黃 旭，王光磊

（松遼水利委員會(huì)水文局（信息中心），吉林長春130021）

1 研究區(qū)概況

1.1 自然概況

霍林河是嫩江下游右岸支流，無尾河，東與第二松花江相鄰，南與遼河流域相連，西隔大興安嶺與烏拉蓋河相望，北與洮兒河流域相鄰。流域面積為36623km2，河長590km，河道平均比降為0.39%。霍林河流域地處中溫帶大陸性氣候區(qū)，氣候要素差異很大，北部接近半濕潤草原氣候，南部近似于干旱荒漠草原氣候。多年平均降水量為421.0mm，多年平均年水面蒸發(fā)量為1147.3mm。

霍林河在高力板鎮(zhèn)以東進(jìn)入吉林省境內(nèi)，已無明顯河道，河床多系砂壤土，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，河道主槽游蕩不定，洪水極易出槽改道。沿河兩岸分布有大小泡沼(水庫)百余處，現(xiàn)有水面面積近700km2，如查干泡、大布蘇泡、花敖泡、興隆水庫、勝利水庫等，是吉林省中西部生態(tài)與環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)。

1.2 重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)

向海國家級自然保護(hù)區(qū)位于吉林省通榆縣境內(nèi)，霍林河下游消散段，是以保護(hù)丹頂鶴等珍稀鳥類和蒙古黃榆等稀有植物為主要目的的自然保護(hù)區(qū)，總面積為1055km2，其中霍林河流域內(nèi)面積為562km2，占保護(hù)區(qū)總面積的53.3%。

2 生態(tài)狀況分析

在不同河段，由于河道生態(tài)特征及人類活動(dòng)影響的差異，河段所發(fā)揮的生態(tài)環(huán)境功能不同。因此，在計(jì)算河道需水時(shí)，首先需要確定各河段的主要功能，某些河段需要同時(shí)滿足多種功能，對應(yīng)著不同類型的河道需水。在計(jì)算出不同類型的生態(tài)需水后，按照最大值原則，選擇其中的最大值作為該河段的河道需水，這樣即可同時(shí)滿足其他功能對水量的需求。

由于霍林河沒有通航要求且為季節(jié)性較強(qiáng)的河流，因此，維持河流基本功能的生態(tài)與環(huán)境需水量只考慮保持水體自凈能力需水量及河流基本生態(tài)與環(huán)境需水量，其總的河流基本功能生態(tài)與環(huán)境需水量即為兩種需水量扣除重復(fù)的部分。由于河流基本生態(tài)環(huán)境需水量本身具有保持水體自凈需水量的作用，所以在計(jì)算出河道基本生態(tài)需水和自凈需水后，按照最大值原則選擇河道需水即可。

根據(jù)霍林河各水文站徑流量年內(nèi)分配情況，6—10月徑流量占年徑流總量的70%～75%，劃分為豐水期；11月至次年5月徑流量占年徑流總量的25%～30%，劃分為枯水期。

3 計(jì)算方法選擇

3.1 改進(jìn)的Tennant法

目前最適合中國的計(jì)算方法是水文指標(biāo)法，其中Tennant法應(yīng)用最為廣泛。Tennant法的主要優(yōu)點(diǎn):應(yīng)用簡單方便，僅使用歷史資料就可以評價(jià)或估算生態(tài)水量，需要的數(shù)據(jù)相對較少，不需要進(jìn)行大量野外工作，可以在缺乏足夠生態(tài)資料的地區(qū)使用。

該方法作為經(jīng)驗(yàn)公式，主要適用于北溫帶較大的、常年性河流，可作為河流規(guī)劃目標(biāo)的管理方法。使用時(shí)，較枯較豐時(shí)段的劃分，可根據(jù)多年平均天然月徑流量排序確定；也可根據(jù)當(dāng)?shù)匮雌?、非汛期時(shí)段劃分確定，汛期和非汛期時(shí)段應(yīng)根據(jù)南北方氣候調(diào)整。

同時(shí)，Tennant法有以下主要缺點(diǎn):1）以多年平均流量的一定比例作為標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)會(huì)受到極端來水情況的影響比較大，典型性、代表性不強(qiáng)；2）比例確定困難，需分析Tennant法中確定的流量百分比標(biāo)準(zhǔn)是否與當(dāng)?shù)睾恿髑闆r相符合；3）沒有考慮水量需求的年內(nèi)變化情況，與水生生物生境要求不一致；4）忽略了河流流量季節(jié)性變化的特性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)情況進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。

為克服Tennant法取多年平均流量，將年內(nèi)流量的分配坦化的缺點(diǎn)，改用取同時(shí)段多年平均流量的百分比，較傳統(tǒng)方法更符合天然流量的水文特征?？紤]到季節(jié)性河流的干枯季徑流差異大，枯水期徑流長期為0，采用中國工程院重大咨詢項(xiàng)目“東北地區(qū)有關(guān)水土資源配置、生態(tài)與環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的若干戰(zhàn)略問題研究”中應(yīng)用的枯水季節(jié)最小流量法，即取各年枯水季節(jié)徑流量的最小值為河道枯季生態(tài)需水量。

3.2 流量歷時(shí)曲線法

流量歷時(shí)曲線法是基于歷史流量資料來構(gòu)建各月流量歷時(shí)曲線，將某個(gè)累積頻率相應(yīng)的流量QP作為生態(tài)流量。QP的頻率P可取90%或95%，也可根據(jù)實(shí)際需要作適當(dāng)調(diào)整。通常采用Q90作為枯水流量指數(shù)和水生棲息地的最小流量；采用Q95作為極端低流量條件指標(biāo)和保護(hù)河流的最小流量。

構(gòu)建流量歷時(shí)曲線至少需要20年的日流量數(shù)據(jù)，該法僅使用水文資料，對資料的要求比較簡單，還更好地反映了徑流年際、年內(nèi)分布的不均勻性。另外，流量歷時(shí)曲線法不要求資料的連續(xù)性，避免了因流量數(shù)據(jù)缺失而進(jìn)行插補(bǔ)所引起的誤差。

應(yīng)用流量歷時(shí)曲線法計(jì)算最小生態(tài)需水量時(shí)，采用所有歷史數(shù)據(jù)，得出多年平均情況下的最小生態(tài)需水量；當(dāng)采用同期歷史數(shù)據(jù)時(shí)，得到同期最小生態(tài)需水量。

4 分析計(jì)算

4.1 綜合分析確定節(jié)點(diǎn)

在天然狀態(tài)下，為了確定不同橫斷面對應(yīng)的河道內(nèi)最小生態(tài)流量，即臨界流量，斷面的選擇應(yīng)該遵循典型性、穩(wěn)定性和實(shí)用性3個(gè)原則。目前國家級基本水文站點(diǎn)所在的斷面都可以滿足這些要求，即河道相對順直、穩(wěn)定，具有相對穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系，且具有相應(yīng)的觀測項(xiàng)目，如水位、流量、大斷面、糙率、水力坡度等。根據(jù)霍林河河段的特點(diǎn)以及河道內(nèi)生態(tài)需水量水文學(xué)和水力學(xué)等計(jì)算方法所需數(shù)據(jù)資料的要求，在霍林河上選取吐列毛都站、白云胡碩站和同發(fā)站所在河段斷面作為此次計(jì)算的斷面。

4.2 計(jì)算時(shí)段選擇

計(jì)算時(shí)期的選擇主要考慮河床演變的相對平衡，一般情況下選擇人類活動(dòng)干擾較少的時(shí)期，河道處于天然狀態(tài)，河道生態(tài)處于較為健康的狀態(tài)。對各水文站的長系列徑流資料進(jìn)行分析。

以吐列毛都和白云胡碩站現(xiàn)有的資料為基礎(chǔ)，選取兩站都有數(shù)據(jù)的1978—2009年徑流資料為計(jì)算數(shù)據(jù)，從徑流量曲線可以看出，1967—1985年大部分年份為枯水年，1986—1993年又進(jìn)入豐水年份，1994—2009年又進(jìn)入枯水期，只有1998年是特大洪水年，計(jì)算時(shí)將其排除。選用的計(jì)算時(shí)期包含枯水期和豐水期，較為合理。同發(fā)站由于資料缺乏，沒有長系列徑流資料，采用10年連續(xù)徑流資料，即2007—2016年作為計(jì)算期。

4.3 生態(tài)需水量計(jì)算

采用不同方法計(jì)算斷面的最小生態(tài)需水量和基本生態(tài)需水量，根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》給出的不同類型河流水系生態(tài)環(huán)境需水量參考閾值，結(jié)合霍林河流域的開發(fā)利用程度，將不在參考閾值內(nèi)的計(jì)算結(jié)果除去，取其余多種方法的均值，最終得出霍林河各斷面最小生態(tài)需水量和基本需水量及生態(tài)流量的取值，詳見表1。

4.4 成果合理性分析

通過將各斷面最小與基本生態(tài)需水量取值與該斷面年徑流量對比，在現(xiàn)有年徑流資料的條件下，吐列毛都斷面100%年份的徑流量都能滿足最小生態(tài)環(huán)境需水量和基本生態(tài)環(huán)境需水量的需水要求，也就能提供保證洮兒河在該斷面生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)所對應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能不喪失的水量；白云胡碩斷面90.9%的年份能保證維持河道的最小生態(tài)環(huán)境需水量，75.8%的年份能保證維持河道的基本生態(tài)環(huán)境需水量；同發(fā)斷面80%年份能保證維持河道的最小生態(tài)環(huán)境需水量，60%的年份能達(dá)到目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量要求（因?yàn)橥l(fā)站資料序列太短，代表性較差，實(shí)際參考價(jià)值不大）。

表1 霍林河各斷面生態(tài)需水量最終取值

從生態(tài)流量在年內(nèi)的保證程度來看，即使年水量可以滿足生態(tài)需水量的要求，但是對應(yīng)到每個(gè)月分配的流量時(shí)，又很難保證率年內(nèi)逐日流量符合要求。

5 結(jié)語

霍林河最小與基本生態(tài)需水量年保證程度，從上游到下游依次減小，造成了霍林河目前逐步惡化的水生態(tài)環(huán)境形勢，也和霍林河上下游的自然條件基本相符。因此，需要通過工程引水等各種符合自然規(guī)律的方式為河道補(bǔ)充生態(tài)基流，不僅量要達(dá)標(biāo)，水量的分配也要符合河道天然需水要求。逐步達(dá)到最小生態(tài)環(huán)境需水量的目的。