993年又进入丰水年份，1994—2009年又进入枯水期，只有1998年是特大洪水年，计算时将其排除。选用的计算时期包含枯水期和丰水期，较为合理。同发站由于资料缺乏，没有长系列径流资料，采用10年连续径流资料，即2007—2016年作为计算期。

4.3 生态需水量计算

采用不同方法计算断面的最小生态需水量和基本生态需水量，根据《河湖生态环境需水计算规范》给出的不同类型河流水系生态环境需水量参考阈值，结合霍林河流域的开发利用程度，将不在参考阈值内的计算结果除去，取其余多种方法的均值，最终得出霍林河各断面最小生态需水量和基本需水量及生态流量的取值，详见表1。

4.4 成果合理性分析

通过将各断面最小与基本生态需水量取值与该断面年径流量对比，在现有年径流资料的条件下，吐列毛都断面100%年份的径流量都能满足最小生态环境需水量和基本生态环境需水量的需水要求，也就能提供保证洮儿河在该断面生态环境保护目标所对应的生态环境功能不丧失的水量；白云胡硕断面90.9%的年份能保证维持河道的最小生态环境需水量，75.8%的年份能保证维持河道的基本生态环境需水量；同发断面80%年份能保证维持河道的最小生态环境需水量，60%的年份能达到目标生态环境需水量要求（因为同发站资料序列太短，代表性较差，实际参考价值不大）。

表1 霍林河各断面生态需水量最终取值

从生态流量在年内的保证程度来看，即使年水量可以满足生态需水量的要求，但是对应到每个月分配的流量时，又很难保证率年内逐日流量符合要求。

5 结语

霍林河最小与基本生态需水量年保证程度，从上游到下游依次减小，造成了霍林河目前逐步恶化的水生态环境形势，也和霍林河上下游的自然条件基本相符。因此，需要通过工程引水等各种符合自然规律的方式为河道补充生态基流，不仅量要达标，水量的分配也要符合河道天然需水要求。逐步达到最小生态环境需水量的目的。