孫芳欣，王立權(quán)，劉 巖，李 瑩

( 1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

1.1.1 流域概況

古蓮河位于漠河市西部，屬于黑龍江水系，發(fā)源于漠河市西部大興安嶺山脈，是大林河一級支流，流經(jīng)古蓮林場和古蓮河煤礦，最后注入大林河。河流全長90.0 km，寬50.0 m，水深1.2 m左右，流域面積1258.0 km2，河道天然落差670.0 m，主要支流有波魯戛里河、博拉府河、霍拉盆河、烏克勒江河等。

1.1.2 水文氣象

流域徑流主要由降水形成。春季(4—5月)徑流主要是融雪形成，夏秋季徑流來源于大氣降水。降雨年內(nèi)分配不均，徑流年內(nèi)分配與降雨基本一致，5—9月徑流量占年總量的85%，其中7月、8月 徑流量占年總量的40%。按照成因分析，古蓮河洪水可分為春汛、夏汛和秋汛。春汛洪水由融雪形成，洪水過程較短，一般10～15 d，單峰形，峰值較大洪量較小。夏汛和秋汛洪水由暴雨形成，洪峰主要來源于上游。

1.1.3 水資源開發(fā)利用情況

漠河市多年平均水資源總量為30.59億m3，其中地表水資源量是30.19億m3，而地下水資源量是4.78億m3，重復(fù)計算量4.38億m3。2018年漠河市地表水用水量為133.22萬m3/a，地下水用水量為423.13萬m3/a，地下水開發(fā)利用潛力較大。20世紀(jì)80年代時期，古蓮河流域上游為產(chǎn)金之地，建有古蓮河金礦和古蓮河煤礦。河水污染嚴(yán)重，河道生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。近幾年，政府對河流污染的情況越來越重視，經(jīng)過治理，古蓮河水污染情況已經(jīng)得到解決。

1.2 研究方法

1.2.1 Qp法

Qp法[1-3]，又稱不同頻率最枯月平均值法，以節(jié)點長系列天然月平均流量、月平均水位、或徑流量(Q)為基礎(chǔ)，用每年的最枯月排頻，選擇不同頻率下的最枯月平均流量、月平均水位或徑流量作為節(jié)點基本生態(tài)環(huán)境需水量的最小值[4]。頻率P根據(jù)河湖規(guī)模、水資源開發(fā)利用程度、來水情況等實際情況確定，取90%或95%[5]。由于古蓮河汛期和非汛期流量差異較大，從而分別對汛期、非汛期進(jìn)行Qp法分析。

1.2.2 Tennant 法

Tennant法[6-9]目前廣泛用于我國河流生態(tài)徑流的研究，在計算時根據(jù)流域?qū)嶋H徑流特征將統(tǒng)計時段分為汛期和非汛期兩部分，構(gòu)建河道年內(nèi)不同時段河道流量與生態(tài)質(zhì)量之間的經(jīng)驗關(guān)系，并且按照汛期、非汛期2個時段來統(tǒng)計[10-11]。依據(jù)觀測資料推求流量和河流生態(tài)環(huán)境狀況之間的相關(guān)關(guān)系，用歷史流量資料就可以確定年內(nèi)不同時段的生態(tài)需水量[12]。

該方法使用方便、簡單，主要適用于北溫帶較大的常年性河流，經(jīng)常作為確定河流生態(tài)目標(biāo)，對河流進(jìn)行規(guī)劃管理的常用方法。

1.2.3 頻率曲線法

用長系列水文資料的徑流量、月平均水位或月平均流量的歷史資料構(gòu)建水文頻率曲線，并分別用 P-Ⅲ型曲線進(jìn)行頻率適線，選取95%頻率相應(yīng)的徑流量、月平均水位或月平均流量作為基本生態(tài)環(huán)境需水量,組成年內(nèi)不同時段值，用非汛期、汛期各月的平均值復(fù)核非汛期、汛期的基本生態(tài)環(huán)境需水量[5]。

1.3 數(shù)據(jù)來源

收集流域內(nèi)的水文資料，并還原成天然徑流系列，使資料成果具有一致性，可以反映天然情況，以便采用數(shù)理計算方法進(jìn)行分析。古蓮河上沒有設(shè)置水文站，參考古蓮河的地理位置，由于地理位置、地形、地貌相同可采用類比法，進(jìn)行產(chǎn)流修正后進(jìn)行分析計算。本次分析計算過程中，采用2002—2020年額爾木河西林吉站(集水面積10 060 km2)的月平均天然徑流量資料，進(jìn)行古蓮河的水文分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Qp法計算結(jié)果

選取每年汛期(6—9月)、非汛期(4—5月，10—11月)的最枯月徑流量進(jìn)行排頻，將90%頻率下的徑流量作為基本生態(tài)環(huán)境需水量。古蓮河最枯月平均徑流量計算成果見圖1與圖2，表1與表2。

圖1 西林吉站汛期最枯月流量頻率曲線

圖2 西林吉站非汛期最枯月流量頻率曲線

表1 古蓮河汛期最枯月流量頻率計算結(jié)果

表2 古蓮河非汛期最枯月流量頻率計算結(jié)果

綜上所述，通過 Qp法計算分析，古蓮河的生態(tài)需水量計算結(jié)果見表3。古蓮河全年基本生態(tài)需水量為3077.91萬m3，其中非汛期生態(tài)需水量為368.93萬m3，生態(tài)基流量 0.35 m3/s；汛期基本生態(tài)需水量為2708.99萬 m3，生態(tài)基流量2.57 m3/s。

表3 古蓮河基本生態(tài)環(huán)境需水量 Qp法計算結(jié)果

2.2 Tennant 法計算結(jié)果

本次分析計算過程中，古蓮河的多年平均流量利用西林吉站的平均流量，通過面積比法獲取，綜合類似流域的相關(guān)經(jīng)驗，生態(tài)基流量非汛期按20%、汛期按30%取值，計算結(jié)果見表4。古蓮河全年基本生態(tài)需水量為6142.82萬 m3，其中非汛期基本生態(tài)需水量1764.89萬m3，生態(tài)基流量1.67 m3/s；汛期基本生態(tài)需水量4377.93萬 m3，生態(tài)基流量4.15 m3/s。

表4 古蓮河基本生態(tài)需水量 Tennant 法計算結(jié)果表

2.3 頻率曲線法計算結(jié)果

本方法以西林吉站的月平均天然徑流序列資料為基礎(chǔ)，進(jìn)行排頻計算，將95%頻率相應(yīng)的月平均流量作為生態(tài)基流量。利用排頻結(jié)果，采用面積比法獲得古蓮河的生態(tài)流量目標(biāo)計算結(jié)果，見表5。古蓮河全年基本生態(tài)需水量為4980.35萬m3，其中非汛期基本生態(tài)需水量為2319.05萬m3，生態(tài)基流量2.18 m3/s；汛期基本生態(tài)需水量為2661.30萬m3，生態(tài)基流量2.52 m3/s。

表5 古蓮河基本生態(tài)環(huán)境需水量頻率曲線法計算結(jié)果

2.4 生態(tài)流量分析

通過Qp法、Tennant法、頻率曲線法分析計算，古蓮河生態(tài)需水量成果見表6。

表6 古蓮河生態(tài)需水量計算結(jié)果匯總

經(jīng)過上述分析計算，綜合考慮各時期的生態(tài)流量目標(biāo)，河道的實際情況和監(jiān)測能力，以及古蓮河的冰封期等因素，非汛期、汛期采用 Qp 法、Tennant 法、頻率曲線法分析計算結(jié)果的中間值作為生態(tài)流量目標(biāo)。為此古蓮河各月生態(tài)流量目標(biāo)及基本生態(tài)需水量見表7。古蓮河全年基本生態(tài)需水量為4469.30萬m3，其中非汛期生態(tài)流量目標(biāo)為1.67 m3/s；汛期生態(tài)流量目標(biāo)為 2.57 m3/s。

表7 古蓮河各月生態(tài)流量目標(biāo)及生態(tài)需水量

采用長系列逐日實測流量資料進(jìn)行評價，保障程度為各分期逐日實測流量達(dá)到或超過生態(tài)流量目標(biāo)值的天數(shù)與各分期實測總天數(shù)的比值。原則上，生態(tài)基流設(shè)計保證率不低于 90%～95%。古蓮河主要控制斷面生態(tài)基流設(shè)計保證率達(dá)到90%。

3 結(jié) 論

本文采用2002—2020年西林吉站(集水面積10 060 km2)的月平均天然徑流量資料對漠河市古蓮河進(jìn)行水文分析。經(jīng)過分析計算，綜合考慮各時期的生態(tài)流量目標(biāo)，非汛期、汛期采用 Qp法、Tennant法、頻率曲線法分析計算結(jié)果的中間值作為生態(tài)流量目標(biāo)比較符合古蓮河的生態(tài)狀況，能很好地反映出古蓮河年內(nèi)生態(tài)徑流變化過程。古蓮河全年基本生態(tài)需水量為 4469.30萬m3，其中非汛期生態(tài)流量目標(biāo)為1.67 m3/s；汛期生態(tài)流量目標(biāo)為2.57 m3/s。