陳曉歌，雪靜

（水利部陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安700001）

延河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量估算

陳曉歌，雪靜

（水利部陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安700001）

近年來(lái)，延河流量明顯減少，非汛期常流量?jī)H為1 m3/s左右，2014年5月份平均流量為0.8 m3/s，月最小流量?jī)H為0.2 m3/s，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。根據(jù)延安水文站1973～2014年長(zhǎng)系列天然徑流資料，對(duì)河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水量和目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行估算，建議以輸沙需水量7775.6萬(wàn)m3為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量，既能滿足河道基本生態(tài)功能，又可以滿足河道沖淤平衡的輸沙需求。

延河；生態(tài)環(huán)境；河道內(nèi)；需水量

目前，生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法多樣且不成熟，水資源可利用量的確定應(yīng)根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)水資源條件和生態(tài)環(huán)境狀況的差異，從不同角度，運(yùn)用多種方法進(jìn)行綜合分析，并注意完整的流域和局部區(qū)域在具體計(jì)算時(shí)的差別和聯(lián)系。北方水資源短缺地區(qū)水資源可利用量計(jì)算的主要控制因素是河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。以延河為研究對(duì)象，利用延安水文站1973～2014年長(zhǎng)系列水沙資料，采用不同方法對(duì)延河河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水量和目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算。

1 流域概況

延河屬黃河一級(jí)支流，水資源總量14.78億m3，人均水資源量718.84 m3，占全省平均水平1221 m3的58.87%；人均地表水資源量為697.44 m3，為全省平均水平1168 m3的59.7%，遠(yuǎn)低于全國(guó)人均2714 m3的水平，是全省、全國(guó)水資源最貧乏的地區(qū)之一。近年來(lái)，延河流量明顯減少，非汛期常流量?jī)H為1 m3/s左右，2014年5月份平均流量為0.8 m3/s，月最小流量?jī)H為0.2 m3/s，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。需要采用一定的工程措施，提高延河生態(tài)用水量，改善河道的水景觀效果。

2 延河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能對(duì)水量的需求，應(yīng)分別用基本生態(tài)環(huán)境需水量和目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量表示?；旧鷳B(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法有Qp法、近10年最枯月平均流量法及Tennant法等。

目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法有水生生物需水量的“生物需求法”，輸沙需水量計(jì)算的“輸沙需水計(jì)算”，自凈功能需水量可根據(jù)河流水功能區(qū)不同時(shí)段或不同時(shí)期的水質(zhì)要求，選擇與之相匹配的水文設(shè)計(jì)條件進(jìn)行計(jì)算。

本次目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水考慮輸沙需水計(jì)算，自凈功能需水，水面蒸發(fā)損失等。

2.1 基本生態(tài)環(huán)境需水量估算

（1）Qp法。又稱不同頻率最枯月平均值法，以長(zhǎng)系列天然月平均流量為基礎(chǔ)，用每年最枯月排頻，選擇不同頻率下的最枯月平均流量為基本生態(tài)環(huán)境需水量的最小值。

將延安水文站1973～2014年最枯月平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算，其90%頻率下的最枯月平均流量為0.678 m3/s，水量2527萬(wàn)m3。

（2）近10年最枯月平均流量法，即10年中的最小值，作為基本生態(tài)環(huán)境需水量的最小值。

根據(jù)延安水文站1973～2014年42年長(zhǎng)系列徑流資料計(jì)算的生態(tài)基流量為0.627 m3/s，水量1490萬(wàn)m3。

（3）Tennant法。對(duì)北方地區(qū)，生態(tài)基流應(yīng)分非汛期和汛期兩個(gè)水期分別確定，一般情況下，非汛期生態(tài)基流應(yīng)不低于多年平均天然徑流量的10%；汛期生態(tài)基流可按多年平均天然徑流量20-30%。非汛期流量0.48 m3/s，水量1141萬(wàn)m3、汛期流量1.45 m3/s，水量3445萬(wàn)m3。

根據(jù)以上三種方法的計(jì)算結(jié)果，綜合確定采用近10年最枯月平均流量法計(jì)算成果，即0.627 m3/s作為延河河道生態(tài)基流。

2.2 目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量估算

河流控制斷面目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量，應(yīng)按照保護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能維持在正常水平的需水要求。

表1 輸沙需水量計(jì)算

（1）輸沙需水量計(jì)算

輸沙需水量指河道內(nèi)處于沖淤平衡時(shí)的臨界水量，由于延河屬多沙河流，必須有一定的河道來(lái)水量才能保持沖淤平衡。河流的輸沙能力主要取決于河道來(lái)水量與含沙量，通常來(lái)水量越大輸沙量越大。

式中：Ws為輸沙需水量，m3；Qs為單位泥沙輸沙需水量，m3/t；S為來(lái)沙量，t；Z為淤積量，t。

單位泥沙輸沙需水量Qs可采用下式計(jì)算：

式中：Qs為單位泥沙輸沙需水量，m3/t；s為河流某斷面的平均含沙量，kg/m3；ρs為河流泥沙密度，kg/m3。

（2）自凈功能需水量

延安主城區(qū)除去南川河上部分排污口并未通過(guò)污水截流閘截污進(jìn)入污水管網(wǎng)外，各排污口已經(jīng)基本被管網(wǎng)覆蓋，通過(guò)延河綜合治理城鎮(zhèn)污水處理廠工程，將現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)提升改造，延伸管網(wǎng)敷設(shè)距離，并實(shí)現(xiàn)雨污分流，確保城區(qū)污水全部進(jìn)入污水處理廠，延河水質(zhì)將有很大改善。

自凈功能需水量要根據(jù)對(duì)河流自凈功能的要求，合理確定不同時(shí)段或水期的設(shè)計(jì)水量，作為維持水體自凈功能的需水量。延河自凈水量采用河流完全混合模型計(jì)算水量與一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，在忽略縱向彌散作用下，模型公式如下：

①完全混合模型計(jì)算公式：

式中：C為完全混合的水質(zhì)濃度，mg/L；Qp為污水排放量，m3/s；Cp為污染物排放濃度，mg/L；Qh為上游來(lái)水流量，m3/s；Ch為上游來(lái)水污染物濃度，mg/L。

②一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型公式：

式中：C0為初始濃度，mg/L；K為階動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度，1/d；X為沿河流方向距離，m；C為位于污染源下游x處的水質(zhì)濃度，mg/L。

由于延河COD5、氨氮和總磷為主要超標(biāo)因子，因此選取COD5、氨氮和總磷作為計(jì)算自凈需水量的計(jì)算因子。污染因子計(jì)算自凈需水量達(dá)到延河水功能區(qū)劃要求Ⅲ類水質(zhì)。由表2知：2月、3月、4月和5月份分別需要調(diào)水量為1.187 m3/s、0.763 m3/s、1.255 m3/s和2.105 m3/s；其它月份不需要調(diào)水。自凈需水量取2.105 m3/s，即1374萬(wàn)m3。

（3）蒸發(fā)損失水量

延安市延河梯級(jí)橡膠壩工程位于延安市市區(qū)延河干流及支流西川河、南川河上，共9座。除延大橡膠壩及寶塔山橡膠壩為已成工程，其它7座橡膠壩工程將分期實(shí)施。延河干支流城區(qū)段橡膠壩非汛期（9月～次年5月）可蓄水219.2萬(wàn)m3，形成115.38萬(wàn)m2的水面，蒸發(fā)損失水量30萬(wàn)m3。梯級(jí)橡膠壩多年平均蒸發(fā)增損見(jiàn)表3。

河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算是以維護(hù)河湖生態(tài)環(huán)境功能的用水需求為基礎(chǔ)，由于河湖各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境功能是相互聯(lián)系的，很難嚴(yán)格區(qū)分、截然分開(kāi)，各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境功能的需水量可能有重復(fù)，所以河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水應(yīng)按各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境功能的需水量的外包值計(jì)算[1]，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 延河斷面自凈需水量（m3/s）

表3 梯級(jí)橡膠壩多年平均蒸發(fā)增損表（mm）

表4 延河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算成果（萬(wàn)m3）

3 結(jié)論

對(duì)河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水量與目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量采用不同方法進(jìn)行計(jì)算，由表4可以看出，推薦的基本生態(tài)環(huán)境需水量2527萬(wàn)m3，占天然徑流的16.6%，輸沙需水量7775.6萬(wàn)m3，占天然徑流的51%。輸沙需水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了基本生態(tài)需水量和自凈需水量，即輸沙需水量決定了延河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。原因在于延河徑流量較大，攜沙能力強(qiáng)，同時(shí)延安地處黃河中游黃土高原丘陵溝壑侵蝕極強(qiáng)區(qū)，水土流失嚴(yán)重，含沙量大[2]。

推薦的基本生態(tài)環(huán)境需水量2527萬(wàn)m3僅能滿足基本的河道生態(tài)功能和自凈功能的需求，即維持最低限度的河道中水生生物的健康和不同水期的水質(zhì)要求，但不能滿足河道沖淤平衡需求[3]。所以推薦輸沙需水量7775.6萬(wàn)m3為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量，既能滿足河道基本生態(tài)功能又可滿足河道沖淤平衡的輸沙需求。

[1]SL/Z 712-2014,河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)水利部，2015.

[2]衛(wèi)鳳蓮，王麗霞，延安市河流系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境需水量測(cè)評(píng)與分析[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2008,36（5）：86-90.

[3]任美慶，李廣源，湘江最小生態(tài)環(huán)境需水量初步研究[J].湖南水利水電，2006（3）:75-76.

X26；X522

B

1673-9000（2017）04-0029-02

2

陳曉歌（1982-），女，漢族，陜西閻良人，工程師，從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作