齊 麗

(法庫(kù)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心，遼寧 法庫(kù) 110400)

0 引 言

太子河為遼寧第一大河遼河的主要支流之一，太子河主要流經(jīng)本溪、遼陽(yáng)、鞍山地區(qū)，流域內(nèi)河道生態(tài)需水的確定對(duì)于合理分配太子河水量，制定水量分配方案十分重要[1]。當(dāng)前，對(duì)于河道內(nèi)生態(tài)需水方法的研究主要為3種，第1種為模型方法，通過(guò)模型模擬河道內(nèi)的生態(tài)需水量，這種方法需要數(shù)據(jù)較多，且參數(shù)確定一般較為困難，第二種方法為數(shù)據(jù)系列分析方法[5-8]，通過(guò)徑流數(shù)據(jù)系列分析，可滿足河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況的需水量，這種方法比較貼合河道內(nèi)生態(tài)需水的實(shí)際狀況，但是該方法需要進(jìn)行長(zhǎng)系列的數(shù)據(jù)資料作為支撐。第三種方法為水文學(xué)方法，通過(guò)設(shè)定不同時(shí)期生他用水保障率，來(lái)調(diào)整流域內(nèi)河道最為適宜的生態(tài)需水量，這種方法原理較為簡(jiǎn)單，在許多地區(qū)河道內(nèi)適宜生態(tài)需水的確定中得到應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果均表明該方法由于可設(shè)定不同時(shí)期生態(tài)用水保障率，適宜生態(tài)需水量制定結(jié)果較為合理[2-4]。該方法在太子河流域應(yīng)用還較少，為此文章結(jié)合水文學(xué)方法，通過(guò)按照保證率為45%(豐水期)、75%(枯水期)、55%(平水期)，采用水文學(xué)方法對(duì)太子河上游適宜生態(tài)需水進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合Tennant法對(duì)其生態(tài)狀況進(jìn)行評(píng)估，研究成果對(duì)于制定太子河上游河道內(nèi)適宜生態(tài)需水量具有重要的研究意義。

1 適宜生態(tài)徑流計(jì)算方法

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(guò)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)定需要的最小和最大流量為最小就最大生態(tài)徑流?；谧钚』蜃畲笊鷳B(tài)徑流得到的需水量為最小和最大生態(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[5-7]。對(duì)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(guò)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(guó)內(nèi)外生態(tài)徑流常用的計(jì)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(cè)量法以及南非的建塊法。水文學(xué)方法僅需要較長(zhǎng)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[8]。為此文章主要選用水文學(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，基于太子河上游南章黨水文站、南口前水文站建站以來(lái)的天然來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)太子河上游的最小、適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計(jì)算，并基于生態(tài)徑流計(jì)算結(jié)果，對(duì)其生態(tài)需水進(jìn)行計(jì)算。

最小生態(tài)徑流法：一般在超過(guò)20a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(guò)程。該方法認(rèn)為在天然條件下該最小的徑流過(guò)程使得水生生物安全渡過(guò)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(guò)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(duì)河流水位年內(nèi)變化過(guò)程完全適應(yīng)。最小生態(tài)徑流過(guò)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[9-11]。

逐月頻率計(jì)算法：首先基于豐、平、枯三個(gè)歷時(shí)時(shí)期的流量資料，對(duì)不同時(shí)期不同保證率下的徑流量進(jìn)行計(jì)算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過(guò)程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時(shí)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(duì)于生態(tài)系統(tǒng)不同時(shí)期的水量進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合不同時(shí)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)以及太子河上游來(lái)水特征，對(duì)太子河上游豐水期(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、遼陽(yáng)、鞍山市水資源二次評(píng)價(jià)成果，將三個(gè)時(shí)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55%，對(duì)太子河上游適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計(jì)算[12]。

2 太子河上游生態(tài)需水計(jì)算

文章以太子上游的南甸和本溪為計(jì)算水文站點(diǎn)，南甸前水文站集水面積為265km2，本溪水文站集水面積為684.5km2，兩個(gè)水文站分別為太子河上游主要控制水文站，且距離觀音閣水庫(kù)較近，為分析太子河上游適宜生態(tài)需水量，結(jié)合逐月頻率計(jì)算方法，結(jié)合兩個(gè)站點(diǎn)建站以來(lái)歷年天然來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算。

2.1 最小生態(tài)需水計(jì)算

采用最小逐月生態(tài)徑流方法對(duì)太子河上游最小生態(tài)徑流過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最小生態(tài)需水量的計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

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

2.2 適宜生態(tài)需水計(jì)算

分別按照將三個(gè)時(shí)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55%，對(duì)太子河上游適宜生態(tài)徑流進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

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

3 成果評(píng)價(jià)及分析

采用Tennant法對(duì)太子河上游南甸和本溪兩站的適宜生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行分析，評(píng)估分析結(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(píng)價(jià)結(jié)果

表4 太子河上游適宜生態(tài)徑流量評(píng)價(jià)結(jié)果

從太子河上游最小生態(tài)需水分析結(jié)果可看出，采用逐月最小徑流計(jì)算的最小生態(tài)需水很難滿足河流生態(tài)環(huán)境狀況，在枯水期河流生態(tài)徑流比重較低，使得河流生態(tài)環(huán)境狀況較差，河流生態(tài)環(huán)境需水滿足度較低，而進(jìn)入豐水期，由于太子河上游來(lái)水量的增多，使得河道內(nèi)水量比重較高，但是由于這一時(shí)期水庫(kù)的調(diào)蓄作用影響，進(jìn)入河道內(nèi)生態(tài)需水很難得到有效滿足，因此生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)估結(jié)果和枯水期較為相似，均為較差的生態(tài)環(huán)境狀況。因此在太子河流域水量分配方案制定時(shí)，不應(yīng)該以最小生態(tài)需水作為流域生態(tài)水量的分配，而應(yīng)盡量提高河道內(nèi)生態(tài)需水的滿足度，尤其是在枯水期加大觀音閣水庫(kù)生態(tài)調(diào)蓄作用，改善河流生態(tài)環(huán)境狀況。從太子河上游兩站的適宜生態(tài)需水分析，太子河上游豐水期(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、遼陽(yáng)、鞍山市水資源二次評(píng)價(jià)成果，將三個(gè)時(shí)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55%，通過(guò)不同時(shí)期的適宜生態(tài)需水分析結(jié)果，可看出經(jīng)過(guò)適宜生態(tài)需水分配后，枯水期和豐水期河道生態(tài)徑流的比重加大，通過(guò)Tennant法評(píng)估，河道在枯水期和豐水期生態(tài)環(huán)境狀況總體可達(dá)到好和較好的狀況，這主要是因?yàn)檫m宜生態(tài)需水是基于豐、平、枯三個(gè)歷時(shí)時(shí)期的流量資料，對(duì)不同時(shí)期不同保證率下的徑流量進(jìn)行計(jì)算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過(guò)程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時(shí)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(duì)于生態(tài)系統(tǒng)不同時(shí)期的水量進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合不同時(shí)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。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)分析計(jì)算，太子河上游河道內(nèi)適宜生態(tài)需水量在50.7-91.9億m3之間，適宜生態(tài)用水保證率為45%(豐水期)、75%(枯水期)、55%(平水期)。

2)采用逐月最小徑流計(jì)算的最小生態(tài)需水很難滿足河流生態(tài)環(huán)境狀況，在枯水期河流生態(tài)徑流比重較低，使得河流生態(tài)環(huán)境狀況較差，河流生態(tài)環(huán)境需水滿足度較低，而進(jìn)入豐水期，由于太子河上游來(lái)水量的增多，使得河道內(nèi)水量比重較高，但是由于這一時(shí)期水庫(kù)的調(diào)蓄作用影響，進(jìn)入河道內(nèi)生態(tài)需水很難得到有效滿足。

3)適宜生態(tài)需水是基于豐、平、枯3個(gè)歷時(shí)時(shí)期的流量資料，對(duì)不同時(shí)期不同保證率下的徑流量進(jìn)行計(jì)算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過(guò)程。該方法可綜合考慮太子河上游河道生態(tài)水量以及不同時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)需求。