潘志濤

(遼寧陸海項目管理咨詢有限公司，沈陽 110031)

1 生態(tài)狀況內(nèi)涵及評估方法

天然狀況下滿足河流生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定的徑流過程為河流的生態(tài)徑流。生態(tài)徑流主要可歸納為最大、最小以及適宜生態(tài)徑流。滿足河流系統(tǒng)健康穩(wěn)定需要的最小或最大流量為最小或最大生態(tài)徑流。基于最小或最大生態(tài)徑流得到的需水量為最小或最大生態(tài)需水量。滿足河流穩(wěn)定及物種多樣性的適宜的徑流為適宜生態(tài)徑流，基于該徑流的需水量為適宜生態(tài)需水量。對于生態(tài)系統(tǒng)而言最小和最大生態(tài)徑流是較為不利的條件。適宜生態(tài)徑流過程是保持水生生物種群和河流生態(tài)系統(tǒng)健康適宜的生態(tài)徑流量。當(dāng)前國內(nèi)外生態(tài)徑流常用的計算方法主要為3種：①水文學(xué)方法，常用方法有Tennant法、最小連續(xù)30d平均流量法以及7Q10法、最大、最小生態(tài)徑流法、適宜生態(tài)徑流法；②水力學(xué)方法，常用的方法有IFIM法和CASIMIR法；③綜合方法，常用的方法有澳大利亞的基準(zhǔn)測量法以及南非的建塊法。水文學(xué)方法僅需要較長序列的水文資料，而其他兩種方法需要河道斷面以及生物學(xué)資料，資料獲取及方法操作的難易度都較高。為此選用水文學(xué)方法中應(yīng)用較為廣泛的最大、最小生態(tài)徑流以及適宜生態(tài)徑流法，基于太子河上游水文站、水文站建站以來的天然來水?dāng)?shù)據(jù)，對太子河上游的最小、適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計算，并基于生態(tài)徑流計算結(jié)果，對其生態(tài)需水進(jìn)行計算。

最小生態(tài)徑流法：一般在超過20年的天然月徑流系列中取最小值生態(tài)徑流量為最小生態(tài)徑流過程。該方法認(rèn)為在天然條件下該最小的徑流過程使得水生生物安全渡過且生態(tài)系統(tǒng)未被破壞。在這種流量條件下水生生物及種群結(jié)構(gòu)可以得到有效恢復(fù)。最小生態(tài)徑流過程與天然徑流年內(nèi)分配具有一定的相似性，才能使得水生生物中區(qū)對河流水位年內(nèi)變化過程完全適應(yīng)。最小生態(tài)徑流過應(yīng)具有豐、平、枯連續(xù)變化的特性，而不是穩(wěn)定不變的。逐月最小生態(tài)徑流方法可以滿足豐、平、枯的連續(xù)變化，而最小連續(xù)30d平均流量法、7Q10法、Tennant法得到的最小生態(tài)徑流不能滿足連續(xù)變化的要求[1-12]。

逐月頻率計算法：首先基于豐、平、枯三個歷時時期的流量資料，對不同時期不同保證率下的徑流量進(jìn)行計算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時期生態(tài)系統(tǒng)需求。由于天然徑流和生態(tài)系統(tǒng)是相適應(yīng)的，因此需要對于生態(tài)系統(tǒng)不同時期的水量進(jìn)行計算。結(jié)合不同時期徑流變化特征、水生生物結(jié)構(gòu)變化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定程度滿足水文條件的需求。文章結(jié)合前人的研究基礎(chǔ)以及太子上游來水特征，對太子上游豐水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪市水資源二次評價成果，將三個時期的保證率分別設(shè)定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為60%，對太子上游適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計算[12-14]。

2 太子河上游生態(tài)需水分析

以太子河上游的四道河子和南甸為計算水文站點，南甸水文站集水面積為912.6km2，四道河子水文站集水面積為668.1km2，南甸和四道河子分別為太子河上游主要控制水文站，距離觀音閣水庫較近，為分析太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量，分別結(jié)合最小生態(tài)徑流方法和逐月頻率計算方法，結(jié)合兩個站點建站以來歷年天然來水?dāng)?shù)據(jù)，對太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量進(jìn)行計算。

2.1 最小生態(tài)需水計算

采用最小逐月生態(tài)徑流方法對太子上游最小生態(tài)徑流過程進(jìn)行計算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最小生態(tài)需水量的計算，結(jié)果見表1。

表1 太子河上游最小生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結(jié)果

2.2 適宜生態(tài)需水計算

分別按照將三個時期的保證率分別設(shè)定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為50%，對太子河上游適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計算。計算結(jié)果見表2。

表2 太子河上游適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結(jié)果

續(xù)表2 太子河上游適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結(jié)果

3 基于Tennant法的太子河上游生態(tài)環(huán)境評估

結(jié)合太子河上游兩個控制水文站的生態(tài)需水分析結(jié)果，結(jié)合Tennant法對太子河上游枯水期(10-3月)以及豐水期(4-9月)的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行定量評估，評估結(jié)果如表3和表4所示。

表3 太子河上游最小生態(tài)徑流量評價結(jié)果

表4 太子河上游適宜生態(tài)徑流量評價結(jié)果

從太子河上游南甸站和四道河子分析的最小生態(tài)需水的情況可看出，采用Tennant進(jìn)行生態(tài)環(huán)境狀況評估后，在枯水期(10-3月)由于生態(tài)環(huán)境流量站多年平均流量的比重均低于30%，使得生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差的狀況，生態(tài)環(huán)境很難得到有效保障，這主要是因為最小生態(tài)需水只是保障河流生態(tài)環(huán)境不被破壞且難以修復(fù)的最大生態(tài)需水量，而進(jìn)入枯水期，由于生態(tài)需水保障程度不高，使得按照最小生態(tài)需水下太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差。而進(jìn)入豐水期(4-9月)，由于河道內(nèi)的底水較大，最小生態(tài)需水量可占多年同期徑流比重的70%以上，結(jié)合用Tennant進(jìn)行評估后，其生態(tài)環(huán)境狀況可以達(dá)到較好的狀況。

表4為太子河適宜生態(tài)需水狀況下的Tennant方法評估結(jié)果，從評估結(jié)果可看出，在枯水期(10-3月)太子河上游適宜生態(tài)需水的條件下，河流生態(tài)需水量占同期多年年均流量的比重達(dá)到30%以上，Tennant方法評估下太子河上游可以達(dá)到較好的生態(tài)環(huán)境狀況，相比于最小生態(tài)需水，適宜生態(tài)需水結(jié)合需水保證率，按照不同分期進(jìn)行適宜生態(tài)需水的分析，可有效滿足枯水期和豐水期太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況，因此在枯水期應(yīng)按照適宜生態(tài)需水量進(jìn)行河流生態(tài)環(huán)境狀況的保護(hù)。進(jìn)入豐水期(4-9月)，太子河適宜生態(tài)需水站同期多年徑流的比重超過60%，通過Tennant方法評估也可達(dá)到較好的生態(tài)環(huán)境狀況。

4 結(jié) 論

1)Tennant方法結(jié)合河道內(nèi)生態(tài)需水的情況進(jìn)行生態(tài)環(huán)境狀況的評估，主要評估指標(biāo)是看生態(tài)需水滿足度是否可達(dá)到，這種方法較為簡單，易操作，且需要的資料數(shù)據(jù)較少，適合于河流生態(tài)環(huán)境狀況的簡易評估；

2)太子河上游最小生態(tài)需水只是保障河流生態(tài)環(huán)境不被破壞且難以修復(fù)的最大生態(tài)需水量，而進(jìn)入枯水期，由于生態(tài)需水保障程度不高，使得按照最小生態(tài)需水下太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差。

3)相比于最小生態(tài)需水，適宜生態(tài)需水結(jié)合需水保證率，按照不同分期進(jìn)行適宜生態(tài)需水的分析，可有效滿足枯水期和豐水期太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況，因此在枯水期應(yīng)按照適宜生態(tài)需水量進(jìn)行太子河上游河流生態(tài)環(huán)境狀況的保護(hù)。