金云杰

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

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遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量研究

金云杰

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

文章從遼寧省大凌河流域目前存在的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題入手展開分析，分別通過(guò)對(duì)遼寧省大凌河河道各水資源分區(qū)的河道生態(tài)需水量和各區(qū)的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算，在此基礎(chǔ)上提出了基于偏枯年水文數(shù)據(jù)對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)基流量、自凈需水和輸沙需水等生態(tài)需水量進(jìn)行估算的方法。該估算方法在一定程度上有效彌補(bǔ)了以往遼寧省大凌河河道在態(tài)環(huán)境分析及生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算過(guò)程中采用的枯水季最小流量法和Tennant 法在計(jì)算結(jié)果方面存在誤差的不足。

遼寧??；大凌河；河道生態(tài)；環(huán)境需水量

大凌河作為我國(guó)遼寧省西部地區(qū)最大的河流，近年來(lái)隨著環(huán)境污染和破壞程度不斷加劇，區(qū)域水資源供、需矛盾日益突出。

因此，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。在傳統(tǒng)的河道生態(tài)及環(huán)境需水量分析、估算過(guò)程中，一般采用Tennant法和最小月實(shí)測(cè)徑流量法及RVA和枯水季節(jié)最小流量法等水文學(xué)分析方法進(jìn)行估算分析，不僅計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，且估算速度較快及簡(jiǎn)便，但是在分析過(guò)程中數(shù)據(jù)指標(biāo)較多，因此計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差，因此本文主要采用研究區(qū)偏枯年歷史水文數(shù)據(jù)，對(duì)大凌河河道各水資源分區(qū)的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算分析[1]。

1 遼寧省大凌河河道基本區(qū)域概況

遼寧省大凌河流域基本地理坐標(biāo)為E118°46′—121°50′、N40°28′—42°38′，流域面積和長(zhǎng)度分別為23837 km2和435km。其中，遼寧省大凌河流域主要包括葫蘆島市以及朝陽(yáng)市和錦州市及阜新市等幾個(gè)主要市區(qū)，除此之外其還與內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰及通遼、河北省的承德等地區(qū)相靠近[2]。具體區(qū)域地理位置劃分如圖1所示。

圖1 遼寧省大凌河河道基本區(qū)域概況圖

從氣候特征來(lái)看，遼寧省大凌河流域?qū)儆诒睖貛Ъ撅L(fēng)氣候，冬、春季節(jié)干燥少雨而夏、秋季節(jié)多雨。該區(qū)域全年平均降雨量為400mm，主要降雨過(guò)程集中于每年的夏季與秋季，這一時(shí)期的降雨量占全年降雨量的比例為80%。因此，降雨量較為豐富，常年平均地表水資源總量為18.41×108m3。但是，由于該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度較快，使大凌河流域成為遼寧省工業(yè)以及農(nóng)業(yè)和生活用水的主要供水水源地之一。另外，由于近年來(lái)工業(yè)化的發(fā)展，導(dǎo)致污染物排放量嚴(yán)重超標(biāo)，由此使大凌河流域地表水與地下水資源受到污染[3]。據(jù)2015年相關(guān)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，遼寧省大凌河流域全年COD污染物排放量達(dá)到60多萬(wàn)t，多數(shù)水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。因此，水質(zhì)惡化的同時(shí)，大凌河河道徑流量逐漸減小，引發(fā)了嚴(yán)重的海水入侵和河口濕地退化問(wèn)題。

2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算方法

通過(guò)上述區(qū)域背景資料可知，遼寧省大凌河流域面積較大，且不同河段的水質(zhì)差異較大。因此，不同區(qū)域生態(tài)及環(huán)境需水量也存在很大差異[4]。所以，在對(duì)該流域的河道生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于水流的流動(dòng)性特征會(huì)導(dǎo)致大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算存在很大差異。因此，本文在采用分區(qū)生態(tài)需水量計(jì)算方法對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先需確定大凌河流域分區(qū)方案，在具體方案確定過(guò)程中需遵循一定的技術(shù)原則：

1)確保大凌河河道內(nèi)河流體系具有完整性；

2)防止對(duì)河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行重復(fù)計(jì)算；

3)在不同流域分區(qū)內(nèi)，應(yīng)建設(shè)必要的水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，從而通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，獲取大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量估算資料。

其次，在上述流域分區(qū)基礎(chǔ)上，確定大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量的具體計(jì)算方法。一般河道生態(tài)需水量主要是指能夠維持大凌河發(fā)揮生態(tài)效益所要消耗的總水量。比如，大凌河為生物提供棲息地及在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)凈化以及保持河道正常徑流量等過(guò)程所需要消耗的總水量。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，要結(jié)合大凌河河道不同的生態(tài)環(huán)境功能，將大凌河河道生態(tài)需水量分為自凈水流及生態(tài)水流和輸沙需水等[5]。在對(duì)大凌河河道生態(tài)基流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，本文為了保證河道中徑流量有效供給，采用如下方法對(duì)不同河道生態(tài)基流量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算：①結(jié)合大凌河河道年徑流量歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算不同水資源保證率條件下的河道徑流量；②在河道水資源保證率為75%的條件下，選取偏枯年的年徑流量總量作為研究區(qū)內(nèi)的推薦流量；③結(jié)合該大凌河河道多年歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中枯水季以及汛期的河道徑流量比例，對(duì)不同時(shí)期河道的實(shí)際生態(tài)需水量進(jìn)行科學(xué)分配。

在對(duì)大凌河流域內(nèi)的自凈需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要采用河道水資源保證率為75%的偏枯年枯水季歷史徑流量數(shù)據(jù)，對(duì)大凌河河道水質(zhì)自凈需水量進(jìn)行計(jì)算[6]。另外，大凌河流域在豐水期的輸沙水量占該流域全年用水量的比例為96%-99%，而在枯水期輸沙水量可以忽略不計(jì)。因此，本文在對(duì)大凌河流域河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只計(jì)算豐水期的河道輸沙水量，具體計(jì)算公式如下：

WS=St/C

(1)

公式：WS為大凌河流域河道輸沙需水量，108m3；St為大凌河流域河道偏枯年豐水季最大輸沙量(t)；C為大凌河流域河道偏枯年豐水季含沙量平均值，t/m3。

再者需科學(xué)確定大凌河河道基本生態(tài)需水量。

本文在對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，為了避免對(duì)生態(tài)需水量、輸沙水量和部分水生生物生存用水量等3個(gè)用水指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，將主要基于“最大值”原則，對(duì)大凌河河道生態(tài)及環(huán)境實(shí)際需水量進(jìn)行估算[7]。

此外，本文在對(duì)遼寧省大凌河河道分區(qū)需水量進(jìn)行確定時(shí)，主要采用生態(tài)需水量計(jì)算方法，進(jìn)一步確定河道分區(qū)需水量[8]。

3 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算分析

在對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，本文主要基于上述分區(qū)原則，對(duì)大凌河流域內(nèi)的水資源進(jìn)行科學(xué)分區(qū)，如圖2所示，本文結(jié)合遼寧大凌河流域?qū)嶋H特點(diǎn)，由上游至下游將河道劃分為A、B、C、D四個(gè)不同的功能分區(qū)，其中在4個(gè)主要功能分區(qū)內(nèi)又劃分了多個(gè)不同的小分區(qū)。

圖2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及

具體分區(qū)結(jié)果如表1數(shù)據(jù)所示：

表1 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算功能分區(qū)資料表

結(jié)合表1中遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算功能分區(qū)資料，可利用各水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多年的河道徑流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)不同支流與干流內(nèi)的河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行科學(xué)估算，如下表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量：

表2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量表

從上述生態(tài)需水量估算結(jié)果來(lái)看，大凌河流域主要河道A區(qū)域生態(tài)及環(huán)境多年平均徑流總量不足。其中，2004-2015年A1區(qū)域和A2區(qū)域多年平均徑流總量分別為1.46×108m3和1.29×108m3。因此，從上述4個(gè)不同區(qū)域多年平均徑流總量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，按照從大到小的順序排列，分別為D區(qū)域>C區(qū)域>B區(qū)域>A區(qū)域，而通過(guò)大凌河河道枯水季、豐水季、全年生態(tài)及環(huán)境需水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，B區(qū)域需水量最大，而D區(qū)域需水量次之，C區(qū)域與A區(qū)域生態(tài)及環(huán)境需水量最少。

但是，由于不同區(qū)域水文數(shù)據(jù)處于持續(xù)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中。因此，在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)時(shí)，大凌河各河道實(shí)際生態(tài)需水量可能大于估算值；另外，從總體需水量數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果來(lái)看，上述4個(gè)不同區(qū)域的總體需水量均為正值，則由此表明，大凌河河道生態(tài)及環(huán)境實(shí)際來(lái)水量無(wú)法滿足該河道實(shí)際生態(tài)需水量要求。需要各河道提供一定的補(bǔ)充水量，才能滿足當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)用水需求[9]。

所以，遼寧省大凌河河道在總用水需求不斷增大的情況下，可能會(huì)引發(fā)越來(lái)越突出的水資源供、需矛盾。故遼寧省相關(guān)水利部門及環(huán)保部門，應(yīng)該聯(lián)合加強(qiáng)對(duì)大凌河流域內(nèi)各河道處的歷史水文數(shù)據(jù)和氣象資料進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。通過(guò)數(shù)據(jù)分析及生態(tài)需水量估算，興建大型的水利工程設(shè)施，從而提高區(qū)域水資源綜合利用效率[10]。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，水資源是區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要資源。在此背景下，基于Tennant法對(duì)遼寧省大凌河不同河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行估算研究，主要以河道歷史徑流量作為數(shù)據(jù)計(jì)算參考依據(jù)。因此，通過(guò)平均流量對(duì)河道不同月份的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)一定的誤差；而RVA法在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較多，但其在對(duì)河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算時(shí)，會(huì)涉及很多參數(shù)和指標(biāo)，因此計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。因此，基于上述優(yōu)、缺點(diǎn)，本文重點(diǎn)綜合采用了水資源保證率為75%的偏枯年歷史水文數(shù)據(jù)，對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行科學(xué)估算分析，以期為當(dāng)?shù)厮Y源合理優(yōu)化、配置和水資源保護(hù)提供重要參考。但此種估算方法由于數(shù)據(jù)樣本有限，因此只能作為該研究區(qū)河道生態(tài)及環(huán)境需水量分析配置依據(jù)，相關(guān)不足需在今后研究實(shí)踐中繼續(xù)不斷完善與拓展。

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1007-7596(2017)02-0029-03

2017-02-16

金云杰(1984-)，男，遼寧葫蘆島人，工程師，從事水文水資源勘測(cè)、整編、管理工作。

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