王 繁

(甘肅省隴南水文站，甘肅 成縣 742500)

生態(tài)流量是保證河流生態(tài)環(huán)境維持最基本的需水量，是河流自然環(huán)境與社會環(huán)境均衡發(fā)揮所需水的基本水量，水資源的短缺無疑給社會生產(chǎn)到來不可避免的矛盾，從而間接使得河流生態(tài)流量偏少，影響河流整體生態(tài)環(huán)境。河道內(nèi)生態(tài)需水量是河流自身用水客觀需求，具有自然屬性，但生態(tài)流量是自然功能和社會功能得到均衡發(fā)揮所需水量，生態(tài)流量的確定首先是一個社會選擇，生態(tài)流量具有自然屬性和社會屬性，其適當生態(tài)流量取決于如何平衡環(huán)境、經(jīng)濟、社會與河水利用的關(guān)系。

李紅清[1]采用水文學(xué)的Tennant法、生態(tài)水力學(xué)等生態(tài)用水量分析方法,分別計算了亭子口水利樞紐下泄生態(tài)基流量,并對不同計算方法取得的結(jié)果進行了比較與分析；林夢然等[2]采用PA-DDS算法對模型進行求解得到了Pareto最優(yōu)解,引入置換率定量分析了不同來水條件下發(fā)電目標與生態(tài)目標之間的競爭協(xié)調(diào)關(guān)系,采用模糊優(yōu)選法尋求滿足發(fā)電、生態(tài)需求的最優(yōu)均衡調(diào)度策略；楊謙[3]認真梳理了長江流域生態(tài)水量保障現(xiàn)狀及重點區(qū)域和重點工程生態(tài)水量保障情況,分析了生態(tài)流量管理存在問題及原因。上述文獻研究達到良好的效果，但對于長江流域支流生態(tài)流量研究及核算相對較少。嘉陵江屬長江上游區(qū)，在甘肅境內(nèi)生態(tài)環(huán)境較脆弱，對這一地區(qū)的生態(tài)流量進行核算，對保護當?shù)睾拥郎鷳B(tài)環(huán)境具有重要意義。本文在上述文獻研究的基礎(chǔ)上，對甘肅省嘉陵江水系的生態(tài)流量進行了核算，為該區(qū)域水資源配置及河道生態(tài)環(huán)境保護提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域概況

嘉陵江水系地處長江上游區(qū)，屬長江的第二大支流，發(fā)源于秦嶺南麓的陜西鳳縣境內(nèi)，跨越陜西、甘肅、四川省。甘肅境內(nèi)流域位于隴南東部的兩當縣和徽縣。嘉陵江自陜西鳳縣草店鄉(xiāng)兩河口入隴南境，經(jīng)兩當縣西坡鎮(zhèn)東坡村站兒巷鎮(zhèn)、徽縣嘉陵鎮(zhèn)，從虞關(guān)鄉(xiāng)畏子村出境后，入陜西略陽縣白水江鎮(zhèn)。嘉陵江水系主要支流有紅崖河、永寧河、洛河、西漢水、長豐河、白龍江、廣坪河、安樂河等。上游境內(nèi)植被較好，中部較脆弱，多以耕地為主，下游生態(tài)環(huán)境較好。嘉陵江水系控制斷面位置分布圖見圖1。

圖1 嘉陵江水系及控制斷面位置分布圖

2 資料及研究方法

2.1 資料來源

在《甘肅省第三次水資源評價》[4]的基礎(chǔ)上，結(jié)合《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》[5]及《河湖生態(tài)需水評估導(dǎo)則》[6]，選取陜甘、甘川省界的茨壩、成縣、鐔家壩、白云、碧口和文縣等6個水文監(jiān)測斷面的實測資料進行嘉陵江水系生態(tài)流量的核算。在上述6個斷面中，碧口站上游1 km處是大唐碧口電廠水庫，該站屬于水系節(jié)點和水利工程控制斷面，資料短缺的采取插補延長的辦法，采用1956-2016年長序列資料共61 a。對選取資料經(jīng)過了一致性、代表性、可靠性審查，已整編為成果資料，可以使用。

2.2 研究方法

根據(jù)規(guī)范關(guān)于生態(tài)需水量定義，結(jié)合河流水文特性來確定控制斷面的生態(tài)需水量。采用Tennant法[7-10]、Qp法和近十年最枯月流量法計算甘肅省嘉陵江水系所選取得的6個水文監(jiān)測斷面的生態(tài)流量。Tennant法以同期月平均流量的20%～40%作為非汛期基本生態(tài)需水量初值，將同期月平均流量的40%～60%作為汛期基本生態(tài)需水量初值。

2.2.1 Tennant法

Tennant法又稱蒙大拿法，該法的基本原理就是根據(jù)經(jīng)驗，在實測流量和河道生態(tài)環(huán)境狀況之間建立函數(shù)關(guān)系，采用歷史流量資料確定各年內(nèi)不同時段的生態(tài)需水量的方法。Tennant法以同期月平均流量的20%～40%作為非汛期基本生態(tài)需水量初值，將同期月平均流量的40%～60%作為汛期基本生態(tài)需水量初值。該法使用簡單、方便?？筛鶕?jù)水資源特點和開發(fā)利用現(xiàn)狀合理取值，選擇合適的生態(tài)環(huán)境流量百分比。

2.2.2 Qp法

又稱不同頻率最枯月平均值法，以節(jié)點長序列(n≥30 a)天然月平均流量或徑流量為基礎(chǔ)，以每年的最枯月流量排頻，選擇不同頻率下的最枯月平均流量或徑流量作為節(jié)點基本生態(tài)需水量的最小值。Qp法根據(jù)河湖水資源開發(fā)利用程度、規(guī)模、來水情況等實際情況確定，宜取90%或95%。對于季節(jié)性河流，可將由于季節(jié)性造成的無水期排除在外，只采用天然徑流量的月份排頻得到。

2.2.3 近10 a最枯月平均流量法

很多監(jiān)測斷面由于不可抗拒因素，出現(xiàn)資料短缺、漏測等現(xiàn)象，在這種情況下，可以采用近10 a最枯月平均流量法，也就是說采用連續(xù)10 a中，用最小的月平均流量代替基本生態(tài)需水量的最小值。其計算指標值見表1。

表1 不同河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況對應(yīng)的流量百分比 %

3 生態(tài)流量計算及綜合分析確定

3.1 基本生態(tài)需水量

根據(jù)各站1956-2016年實測流量資料，采用上述三種計算方法，計算了各主要控制斷面的基本生態(tài)需水量，對各斷面的生態(tài)需水量按照百分比的形式計算。統(tǒng)計結(jié)果見表2。

從表2看出，采用Tennant法計算的各斷面基本生態(tài)需水量非汛期最大值為27.3 m3/s，出現(xiàn)在碧口斷面，最小值為0.35 m3/s，出現(xiàn)在成縣斷面；汛期最大值為99.1 m3/s，出現(xiàn)在文縣斷面，最小值為2.31 m3/s，為成縣斷面；采用Qp法計算顯示，90%保證率最大值為碧口斷面的76.8 m3/s，最小值為成縣斷面的1.06 m3/s；95%保證率最大值為碧口的72.3 m3/s，最小值為成縣斷面的0.97 m3/s；采用近十年枯月流量法計算的各斷面生態(tài)需水量最大值為碧口斷面的69.7 m3/s，最小值為成縣斷面的1.55 m3/s。三種計算方法結(jié)果基本一致，碧口斷面生態(tài)需水量最大，成縣斷面最小。通過查閱資料，并根據(jù)河流實際情況及水文特性，最后分析確定采用Tennant法計算的各斷面生態(tài)需水量。

表2 嘉陵江水系各控制斷面基本生態(tài)需水量 m3/s

3.2 目標生態(tài)需水量

研究表明[11]，大多數(shù)魚類產(chǎn)卵期介于每年4-6月間，河道需水關(guān)鍵時期為每年4～5月間，河道漫灘及濕地植被等需水期在每年的4-5月間，河道植被生長期在6-9月?；谶@一研究理論，可以根據(jù)河道主要涉水保護對象的需量，確定河道生態(tài)需水量主要包括河流河漫灘濕地生態(tài)需水、水生生物生態(tài)需水。最終確定嘉陵江水系目標生態(tài)環(huán)境需水量的關(guān)鍵期為4-9月，根據(jù)該水系流量的年內(nèi)分配特性，目標生態(tài)環(huán)境需水量可以劃分兩個時間段，即每年的4-6月和7-9月，對這兩個時期的生態(tài)環(huán)境需水量進行分析，就得到該河流年內(nèi)的目標生態(tài)環(huán)境需水量。

從多年的水文監(jiān)測資料看，嘉陵江水系天然水量較為豐富，但是水資源利用率相對較低。根據(jù)徑流特征、水資源開發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境狀況，嘉陵江汛期和非汛期河流目標生態(tài)環(huán)境需水量取值在“好”和“最佳流量”之間。根據(jù)生態(tài)環(huán)境需水計算相關(guān)規(guī)范及要求，以Tennant法為基礎(chǔ)計算目標生態(tài)流量，根據(jù)控制斷面特性，選取同期多年平均實測流量的20%～40%作為4-6月份目標生態(tài)流量初值；選取同期多年平均實測流量的40%～60%作為7-9月份目標生態(tài)環(huán)境流量初值計算，得到嘉陵江水系生態(tài)流量和敏感生態(tài)需水量見表3。

表3 嘉陵江水系生態(tài)流量初始值指標 m3/s

4 生態(tài)流量滿足程度分析

本次嘉陵江干流生態(tài)流量計算所選斷面均為水文監(jiān)測斷面，各斷面均有長系列水文監(jiān)測資料，為了確保計算結(jié)果的合理性和可靠性，現(xiàn)對各控制斷面計算所得的生態(tài)流量的滿足程度予以分析。確定嘉陵江水系各控制斷面的非汛期生態(tài)流量的滿足度不低于90%，汛期的滿足度不低于80%。限于篇幅，本文只對茨壩斷面和成縣斷面非汛期和汛期生態(tài)流量滿足程度列出，見表4～表7。從表中可以看出，茨壩斷面及成縣斷面生態(tài)流量與月平均流量滿足度較好，同樣統(tǒng)計其余斷面的滿足度并分析，各斷面生態(tài)流量滿足度較好。

表4 茨壩斷面非汛期生態(tài)流量滿足度統(tǒng)計表 m3/s，%

表5 茨壩斷面汛期生態(tài)流量滿足度統(tǒng)計表 m3/s，%

表6 成縣斷面非汛期生態(tài)流量滿足度統(tǒng)計表 m3/s，%

表7 成縣斷面汛期生態(tài)流量滿足程度統(tǒng)計表 m3/s，%

5 結(jié)語

通過采用Tennant法、Qp法和近十年最枯月流量法計算甘肅嘉陵江水系河道生態(tài)流量，以Tennant法為基礎(chǔ)計算了基本需水量及目標生態(tài)流量，根據(jù)流量的年內(nèi)分配特性，將目標生態(tài)環(huán)境需水量劃分為兩個時間段，即每年的4-6月和7-9月，最終定嘉陵江水系各控制斷面的非汛期生態(tài)流量的滿足度不低于90%，汛期的滿足度不低于80%，計算得出各控制斷面生態(tài)流量：茨壩斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為1.28 m3/s和4.00 m3/s；成縣斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為0.69 m3/s和2.00 m3/s。鐔家壩斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為3.65 m3/s和10.0 m3/s；白云斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為1.98 m3/s和4.50 m3/s；碧口斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為27.3 m3/s和60.0 m3/s；文縣斷面非汛期和汛期生態(tài)流量為20.8 m3/s和40.0 m3/s。