辽河干流河流生态需水评估整合计算研究

于露

（辽宁省本溪水文局，辽宁 本溪 117000）

0 引言

河流系统是一个具有复杂水力联系的自然-社会复合体，水文过程是河流系统的重要驱动力。长期以来，河流水文过程主要受自然条件影响。近年来，随着人类活动影响的加剧，特别是大型水库群的修建运用，河流水文过程发生改变，对河流生态系统造成影响及胁迫，危及河流生态健康及水资源的可持续利用。在此背景下，如何科学评估维系河流生态健康、保障河流生态系统服务功能长期持续发挥的生态流量过程，已经成为新时代河流管理面临的重要挑战之一[1，2]。

生态需水是指生态系统达到、实现或维持某一特定的状态所需要的具有一定品质的水量过程。从生态系统类型方面划分，可分为河流生态需水、湿地生态需水、河口生态需水等；从需水特性方面考虑，可分为消耗型生态需水及非消耗型生态需水[3]。其中，非消耗型生态需水主要指河流生态流量；消耗型生态需水主要为维持各生态系统功能所需要消耗的水量，如蒸发、蒸腾、渗漏等。

辽河是我国七大江河之一。自20世纪70年代起，辽河干支流上陆续修建了清河水库、柴河水库、南城子水库、榛子岭水库、石佛寺水库等多座大中型水库工程，对辽河径流过程及水文情势造成明显影响[4，5]。针对此，本文参照相关研究成果[7-10]，着重开展辽河干流生态需水评估整合研究。

1 资料来源

1.1 研究区概况

辽河发源于内蒙古自治区克什克腾旗芝瑞镇马架子村，流经内蒙古、吉林、辽宁省（区），在盘锦市大洼县赵圈河乡河口自然保护区汇入渤海。辽河流域面积191946km2，河长1383km，其中，辽宁省境内面积40988km2，长度554km。

1.2 代表站确定及资料系列

综合地理位置、资料系列完整性等多方面因素，选取辽河干流上游福德店水文站、铁岭水文站，中游马虎山水文站，下游六间房水文站作为代表站计算辽河干流河流生态流量。实测资料来源为辽宁省基础水文数据库（《水文年鉴》电子版），天然流量系列来源为水资源的3次评价成果。各代表站特征及资料见表1。

表1 辽河干流各站点水文资料

2 辽河干流节点生态需水计算

2.1 生态流量计算

将生态流量划分为最小生态流量、适宜生态流量两级。其中，最小生态流量维持生态系统不退化；适宜生态流量为河流水生物种提供良好生境条件。研究采用水文学法计算河流生态流量，该方法认为天然水文情势是维持河流生态系统健康、稳定的必要水文过程。基于这一假定，以河流天然状态下的流量过程为本底，按一定规则计算维系河流生态健康所需流量。水文学法对资料的要求不高、操作简单，应用广泛。国内常用的生态流量计算水文学法主要有Tenent法、流量历时曲线法等，均被列入《河湖生态环境需水计算规范》。考虑到北方河流径流年内分布不均衡的特点，研究采用流量历时曲线法计算代表站各级生态流量。

流量历时曲线法利用历史流量资料构建各月流量历时曲线，以某个保证率相应的流量作为河道生态流量阈值。最小生态流量的频率可选90%或95%，适宜生态流量的频率可选75%，也可根据情况适当调整。方法建立在至少30年的流量数据基础上，每一个月给出一个推荐流量，可反映径流在年际、年内的不均匀性。

研究以福德店、铁岭、马虎山、六间房4处代表水文站月天然流量过程为基础，进行皮尔逊III型曲线频率分析，绘制流量历时曲线。选用90%保证率的流量作为最小生态需水；75%保证率流量作为适宜生态需水。以铁岭站为例，按照3—5月、6—8月、9—11月、12—2月合绘各月流量历时曲线，如图1所示，各代表站最小、适宜生态流量见表2。

表2 辽河主要节点最小适宜生态流量成果 m3/s

图1 铁岭站各月流量历时曲线

2.2 耗水量计算

耗水量主要包括蒸发量及渗漏量（地下水补给量）。蒸发量采用铁岭站蒸发能力与辽河干流水面面积的乘积来计算。其中，辽河干流河长约为550km，平均水面宽度按照50m计算，铁岭站年水面蒸发量约为1350mm，据此计算，辽河干流年水面蒸发量约为0.37亿m3。

河床渗漏量采用杨志峰等提出的地下水动力法计算河床渗漏量：

式中：Wu为河床渗漏需水量；K为渗漏系数；I为地下水水力坡度；Hu为含水层厚度；L为评估河段长度；T为计算时段总时长。据此计算，辽河干流年渗漏量约为0.47亿m3。

2.3 河口生态需水[10]

辽河三角洲主要植物类型为芦苇沼泽，为丹顶鹤、白鹤、黑嘴鸥等物种提供繁殖与栖息环境，此次研究主要计算芦苇沼泽消耗性需水：

式中：Qw为湿地生态需水量；E为蒸散发量；P为降水量；S为湿地面积。

辽河三角洲芦苇沼泽面积约为8×104hm2，水面面积约为0.86×104hm2。三角洲年均降水量约630mm，年均蒸发量约930mm，年芦苇蒸散量约1033mm。据此计算，辽河三角洲湿地消耗型需水量为3.48×108m3。考虑到三角洲是由辽河、大辽河、大凌河等冲积而成，根据芦苇分布的位置及范围，辽河干流区约占40%，辽河干流河口三角州湿地生态需水量为1.39×108m3。

3 生态需水整合

河流生态系统由多种不同类型、不同位置的子生态系统构成，各子生态系统在水文循环的联系下形成一个整体，其生态需水有重合部分。生态需水整合主要解决不同类型生态系统之间需水量的重复计算，以及不同分区之间生态需水的重复计算问题。其中，消耗型生态需水按照累加法进行整合；非消耗型生态需水结合水文循环特征采用最大法计算，见表3[2]。

采用表3中计算方法对辽河各代表站通量型生态需水按照最小、适宜2个级别进行整合，成果见表4。

表3 非消耗型生态需水整合计算方法

由表4可知，辽河干流最小、适宜非消耗型生态需水量分别为11.00，19.77亿m3。在此基础上，考虑蒸发、渗漏耗水及河口生态需水等消耗型需水，可知：辽河干流最小生态需水量为13.23亿m3；适宜生态需水量为22.00亿m3。以辽河下游六间房水文站为控制站，辽河干流水资源量40.20亿m3，据此计算得出：辽河干流最小生态需水量和适宜生态需水量分别占总水资源量的33.0%，54.7%。

表4 生态需水整合计算结果m3

4 结语

文中主要以水文学法中的流量历时曲线法计算河流生态流量，尚未系统考虑河流内水生物种生境需求，需在明确辽河干流保护物种和目标的基础上，开展野外观测及实验室模拟，建立基于栖息地模拟等的生态流量计算成果，进一步完善河流生态需水过程，以期更好地为辽河生态治理提供参考。