东亮珠河流域生态流量分析与确定

高雅琪，戴长雷，高宇，陈 末

(1.黑龙江大学寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

生态流量是保持河湖等水环境生态系统结构和功能的重要指标[1]，也是加强水资源开发利用管理和控制、促进河湖生态保护和恢复的基本要求。计算生态流量常用的方法包括水文学法、水力-栖息地法和整体法等，不同计算方法的适用条件和范围不同[2]，参照已有研究基础，基于中和水文站多年天然径流数据采用Qp法、Tennant法来推求生态流量，确定生态流量保障目标。

1 研究区概况

1.1 自然地理

东亮珠河是松花江右岸的二级支流，曾经是珍珠的主要产地之一，因此被命名东亮珠河，起源于哈尔滨市尚志市亮河镇内东部大秃顶子山与东山的九道和七道沟之间[3]，经尚志市跃进林场、华山林场、亮河镇庆阳镇、延寿县中和镇、庆阳农场、加信镇和方正县永建乡、宝兴乡，从延寿县的加信镇利民屯汇入蚂蚁河，河长138km，河宽25～60m，水深0.5～1.3m。东亮珠河流域面积为2608km2，其中尚志1972km2，延寿586km2、方正50km2。河流上游比降2.2%，河源到河口平均比降4.2%。主要支流有东南岔河、老母漠河、西亮珠河、小西河、小黄泥河、抚安河、细鳞河等。流域地势由南、北向中部倾斜，最低处海拔110m。

1.2 气象水文

东亮珠河流域的冬季漫长并且寒冷，春季干旱并且风大，夏季偏短，同时暴雨洪水期集中并且易涝，秋季降雨多急骤，所在地区位于中温带大陆性季风气候区。东亮珠河流域多年平均水资源总量为8.29亿m3，其中地下水资源量为2.91亿m3，地表水资源量为7.98亿m3，重复计算量2.6亿m3。多年降水量在620mm上下浮动，年际和年内分配不均，在5—9月的径流量较多，占全年径流的73.39%。河流的封冻时间为135～165d，河心最大冰厚1.4m。年平均风速为4.4m/s，最大风速为30m/s。

1.3 水资源开发利用

根据《2019年哈尔滨市水资源公报》，东亮珠河流域内尚志市、延寿县、方正县2019年水资源开发利用程度分析，见表1。

表1 东亮珠河流域水资源开发利用程度分析 单位：亿m3

2 数据来源与计算方法

2.1 控制断面选择

生态流量是指维持河流最基本生态功能而不枯竭所需要的流量[4]。东亮珠河的水生态安全正面临较大压力，山水林田湖草缺乏全面、系统的保护，影响了资源可持续利用和经济社会的可持续发展。保障东亮珠河河道内生态需水、维持水系的通畅循环和良好的水质是保持河流生态系统健康发展的关键。生态流量(水量)保障的目标是控制水资源的开发强度，协调生活用水、生产用水和生态用水，维护东亮珠河河流的廊道功能，维持河流基本形态、基本生态廊道、基本自净能力等[5]。

图1 东亮珠河流域图

东亮珠河流域内涉及尚志市、延寿县和方正县，均以农业用水为主。东亮珠河流域面积较小，利用现有水文站作为控制断面，对下泄水量和流量进行监测和考核，与重要生态敏感的区域和保护对象的分布所结合，考虑生态问题和生态良好2方面的断面情况，综合考虑东亮珠河流域水资源、开发利用、水资源调度和管理等情况，确定方正县中和水文站做为东亮珠河流域生态流量控制断面。径流系列选择中和水文站1956—2016年径流量数据，分析断面丰水年、平水年、枯水年来水情况。

2.2 计算方法

针对东亮珠河流域封冻期较长的特点，确定生态基流分期为汛期(6—9月)、非汛期(4—5月、10—11月)、和冰冻期(1—3月、12月)进行计算。本次选用Qp法和Tennant法计算考核断面生态流量。由于东亮珠河冰冻期来水量较小，且冰冻期东亮珠河干流沿线基本无取用水户，因此，冰冻期生态流量下泄原则为来多少泄多少，其他时段按汛期、非汛期计算。

(1)Qp法

Qp法又称不同频率下最枯月平均值法，此方法利用30年及以上的天然月平均流量或其径流量数据资料，计算不同频率下的最枯月平均流量或径流量，即为生态环境所需水量的最小值[6- 7]。频率p一般取为90%或95%。

本次选取汛期、非汛期时段内最枯月天然平均流量，用各时段内最枯月排频，选取95%频率下最枯月平均流量作为汛期、非汛期生态流量。

(2)Tennant法

Tennant法[6- 7]属于标准测定法，也称Montana法。它是以事先明确的多年平均流量百分比作为基础，根据所观测数据，确定一年内不同时期的生态环境需水量，并建立河流生态环境状况与其流量之间的经验关系。

本次生态流量(水量)计算中，选取多年平均流量的20%作为汛期生态流量，选取多年平均流量的10%作为非汛期生态流量。

3 生态流量结果与分析

3.1 水文资料代表性分析

(1)年际变化

变差系数Cv，年极值比ρ和不均匀系数Cu这3个统计参数常用来表示径流系列的年际变化特征。不均匀系数Cu反映的是径流系列年际变化的不均匀性，它是由径流系列的多年平均值与最大观测值的比值计算得出，Cu值越趋近于1，说明该径流系列年际变化均匀性越好[8- 14]。根据中和水文站1956—2016年共61年的径流系列资料进行分析计算，中和水文站断面的多年平均径流量为55079.71万m3，径流系列的极值比、变差系数比以及不均匀系数这3个参数分别为6.38、0.35、0.39。从3个统计参数(变差系数、不均匀系数、径流极值比)的计算结果来看，可以表明中和水文站断面径流系列年际间丰枯变化幅度较大，年际变化不均匀且十分剧烈。中和水文站断面径流的年际变化过程线，如图2所示。

图2 中和水文站断面径流年际变化过程线

(2)年内分配

东亮珠河流域径流的来源主要在于降水补给，流域内径流的年内分配不均匀，使得在5—9月份径流量较为集中，占全年径流的73.39%。中和水文站断面径流量年内分配情况，年内各月径流变化如图3所示。

图3 中和水文站断面年多年平均径流量年内变化

3.2 断面生态流量

通过Qp法、Tennant法分析计算各期生态流量，中和水文站断面生态流量目标，见表2。

表2 中和水文站断面年生态流量目标计算结果汇总表 单位：m3/s

3.3 生态流量保障结果评定

遵循河流自然水文节律，对于丰枯变化大、工程调控能力弱的断面，生态流量计算可以采用Qp法(p取90或95)[15- 16]。东亮珠河降水主要集中在6—9月，丰、平、枯3个水期差异明显，汛期、非汛期季节性变化较大，因此本次生态流量(水量)选取Q95%法计算成果，作为本流域生态流量保障目标，评价时长为日。

评价方法采用1956—2016年61年系列逐日实测流量资料进行评价，保障程度为各分期61年逐日流量达到或超过生态流量目标值的天数与各分期总天数的比值。经计算，满足程度见表3。

图4 中和水文站断面汛期Qp流量频率曲线图

图5 中和水文站断面非汛期Qp流量频率曲线图

表3 中和水文站断面生态流量满足情况表 单位：%

从计算结果上看，中和水文站断面非汛期(4—5月、10—11月)生态流量满足程度为92.4%，汛期(6—9月)生态流量满足程度为95.8%，满足90%保证率的目标要求。

3.4 生态流量保障措施

(1)建立监管组织机构

为了保障东亮珠河的生态流量，可以组建水量调度管理协调小组，小组主体由哈尔滨市水务局、方正县水务局、延寿县水务局和尚志市水务局组成，地理优势明显并且对情况相对了解，可做出准确的判断。调查小组要把工作重点落实到负责实施流量调度的具体工作，其中包括生态流量调度方案的执行、监测、评估等，并对工作中存在的具体问题和有关事项进行商讨和确定。同时加强水资源的统一化管理也是迫在眉睫，可以将东亮珠河生态流量保障纳入相关市(县)年度重点工作目标任务，并且完善考核监督问责，同时做好组织实施和监督管理工作，有利于工作落实到位。

(2)完善监测体系和监测手段

对东亮珠河主要控制断面的流量以及沿河主要取水口进行实时监测工作，并结合取用水专项整治行动核查系统平台和生态流量监测预警系统，通过集考核评估、监测预警、网络互联等功能于一体的生态流量管控信息平台来进行数据共享和程序调用。有利于解决目前东亮珠河流域生态流量监管在评存在的突出问题，为所在流域内的各地组织开展生态流量的保障工作以及提供技术支撑。

4 结论

基于中和水文站1956—2016年径流量数据，依据Qp法、Tennant法评价，确定东亮珠河流域生态流量目标，分析河流生态流量保障程度不满足原因，得出5条结论。

(1)根据中和水文站1956—2016年径流量数据计算，中和水文站断面生态流量目标方法采用Qp法(p=95%)；此计算方法的计算结果满足河流生态目标的需求，计算结果较合理。

(2)计算得到东亮珠河汛期最小生态流量为3.74m3/s，出现在6—9月；非汛期最小生态流量为1.58m3/s，出现在4—5月、10—11月。

(3)本文生态流量计算方法均属于水文学方法，以后还需用水力-栖息地法和整体分析法等方法对东亮珠河生态流量做深入的研究与分析。

(4)流域内的地表水资源较为丰富，利用程度却偏低。但是由于灌区内渠道工程不配套，缺少控制性蓄水工程，造成灌溉面积不稳定，灌区面积远未达到设计面积。

(5)地下水超载严重，流域现状年地下水供水量2.1亿m3，而地下水可开采量为1.14亿m3，由于过多地开采地下水造成了水源供水能力不足，引起局部地下水资源超载，也制约了经济社会稳定发展。