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        呼瑪河流域生態(tài)需水量分析計算

        2022-10-13 01:07:06周翠寧
        黑龍江水利科技 2022年9期
        關(guān)鍵詞:基流需水量水文站

        周翠寧

        (1.黑龍江省水文水資源中心,哈爾濱 150001;2.二龍山水文氣象學(xué)黑龍江省野外科學(xué)觀測研究站,哈爾濱 150400)

        1 流域概況

        呼瑪河原名呼瑪爾河,發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山脈北麓的白卡魯山南坡,全長520.4km,流域面積34300多km2,屬于黑龍江水系。呼瑪河由南向北,流經(jīng)碧水以后轉(zhuǎn)為東南,最后在呼瑪縣的榮邊鄉(xiāng)南村東側(cè)注入黑龍江。由于呼瑪河具有山高坡陡,河谷狹窄,落差大,水流湍急等特點,所以呼瑪河屬于山區(qū)性河流。

        呼瑪河河床寬度為156.3m,平均水深1.5~4m,水面比降0.5‰~0.8‰,平均流量212m3/s。

        流域內(nèi)多低山丘陵,山勢起伏,河流狹窄,陡坡流急,橫向切割明顯。呼瑪河流域?qū)儆诘蜕焦入A地區(qū)。流域地處北溫帶北部邊緣,屬寒溫帶大陸性氣候。冬季受西伯利亞高溫氣團控制,氣候嚴(yán)寒而干燥,積雪覆蓋地面達(dá) 6 個月之多。春季由于仍受冬季季風(fēng)影響,冷暖空氣變化劇烈,多風(fēng)少雨而干燥至仲春逐漸回暖而穩(wěn)定。夏季受東南季風(fēng)影響,太陽輻射增加,氣候溫和,降雨適中。秋季則因受西伯利亞空氣活動頻繁影響,日照漸短,日溫變化幅度大,氣溫降低,降雨集中。降水主要集中在夏秋季,其中 6-9 月份降水量占全年降水量的 76.1%。冬季降水很少。

        流域內(nèi)現(xiàn)有5個水文站,分別為干流的碧水、固其故(二)、呼瑪橋和支流塔河上的新林、塔河。采用流域內(nèi)5個典型水文斷面1956-2016年天然月平均徑流資料,研究區(qū)水系及測站分布見圖1,研究區(qū)域主要水文斷面基本特征如表1所示。

        表1 呼瑪河流域主要水文斷面基本特征統(tǒng)計

        2 生態(tài)需水基本規(guī)定

        2.1 河流生態(tài)流量主要包括基本生態(tài)需水量和目標(biāo)生態(tài)需水量。

        基本生態(tài)環(huán)境需水量是指維持河湖給定的生態(tài)環(huán)境保護目標(biāo)對應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能不喪失,需要保留在河道內(nèi)的最小水量(流量、水位、水深)及其過程?;旧鷳B(tài)環(huán)境需水量是河湖生態(tài)環(huán)境需水要求的底限值,包括生態(tài)基流、敏感期生態(tài)需水量、不同時段需水量和全年需水量等指標(biāo)。其中,生態(tài)基流是其過程中的最小值,一般用月均流量(或水量)表征。不同時段需水量可分為汛期、非汛期兩個時段的需水量,對于東北等封凍期較長的地區(qū),還應(yīng)包括冰凍期時段。

        目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量是指維持河湖給定的生態(tài)環(huán)境保護目標(biāo)對應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能正常發(fā)揮,需要保留在河道內(nèi)的水量(流量、水位、水深)及其過程,包括不同時段需水量和全年需水量等指標(biāo)。目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量是確定河湖地表水資源可利用量的控制指標(biāo)。對于目前水資源開發(fā)利用程度較高,現(xiàn)狀斷流(干涸、萎縮)嚴(yán)重,水資源條件難以滿足要求的河湖水系、河段、湖泊濕地,其目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量可適當(dāng)降低。

        2.2 分期需水量計算說明

        按照《全國水資源調(diào)查評價生態(tài)水量調(diào)查評價補充細(xì)則》要求,本次計算逐月計算生態(tài)環(huán)境需水量,按照汛期(6-9月)、非汛期(4-5月,10-11月)和冰凍期(1-3月和12月)分期匯總。

        2.3 計算方法

        根據(jù)《河流生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》(SL/Z 712-2014),采用蒙大拿法分析計算各水文站1956-2016系列的生態(tài)需水量;采用Qp法計算冰凍期生態(tài)基流量,采用非冰凍期最小流量法確定非冰凍期生態(tài)基流。

        1)Qp法。選取歷年冰凍期最小月平均流量,采用P-Ⅲ曲線對各水文站月徑流數(shù)據(jù)適線,進行排頻分析,選取95%頻率下的流量作為生態(tài)基流量。

        2)蒙大拿法。據(jù)觀測資料建立的流量和河流生態(tài)環(huán)境狀況之間的經(jīng)驗關(guān)系,用歷史流量資料確定年內(nèi)不同時段的生態(tài)環(huán)境需水量。以多年平均流量作為推薦流量,在不同的月份采用不同的百分比。結(jié)合呼瑪河流域?qū)嶋H,本次計算汛期選取多年平均流量汛期時段的30%作為生態(tài)環(huán)境需水量,非汛期選取多年平均流量非汛期時段的10%作為生態(tài)環(huán)境需水量。

        3)非冰凍期最小流量法。選取歷年非冰凍期(4-11月)最小月平均流量,作為非冰凍期生態(tài)基流量。

        3 成果分析

        3.1 生態(tài)基流

        將呼瑪河流域5個水文站歷年最小月平均流量,采用P-Ⅲ曲線進行頻率分析,選用95%頻率流量確定冰凍期生態(tài)基流,經(jīng)分析,除新林水文站多數(shù)年份冬季處于連底凍,不參與計算外,其他4個水文站,生態(tài)基流最小的是塔河水文站,最大的是呼瑪橋水文站。呼瑪橋水文站計算過程詳見圖2。

        采用非冰凍期最小流量法確定非冰凍期生態(tài)基流,生態(tài)基流最小的是新林水文站,為0.3m3/s,最大的是湯呼瑪橋水文站,為9.37 m3/s,各水文站冰凍期和非冰凍期生態(tài)基流計算成果詳見表2。

        3.2 基本生態(tài)需水量

        采用蒙大拿法計算各水文站基本生態(tài)環(huán)境需水量,以時段平均流量為基礎(chǔ),按照10%計算各時段基本生態(tài)需水量。冰凍期生態(tài)需水量采用冰凍期生態(tài)基流換算徑流成果,計算結(jié)果詳見圖3。

        3.3 目標(biāo)生態(tài)需水量

        采用蒙大拿法計算各水文站基本生態(tài)環(huán)境需水量,以時段平均流量為基礎(chǔ),按照非汛期20%,汛期40%計算各時段目標(biāo)生態(tài)需水量,各時段目標(biāo)生態(tài)需水量詳見表2。

        表2 呼瑪河流域生態(tài)需水量計算成果表

        3.4 滿足程度分析

        根據(jù)《全國水資源調(diào)查評價生態(tài)水量調(diào)查評價補充細(xì)則》要求,采用1980~2016年實測系列分析本次成果滿足程度。

        3.4.1 生態(tài)基流滿足程度評價

        用水文系列中實測徑流量超過生態(tài)基流的月份數(shù)與水文系列總時長的比值評價,計算成果詳見表3,滿足≥75%的要求。

        表3 呼瑪河流域生態(tài)需水量滿足程度分析表

        3.4.2 基本(目標(biāo))生態(tài)環(huán)境需水過程滿足程度評價

        用水文系列中全年、汛期、非汛期和冰凍期各評價時段實測徑流量超過相應(yīng)的基本生態(tài)環(huán)境需水量目標(biāo)的年份數(shù)與水文系列時長總年份數(shù)的比值評價滿足程度。所有水文站除汛期目標(biāo)生態(tài)需水外,滿足程度均為100%。汛期目標(biāo)生態(tài)需水量滿足程度在93.44%~98.36%之間,生態(tài)需水滿足程度達(dá)到松遼委滿足程度≥75%的要求。

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