周靖楠 劉振男 龔云

摘?要：對(duì)貴州省貓?zhí)由鷳B(tài)累積效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià).以修文水庫(kù)為例，采用RVA方法分析該站的日流量數(shù)據(jù)和IHA水文指標(biāo)，剖析該河流的生態(tài)累積效應(yīng)情況.研究結(jié)果表明：建壩后貓?zhí)恿髁康臍v時(shí)和頻率等指標(biāo)變化較大，極端流量事件的持續(xù)時(shí)間減少，說(shuō)明建壩對(duì)該河流的中下游生態(tài)產(chǎn)生了較顯著的影響.

關(guān)鍵詞：水文情勢(shì);河道生態(tài);?RVA;評(píng)價(jià);水庫(kù)

[中圖分類號(hào)]P341?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

Study?on?the?Cumulative?Influence?of?Hydrologic?Ecologybefore?and?after?Damming?in?Maotiaohe?River?Basin

ZHOU?Jingnan，LIU?Zhennan，GONG?Yun

（Guizhou?Institute?of?Technology?college?of?science，Guiyang?550001，China）

Abstract：The?construction?of?reservoirs?will?change?the?hydrological?regime?of?natural?rivers，thus?threatening?the?river?ecosystem.Based?on?the?middle?reach?Xiuwen?reservoir，the?study?analyzed?the?daily?flow?data?of?the?station，calculated?32?IHA?hydrological?indexes，and?calibrated?the?changes?of?different?indexes，thus?analyzed?the?ecological?accumulation?effect?of?the?river.The?results?show?that?the?overall?hydrological?situation?of?Maotiaohe?river?changes?greatly?after?damming，among?which?the?indexes?such?as?duration?and?frequency?of?flow?change?the?most，and?the?duration?of?extreme?flow?events?decreases，indicating?that?damming?has?a?significant?impact?on?the?ecology?of?the?middle?and?lower?reaches?of?the?river.

Key?words：flow?regime;river?ecology;RVA;evaluation;reservoir

河流是維持自然系統(tǒng)有序循環(huán)的重要基礎(chǔ)，是人類賴以生存的重要資源.人類活動(dòng)對(duì)河流產(chǎn)生的生態(tài)影響日益明顯，尤其是在河流上筑壩建庫(kù)對(duì)河流生態(tài)健康產(chǎn)生的影響最為顯著.針對(duì)河流健康評(píng)價(jià)的方法眾多，Richter基于IHA指標(biāo)體系給出了RVA（Rang?of?Variability?Approach）方法.該方法可以對(duì)同一條河流不同時(shí)期的水文情勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，從而判斷河流生態(tài)系統(tǒng)的變化情況.由于RVA法能夠準(zhǔn)確的對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)具有表征意義的關(guān)鍵指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)，因此，被廣泛應(yīng)用于河流的管理當(dāng)中.[1]舒暢[2]等應(yīng)用RVA方法對(duì)南水北調(diào)西線工程中的泥曲河的生態(tài)流量進(jìn)行了估算.石佳[3]等利用RVA方法對(duì)三峽水庫(kù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并給出了相應(yīng)的管理措施.官云飛[4]等基于RVA方法對(duì)新安江-富春江的生態(tài)環(huán)境需水進(jìn)行了計(jì)算，并給出了相應(yīng)的最小生態(tài)環(huán)境流量、最大生態(tài)環(huán)境流量及適宜生態(tài)環(huán)境流量.本文運(yùn)用RVA方法對(duì)貓?zhí)拥纳鷳B(tài)健康情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為當(dāng)?shù)睾恿鞴芾硖峁﹨⒖?

1?RVA方法簡(jiǎn)介

1.1?RVA范圍的確定

RVA方法基于一定的既定規(guī)則對(duì)每一項(xiàng)生態(tài)水文指標(biāo)給出一個(gè)可接受的變動(dòng)范圍區(qū)間作為河流監(jiān)測(cè)管理的依據(jù).變動(dòng)范圍的確定主要是給出合理的上下界，通常有兩種擬定方法：一是根據(jù)各指標(biāo)的多年中值進(jìn)行選定，二是根據(jù)各指標(biāo)的多年統(tǒng)計(jì)參數(shù)，即均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行選定.結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整上下界的具體取值.

VL=（1-η）VmedianVmean，若VL

VL=（1+η）VmedianVmean+lVs?d，若Vup

式（1）和（2）中，Vmedian表示天然情況下各水文指標(biāo)多年中值，Vmean表示影響后各水文指標(biāo)多年均值，Vsd表示天然情況下各水文指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方差，VL表示各指標(biāo)變動(dòng)范圍的下界，Vup表示各指標(biāo)變動(dòng)范圍的上界，η表示百分?jǐn)?shù)（一般取17%），l為大于零的整數(shù)（一般取1），Vmin表示各指標(biāo)多年最小值，Vmax表示各指標(biāo)多年最大值，V75%和V25%是將各指標(biāo)的逐年平均值按照從大到小的順序排列后位于75百分位和25百分位的指標(biāo)值.

1.2?水文變化測(cè)度

收集整理河流受影響后的水文參數(shù)序列值，與已確定RVA法的區(qū)間進(jìn)行比對(duì)，從而評(píng)價(jià)河流不同時(shí)期的水文情勢(shì)變化.為了更加客觀的對(duì)變化情況進(jìn)行量化衡量，RVA方法給出了水文變化測(cè)度的概念.

R=Nobs-NexpNexp×100%.（3）

式（3）中，Nobs表示觀測(cè)到的次數(shù)，Nexp表示期望出現(xiàn)次數(shù)，R為水文特征變化量，其絕對(duì)值越大，表明河流受影響后水文指標(biāo)參數(shù)改變程度較大，否則較小.

1.3?水文變化度

水文變化測(cè)度為定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映各水文指標(biāo)參數(shù)不同時(shí)期的變化程度.由于IHA指標(biāo)體系涉及的水文參數(shù)較多，不同參數(shù)對(duì)于河流生態(tài)變化的敏感度不盡相同，因此，不同參數(shù)間的水文變化度亦有不同.Richter[5]等建議將水文變化度平均劃分為3個(gè)等級(jí)，即[67%～100%]為高變化度，[33%～66%]為中變化度，[0%～32%]為低變化度.若水文變化測(cè)度低于33%，表示河流生態(tài)健康情況良好.Shiau[1，6]等對(duì)以下三種水文變化度情況進(jìn)行了闡述：

（1）若所有的水文指標(biāo)參數(shù)的R值均小于33%，則用所有IHA指標(biāo)R的平均值進(jìn)行評(píng)價(jià).

Rw=132∑32i=1Ri.（4）

式（4）中，Ri為各指標(biāo)水文變化測(cè)度值，如果Rw值低于33%，則代表整體改變度低.

（2）若32個(gè)IHA指標(biāo)中至少有一個(gè)指標(biāo)屬于中度改變，但沒(méi)有任何一個(gè)指標(biāo)屬于高度改變，采用（5）式計(jì)算：

Rw=33%+132∑N1i=1（Ri-33%）.（5）

式（5）中，N1為屬于中度改變的IHA個(gè)數(shù)，Rw的數(shù)值介于33%～66%，代表整體改變度中等.

（3）若32個(gè)IHA計(jì)算結(jié)果中至少有一個(gè)指標(biāo)屬于高度改變，采用（6）式計(jì)算：

Rw=67%+132∑N2i=1（Ri-67%）.（6）

式（6）中，N2為屬于高度改變的IHA個(gè)數(shù)，Rw的數(shù)值高于67%，代表整體改變度高.

2?實(shí)例研究

貓?zhí)游挥谫F州省境內(nèi)，屬烏江水系，全長(zhǎng)約180公里，流域面積約3?200平方千米，是我國(guó)最早完成梯級(jí)開(kāi)發(fā)的流域之一.自上而下分別修建了紅楓湖水庫(kù)、百花水庫(kù)、李官水庫(kù)、修文水庫(kù)、窄巷口水庫(kù)以及紅林水庫(kù).修文水庫(kù)位于六級(jí)梯級(jí)水庫(kù)中間段，是承上啟下的重要水利工程節(jié)點(diǎn)，對(duì)下游水文情勢(shì)的影響較大.本文收集了修文水庫(kù)1955-1980年的日平均流量資料，對(duì)該水庫(kù)修建前后對(duì)貓?zhí)铀那閯?shì)影響變化進(jìn)行了分析.以修文水庫(kù)1961年7月竣工為界，將水文資料進(jìn)行了劃分——建壩前（影響前）（1955-1961）與建壩后（影響后）（1962-1980）——利用RVA方法對(duì)貓?zhí)拥乃那閯?shì)進(jìn)行剖析.

2.1?RVA方法分析結(jié)果

對(duì)修文水庫(kù)建壩前與建壩后的徑流均值、方差與最值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照建壩前各水文指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，即均值和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)RVA的上下界進(jìn)行標(biāo)定.11月的最小流量、1月的平均流量、最小流量的最小值均小于RVA的下界值，故將其所對(duì)應(yīng)參數(shù)序列按大小排列后位于75%的值設(shè)定為RVA的下界值.具體的水文情勢(shì)見(jiàn)表1.

由32項(xiàng)IHA指標(biāo)的水文變化測(cè)度可知，水文測(cè)度值大于0.5的指標(biāo)僅有3項(xiàng)，占比為9.4%，說(shuō)明河流總體變化度并不劇烈.由水文改變度可知，高度變化的指標(biāo)共有6項(xiàng)，中度變化的指標(biāo)共有8項(xiàng)，低度變化的指標(biāo)共有18項(xiàng)，說(shuō)明河流總體水文情勢(shì)變化并不顯著.

2.2?建壩后水文情勢(shì)影響分析

由表1可知，IHA的第一組與第三組指標(biāo)參數(shù)均為中度和低度變化狀態(tài)，IHA的第二組指標(biāo)參數(shù)為高度、中度以及低度變化狀態(tài)，而IHA的第四組與第五組指標(biāo)參數(shù)為高度與中度變化狀態(tài).高度變化的指標(biāo)參數(shù)大多為歷時(shí)和頻率，說(shuō)明建壩對(duì)歷時(shí)與頻率的影響較大，其次為變化率和發(fā)生時(shí)間，最后是流量等級(jí)、歷時(shí)及發(fā)生時(shí)間分布.就流量等級(jí)而已，極端流量較平均流量更易受到大壩的影響，且反應(yīng)更加靈敏;就發(fā)生時(shí)間而言，建壩后年最大流量出現(xiàn)時(shí)間顯現(xiàn)的變化程度較最小流量出現(xiàn)時(shí)間更為劇烈;就頻率、變化率而言，水文逆轉(zhuǎn)次數(shù)受建壩后的影響更為顯著.水文參數(shù)指標(biāo)基流受建壩影響較大，建壩前貓?zhí)赢?dāng)?shù)氐慕邓ㄟ^(guò)匯流會(huì)形成自然基流，從而保障了河道生態(tài)系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)流量，但是建壩后流域集水于水庫(kù)，通過(guò)人工調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了徑流的再分配，使河道生態(tài)系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)流量的保證率得到了進(jìn)一步的提高.每年的徑流高、低脈沖次數(shù)改變度較高，即建壩對(duì)河道次洪水以及水文過(guò)程產(chǎn)生了影響，這種影響關(guān)系到灘地與河岸水陸交匯處生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展.

3?結(jié)論

本文應(yīng)用基于IHA指標(biāo)體系的RVA方法對(duì)貓?zhí)又邢掠魏恿魃鷳B(tài)累積效應(yīng)進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明：貓?zhí)咏▔魏髮?duì)中下游河道的水文情勢(shì)產(chǎn)生了較為顯著的影響，尤其體現(xiàn)在IHA指標(biāo)當(dāng)中的頻率、歷時(shí)以及變化率方面.這種影響嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)睾恿鞯纳鷳B(tài)健康，應(yīng)當(dāng)被當(dāng)?shù)睾恿鞴芾碚咚P(guān)注.研究也表明，RVA方法的計(jì)算結(jié)果為如何修復(fù)和改善河流生態(tài)提供了明確的目標(biāo).

參考文獻(xiàn)

[1]Richter?B，Baumgartner?J，Wigington?R，et?al.How?much?water?does?a?river?need？[J].Freshwater?biology，1997，37（1）：231-249.

[2]舒暢，劉蘇峽，莫興國(guó)，等.基于變異性范圍法（RVA）的河流生態(tài)流量估算[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)（5）：149-153.

[3]石佳，紀(jì)昌明，張驗(yàn)科，等.基于?RVA?的建庫(kù)后下游河流生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2013?（8）：7-11.

[4]官云飛，黃顯峰，方國(guó)華，等.基于?RVA?框架的河流適宜生態(tài)環(huán)境需水研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014?（1）：105-110.

[5]Richter?B?D，Baumgartner?J?V，Powell?J，et?al.A?method?for?assessing?hydrologic?alteration?within?ecosystems[J].Conservation?biology，1996，10（4）：1163-1174.

[6]Shiau?J?T，Wu?F?C.Compromise?programming?methodology?for?determining?instream?flow?under?multi-objective?water?allocation?criteria[J].Journal?of?The?American?Water?Resources?Association，2006，42（5）：1179-1191.

[7]范興奎，閆潔，宋善洋.?基于模糊評(píng)價(jià)的深圳市人才吸引力水平研究[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2019（1）：10-14.

[8]謝會(huì)萍，朱家明，張素素，等.基于?Leslie?模型的人口結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)分級(jí)與預(yù)測(cè)[J].?牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)：?自然科學(xué)版，2017?（3）：17-20.

編輯：琳莉

收稿日期：2019-12-17

基金項(xiàng)目：貴州省科技廳基金項(xiàng)目（黔科合LH字[2016]7096）

作者簡(jiǎn)介：周靖楠（1985-），女，黑龍江佳木斯人.副教授，碩士，主要從事微分動(dòng)力系統(tǒng)研究;劉振男（1984-），男，山東東平人.講師，博士，主要從事水文及水資源研究;龔云（1973-），男，貴州貴陽(yáng)人.副教授，碩士，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究.