毛玉鳳

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人類對(duì)水資源開發(fā)、利用的程度和強(qiáng)度都日益增長(zhǎng)[1- 2]。河流的水文情勢(shì)及水文過(guò)程隨著大規(guī)模水利工程的修建發(fā)生明顯改變[3]。河道內(nèi)水量受流域內(nèi)水利工程的開發(fā)和利用逐步減少，河道水生態(tài)環(huán)境遭受不同程度的惡化[4]。全球有近一半的河流生態(tài)系統(tǒng)由于不合理的水資源開發(fā)產(chǎn)生明顯退化[5]，保持河道內(nèi)生態(tài)流量是維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的首先條件[6]。太子河流域?qū)儆谶|河的一級(jí)支流，主要流經(jīng)遼寧中東部的遼陽(yáng)、本溪、鞍山等城市，與遼河的另一條一級(jí)支流渾河位于太子河的西北側(cè)，渾江位于太子河的東側(cè)，南側(cè)與鴨綠江支流大洋河水系相連[7]。太子河流域作為遼寧東部地區(qū)通道主要水域節(jié)點(diǎn)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和其水資源開發(fā)利用、可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)[8]。在全球氣候變化及人類活動(dòng)日益增強(qiáng)的大背景下，太子河本溪段水生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)不同程度的退化，亟需加大對(duì)區(qū)域水資源的生態(tài)保護(hù)。本文結(jié)合太子河本溪水文站1970—2019年實(shí)測(cè)水文資料，采用典型水文頻率方法[9- 15]對(duì)河道生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

典型水文頻率方法是基于河流實(shí)測(cè)來(lái)水資料分析，對(duì)其豐水及枯水年份進(jìn)行等級(jí)劃分，劃分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方程為：

(1)

式中，E—水文站徑流實(shí)測(cè)值的距平率，%；Q—水文站i年徑流量實(shí)測(cè)值，108m3；Qn—水文站i徑流量實(shí)測(cè)值的多年均值，108m3。

按照遼寧東部地區(qū)徑流變化特點(diǎn)并結(jié)合GB T50095—2014《水文基本術(shù)語(yǔ)和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)豐水年、枯水年及平水年的徑流量距平率進(jìn)行劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本溪水文站是太子河干流主要控制水文站，生態(tài)需水計(jì)算主要采用太子河本溪水文站實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)資料?？紤]到資料的可靠性、一致性以及代表性，本文采用生態(tài)需水量分析的徑流數(shù)據(jù)序列。

2 生態(tài)需水計(jì)算及分析

2.1 徑流變化特征

結(jié)合本溪水文站1970—2019年實(shí)測(cè)徑流資料數(shù)據(jù)序列，對(duì)其年徑流量及其距平率進(jìn)行變化特征分析，年徑流變化特征分析結(jié)果見表2，并對(duì)其年內(nèi)分配進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

對(duì)表2本溪水文站年徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，本溪水文站1970—2019年年徑流總體呈現(xiàn)遞增變化，年徑流遞增幅度約為0.52×108m3。各年份距平率總體呈現(xiàn)倒“V”型變化，1995年是本溪口水文站年距平率變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從1970—1995年各年份年徑流距平率總體為遞減變化，而從1995年—2019年各年份年徑流距平率總體為遞增變化。從本溪水文站徑流年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，年內(nèi)來(lái)水量較大的時(shí)段主要集中在5—9月份，月平均來(lái)水流量都可以超過(guò)100m3/s，7月份屬于來(lái)水量最大的月份，其相應(yīng)的月均徑流量也最大。從10月份開始到第二年的3月份，屬于枯水時(shí)段，月均流量和月均徑流量都有較為顯著的減少。

表1 不同來(lái)水年份劃分標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

表2 本溪水文站年徑流變化特征分析結(jié)果

(續(xù)表2)

表3 本溪水文站徑流年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 生態(tài)需水量的確定

結(jié)合表1不同豐水年、平水年、枯水年等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及本溪水文站不同年份保證率分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各年份年型進(jìn)行確定，結(jié)果見4，并采用典型水文頻率方法對(duì)太子河本溪段生態(tài)需水量進(jìn)行確定，確定結(jié)果見表5。

表4 本溪水文站不同來(lái)水年型確定結(jié)果

(續(xù)表4)

從本溪水文站不同來(lái)水年型確定結(jié)果可看出，太子河本溪段豐水年、枯水年、平水年規(guī)律變化不明顯，特枯水年為1974年、1977年、1986年，偏枯水年具有一定的連續(xù)性，分別為1973年、1975年、1978年、1983—1985年、2003—2004年、2012—2014年及2018年，豐水年相對(duì)較為集中，分別為1970—1971年、1994年、1996年、1998—2001年出現(xiàn)連續(xù)4年豐水年，2002年開始太子河本溪段出現(xiàn)豐水年的年份相對(duì)較少，僅在2010、2016年出現(xiàn)豐水年，該河段出現(xiàn)平水年的年份相比其他年型較多，占總年份數(shù)的比例達(dá)到50%。年距平率最低的為1986年，為-27.61%，是太子河本溪段有記錄以來(lái)最枯年份，以1986年的2月份來(lái)水量34.8m3/s作為其生態(tài)最小水量，計(jì)算太子河本溪段全年生態(tài)最小水量值為10.52×108m3。

2.3 生態(tài)需水量滿足度的分析

基于典型水文頻率方法對(duì)太子河本溪段年生態(tài)需水量結(jié)果，按照保證率進(jìn)行年內(nèi)生態(tài)徑流量的分配，并與表3中本溪水文站多年徑流年內(nèi)分配結(jié)果對(duì)其最小生態(tài)需水量滿足度進(jìn)行分析，見表5。

表5 基于典型水文頻率方法生態(tài)需水滿足度分析結(jié)果

從表5中可看出，按照典型水文頻率方法下的太子河本溪段各月最小生態(tài)流量在本溪水文站月平均流量下其生態(tài)滿足都均可達(dá)到100%，這主要是因?yàn)榈湫退念l率方法計(jì)算的生態(tài)需水量是按照滿足特枯年份最小月流量，其計(jì)算的生態(tài)需水量是按照來(lái)水最不利條件下進(jìn)行的，因此按照多年月均流量計(jì)算的生態(tài)滿足度均可達(dá)到100%。

3 結(jié)論

(1)本溪站年距平率最低的為1986年，是太子河本溪段有記錄以來(lái)最枯年份，以1986年的2月份來(lái)水量34.8m3/s作為其生態(tài)最小水量，計(jì)算太子河本溪段全年生態(tài)最小水量值為10.52×108m3。

(2)典型水文頻率方法計(jì)算的生態(tài)需水量是按照滿足特枯年份最小月流量，其計(jì)算的生態(tài)需水量是按照來(lái)水最不利條件下進(jìn)行的，因此按照多年月均流量計(jì)算的生態(tài)滿足度均可達(dá)到100%。

(3)典型水文頻率方法計(jì)算的生態(tài)需水量不能考慮人類活動(dòng)對(duì)其水量的影響，在后續(xù)研究中還需要對(duì)受人類活動(dòng)影響較大如上游有水庫(kù)或者橡膠壩情況下的河段生態(tài)需水進(jìn)行深入研究。