摘要：水資源開發(fā)利用改變了河流天然水文情勢(shì)，影響了河流生態(tài)環(huán)境，提供適宜的生態(tài)流量對(duì)保障河流系統(tǒng)健康具有重要意義?？紤]徑流非一致性及數(shù)據(jù)冗余，運(yùn)用M-K檢驗(yàn)法、累積距平法、PCA-IHA指標(biāo)體系等能更準(zhǔn)確地判斷河流水文情勢(shì)的改變程度；基于生態(tài)流量計(jì)算的水文學(xué)法，建立了完整的生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)體系，提出了閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)、達(dá)標(biāo)率等3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并綜合成適宜性指數(shù)這一綜合指標(biāo)，在贛江干流進(jìn)行應(yīng)用。結(jié)果表明：① 贛江干流1960～2015年的水文情勢(shì)改變度較低，變異點(diǎn)為1991年；② 各水文學(xué)法在所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)中各有優(yōu)劣，且適宜性指數(shù)差異較大，說明該評(píng)價(jià)體系可以較好地篩選出對(duì)研究區(qū)域適用的計(jì)算方法，其中贛江干流最適宜的為逐月頻率法，適宜性指數(shù)為0.8。研究成果可為完善生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)體系提供科學(xué)參考。

關(guān) 鍵 詞：生態(tài)流量； 適宜性評(píng)價(jià)； 水文學(xué)法； 水文情勢(shì)； 贛江

中圖法分類號(hào)： TV11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.02.013

0 引 言

河川徑流對(duì)于維持河流生物群落結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性以及物種多樣性等的重要作用已經(jīng)得到充分的印證［1-3］。河流究竟需要多少流量才能維持生態(tài)系統(tǒng)健康，已經(jīng)引起了各國(guó)研究人員的重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于生態(tài)流量的計(jì)算方法共有200多種，這些方法大致分為水文學(xué)法、水力學(xué)法、生境模擬法、整體法4類［4-7］。

近年來河湖生態(tài)流量管控已經(jīng)成為水資源保護(hù)的重要工作之一，極大推動(dòng)了河湖生態(tài)流量目標(biāo)、滿足度、保障措施的研究。鑒于中國(guó)缺乏長(zhǎng)序列生態(tài)數(shù)據(jù)，至今未有關(guān)于生態(tài)流量統(tǒng)一的定義和計(jì)算方法［6］。由于水文學(xué)法對(duì)資料要求較低、實(shí)用性強(qiáng)，因此在國(guó)內(nèi)運(yùn)用最為廣泛，但方法選取較為隨意，缺乏對(duì)各方法與研究區(qū)域之間適宜性的研究［8］。李捷等［9］從水文節(jié)律角度對(duì)生態(tài)徑流進(jìn)行定性分析，對(duì)逐月頻率法進(jìn)行了改進(jìn)，將豐、平、枯水期的保證率均擬定為50%，對(duì)照Tennant分級(jí)表得出河流生態(tài)狀況會(huì)更好的結(jié)論；門寶輝等［10］以永定河山峽河道為研究對(duì)象，提出了流量歷時(shí)曲線法，計(jì)算結(jié)果與Tennant法接近；黃強(qiáng)等［11］通過引入環(huán)境比降和季節(jié)系數(shù)改進(jìn)Tennant法，彌補(bǔ)了原方法不適用季節(jié)性河流的不足，計(jì)算結(jié)果比傳統(tǒng)Tennant法更好。涂晶晶等［12］建立了由流量的連續(xù)性、可靠性和用水總量3個(gè)方面及其綜合指標(biāo)組成的生態(tài)流量評(píng)價(jià)方法；葛金金等［13］運(yùn)用5種水文學(xué)方法計(jì)算沙潁河的適宜生態(tài)流量，從年需水量、水文節(jié)律變化角度定性分析各方法的適用性程度；劉立軍等［14］強(qiáng)調(diào)生態(tài)流量應(yīng)當(dāng)適應(yīng)水文氣候的季節(jié)性，提出更符合中國(guó)南方水文季節(jié)性變化的改進(jìn)流量歷時(shí)保證率法；彭才喜等［15］結(jié)合水文學(xué)法與水力學(xué)法研究孤山航電樞紐的生態(tài)流量，結(jié)合批復(fù)的生態(tài)需水及滿足率進(jìn)行了生態(tài)流量的合理性分析；Ma等［8］從大于生態(tài)需水閾值的徑流序列長(zhǎng)度出發(fā)，建立了生態(tài)流量滿意度模型，強(qiáng)調(diào)生態(tài)流量計(jì)算方法的適宜性；Tang等［16］采用多個(gè)生態(tài)流量指標(biāo)與水文指標(biāo)，評(píng)估在不同時(shí)間尺度下生態(tài)流量的時(shí)間變化及生態(tài)響應(yīng)；Guan等［17］關(guān)注生態(tài)流量的保障率，提出了基于頻率分析的長(zhǎng)期生態(tài)流量保障指標(biāo)和基于滿意度的短期生態(tài)流量保障指標(biāo)；Zhang等［18］選取了4種生態(tài)流量指標(biāo)來評(píng)估其偏差程度，進(jìn)而衡量生態(tài)流量滿足度，結(jié)果表明中國(guó)生態(tài)流量滿足度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但整體形式不容樂觀。綜上可以看出，關(guān)于生態(tài)流量計(jì)算方法的選擇以及其適宜性評(píng)價(jià)上，國(guó)內(nèi)外暫無統(tǒng)一的體系與標(biāo)準(zhǔn)，尚處于探索階段。學(xué)者們大都對(duì)照Tennant分級(jí)表進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)，或從不同時(shí)間尺度下的流量連續(xù)性、水文節(jié)律、保障率等多方面進(jìn)行探究。

由于氣候變化和人類活動(dòng)的影響，流域的水文氣象序列的一致性遭到破壞，即水文情勢(shì)發(fā)生變異［19］。在運(yùn)用水文學(xué)法進(jìn)行河流生態(tài)流量計(jì)算時(shí)，采用近年或長(zhǎng)序列水文資料作為基礎(chǔ)，可能會(huì)影響結(jié)果的合理性。因此，在考慮水文變異的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)流量保障的計(jì)算更具有合理性。當(dāng)生態(tài)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，水文學(xué)法的局限性、各個(gè)方法之間的差異性，以及生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)體系的缺失，導(dǎo)致在計(jì)算方法的選擇和結(jié)果的適宜性上無法進(jìn)行客觀、科學(xué)的評(píng)定，在水資源短缺的背景下，進(jìn)一步降低了水資源的利用率與經(jīng)濟(jì)效益［20-21］。基于此，本文考慮徑流的非一致性，以及數(shù)據(jù)冗余對(duì)河流水文情勢(shì)改變度所產(chǎn)生的影響，基于生態(tài)流量計(jì)算的多種水文學(xué)法，提出生態(tài)流量的適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)該在水文變異的閾值區(qū)間內(nèi)，盡可能與天然流量保持一致，目標(biāo)生態(tài)流量的滿足度盡可能高，構(gòu)建以閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)、達(dá)標(biāo)率為因子的河道生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)體系，并應(yīng)用于贛江干流，以期為完善生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)體系提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域概況

贛江是長(zhǎng)江流域支流鄱陽湖第一大水系，范圍為東經(jīng) 113.58°～116.633°、北緯24.52°～28.75°，全長(zhǎng)823 km，外洲水文站控制的流域范圍為83 000 km2。多年平均降雨量1 580 mm，年降雨有明顯的季節(jié)性變化，汛期4～6月降雨量約占全年的45%。根據(jù)外洲水文站1960～2015年連續(xù)56 a的日流量數(shù)據(jù)資料分析得到，贛江干流多年平均徑流量為683.63億m3。贛江干流已建100多座水利樞紐，水庫(kù)多以灌溉或發(fā)電為主兼顧防洪等綜合利用，總庫(kù)容131.65億m3，總裝機(jī)容量765.5 MW，總灌溉面積31.03萬hm2（465.4萬畝）［22-23］。贛江流域示意見圖1。

2 研究方法

2.1 徑流非一致性檢驗(yàn)

采用Mann-Kendall（M-K）檢驗(yàn)法、線性回歸法對(duì)贛江干流的徑流序列進(jìn)行趨勢(shì)性分析，采用M-K檢驗(yàn)法、累積距平法進(jìn)行突變點(diǎn)分析［24］。M-K檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)檢驗(yàn)的單變量趨勢(shì)變化特征及突變點(diǎn)分析的方法：趨勢(shì)性分析是通過構(gòu)造一個(gè)服從正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)變量，對(duì)其進(jìn)行雙側(cè)假設(shè)檢驗(yàn)；突變性分析是通過構(gòu)造兩個(gè)歸一化變量，取其交點(diǎn)為序列突變點(diǎn)。累積距平法是利用變量與均值的偏差累積曲線進(jìn)行分析，其極值點(diǎn)即為突變點(diǎn)。突變點(diǎn)的確定將直接運(yùn)用于河流水文情勢(shì)改變度分析，即IHA中水文序列的突變點(diǎn)。

2.2 河流水文情勢(shì)改變度

河川徑流的年內(nèi)與年際間的持續(xù)動(dòng)態(tài)變化形成了一個(gè)特定且相對(duì)穩(wěn)定的河流生境。河流系統(tǒng)中的生命體在長(zhǎng)期的演變過程中，適應(yīng)了水流的自然漲落規(guī)律，并依靠這種生境條件不斷進(jìn)化，河流系統(tǒng)的這些自然變化過程即河流水文情勢(shì)［25］。研究表明，河流生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)組成及生態(tài)功能依賴于河流水文情勢(shì)，河流水文情勢(shì)是河流生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，主要特征包括流量、歷時(shí)、發(fā)生時(shí)間、頻率、變化率等［26-29］。

（1） IHA法。Richter等［26］提出的水文變異指標(biāo)法（IHA），是根據(jù)河流序列長(zhǎng)度大于20 a的日水文資料，從水文情勢(shì)的5個(gè)特征總共33個(gè)指標(biāo)對(duì)河流水文情勢(shì)變化進(jìn)行評(píng)估，并通過水文改變系數(shù)（HAF）來量化IHA的改變程度，計(jì)算公式為HAFi=|ei－e0e0|×100%（1）式中：e0為預(yù)期頻率，ei為實(shí)際頻率。

先將水文序列以突變點(diǎn)為界分為“影響前”與“影響后”兩個(gè)時(shí)段，影響前的水文序列被分為3個(gè)類別；根據(jù)“影響前”的頻率計(jì)算IHA指標(biāo)“影響后”的預(yù)期頻率e0，然后計(jì)算IHA指標(biāo)“影響后”的實(shí)際頻率ei。再根據(jù)所有指標(biāo)的改變度計(jì)算河流系統(tǒng)的改變度（HAF），計(jì)算公式如下（由于贛江實(shí)測(cè)無零流量日，因此不考慮這個(gè)指標(biāo)）：

HAF=13232i=1HAFi（2）式中：0≤HAF＜33%，屬于低改變度；33%≤HAF＜67%，屬于中改變度；67%≤HAF＜100%，屬于高改變度。

（2） PCA-IHA法?？紤]到使用過多指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，數(shù)據(jù)之間的冗余程度會(huì)不斷累積，即評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)性如果較高，會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果偏低或偏高。有學(xué)者基于此提出新的指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)評(píng)價(jià)［30］。本文考慮結(jié)合主成分分析法，從33個(gè)指標(biāo)中篩選出能充分表征贛江干流水文情勢(shì)改變度、且彼此間相關(guān)性較低的關(guān)鍵指標(biāo)。

主成分分析法是一種通過正交變換，將相關(guān)的變量轉(zhuǎn)換成正交且不相關(guān)的變量，后者即這組變量的主成分［31］，其在不丟失太多信息的同時(shí)，壓縮數(shù)據(jù)維數(shù)，篩選出能概括全局信息的少數(shù)變量，篩選原則為特征根大于1且累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%。

2.3 贛江干流生態(tài)流量的計(jì)算方法

（1） Tennant法。Tennant法取河流各月的多年平均流量的特定百分比作為生態(tài)流量，并且對(duì)年內(nèi)用水期進(jìn)行劃分。應(yīng)用較為廣泛的水期劃分是4～9月及10月至次年3月，前者為魚類產(chǎn)卵期，后者為一般用水期，然后分別為其選定百分比進(jìn)行計(jì)算。考慮到贛江的4～6月份為四大家魚產(chǎn)卵和各類植物生長(zhǎng)的高峰期，因此4～6月為特殊用水期，7月至次年3月為一般用水期。多數(shù)情況下，一般用水期選擇10%的百分比，特殊用水期選擇30%的百分比。

（2） IHA-RVA法。RVA法建立在IHA指標(biāo)的基礎(chǔ)之上，通過分析長(zhǎng)序列水文數(shù)據(jù)RVA閾值，計(jì)算河流系統(tǒng)生態(tài)流量。此閾值即各指標(biāo)的上限及下限，分別采用各個(gè)指標(biāo)發(fā)生機(jī)率為75%和25%對(duì)應(yīng)的數(shù)值。RVA法從提出到不斷被研究學(xué)者們改進(jìn)之后，已有多種計(jì)算方法，各個(gè)方法均有其適用性，本文根據(jù)贛江流域的水文情勢(shì)特征選擇方法如下［32］：Qe=Qj－（Q上－Q下）（3）式中：Qe為生態(tài)流量，Qj為月均流量，Q上為RVA上限值，Q下為RVA下限值，m3/s。

（3） Texas法。Texas法取特定保證率下月均流量的特定百分比作為生態(tài)流量，其中特定百分比是以研究區(qū)典型動(dòng)植物水量需求設(shè)定的。研究表明，可將保證率為25%，50%，75%下流量的50%分別作為高、中、低生態(tài)流量［33-34］。鑒于本文對(duì)適宜生態(tài)流量的要求為目標(biāo)生態(tài)流量的滿足度盡可能高，故本文選取保證率為25%，特定百分比為50%對(duì)應(yīng)的生態(tài)流量。

（4） 逐月頻率法。逐月頻率法是以天然徑流長(zhǎng)序列為基礎(chǔ)，將徑流在年內(nèi)劃分為不同的時(shí)期，并分別給定保證率［35-36］?？紤]到贛江流域豐、平、枯水期的節(jié)律變化明顯，本文依據(jù)水期進(jìn)行劃分：4～6月為豐水期，10月至次年2月為枯水期，7～9月以及3月為平水期，并分別給定50%，90%，70%的保證率。

2.4 生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)方法的提出

為定量分析評(píng)價(jià)基于水文學(xué)方法所計(jì)算的生態(tài)流量的適宜性，本文提出生態(tài)流量的適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)該在水文變異的閾值區(qū)間內(nèi)，盡可能與天然流量保持一致，目標(biāo)生態(tài)流量的滿足度盡可能高，構(gòu)建了閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)、達(dá)標(biāo)率3個(gè)指標(biāo)?；谶@3項(xiàng)指標(biāo)，提出能綜合性評(píng)價(jià)生態(tài)流量適宜性的指數(shù)。

（1） 閾值區(qū)間保證率。閾值區(qū)間保證率即生態(tài)流量落在RVA閾值區(qū)間內(nèi)的月份占總月數(shù)的比例。參考IHA指標(biāo)體系對(duì)變異程度的等級(jí)劃分，本文采用若超過1/3月份的流量都落在區(qū)間外，則說明流量受破壞程度較高，反之則較低，破壞程度較高時(shí)則不利于生物的生存繁衍。P=12j=1sgn（Q上，Q下，Qe）N（4）

（2） 偏差指數(shù)。隨著研究的不斷深入，越來越多的科學(xué)家和河流管理者意識(shí)到，天然流量過程才是對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)最好的流量過程［12］。偏差指數(shù)即生態(tài)流量在天然徑流兩側(cè)的離散程度。由于中位數(shù)是統(tǒng)計(jì)總體處于中等水平的標(biāo)志，當(dāng)數(shù)據(jù)總體呈現(xiàn)偏斜分布時(shí)，作為一般性水平的中位數(shù)所受偏斜度的影響很?。?7］。因此偏差指數(shù)的計(jì)算公式為

（3） 達(dá)標(biāo)率。達(dá)標(biāo)率即天然流量能夠滿足生態(tài)流量的時(shí)間與總時(shí)間的比值?！兜谝慌攸c(diǎn)河湖生態(tài)流量保障目標(biāo)（試行）》中規(guī)定，河流主要控制斷面生態(tài)流量保障情況原則上按日均流量進(jìn)行評(píng)價(jià)。第一批制定目標(biāo)斷面均是現(xiàn)階段生態(tài)流量保障情況較好的斷面，采用日均流量作為達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)比較合理，但某些生態(tài)保障較差的河流用此標(biāo)準(zhǔn)則過于嚴(yán)苛，故在此基礎(chǔ)上增加月均流量達(dá)標(biāo)率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4） 適宜性指數(shù)。將已建立的3項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合為一個(gè)指標(biāo)，可以全面且直觀地反映各個(gè)方法的適宜性。適宜性指數(shù)的建立采用幾何平均值法，公式為I=4PSDSMF（14）式中：I為綜合處理后的適宜性指數(shù)。I的取值范圍為0～1，I值越接近1，說明該生態(tài)流量計(jì)算方法對(duì)于研究區(qū)域的適宜性越好。

3 贛江干流生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 贛江干流年均徑流非一致性檢驗(yàn)

通過M-K檢驗(yàn)與累積距平法分析的突變性如圖2所示。M-K檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量UFk與UFb的交點(diǎn)即序列可能存在的突變點(diǎn)，分別為1964，1969，1973，1991年這4個(gè)點(diǎn)；累積距平法圖像的極值點(diǎn)即序列可能存在的突變點(diǎn)，分別為1961，1971，1991，2002年這4個(gè)點(diǎn)。圖2（a）中1962～1970年間統(tǒng)計(jì)變量UFk＜0，說明外洲站年均徑流在時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；1970～1978年間統(tǒng)計(jì)變量UFk呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)；1978年以后統(tǒng)計(jì)變量UFk＞0，說明外洲站年均徑流在時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。上述前兩個(gè)時(shí)段與圖2（b）累積距平均值的變化趨勢(shì)一致，但1978年以后的累積距平值以1991年為界點(diǎn)呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)，且1991年亦為M-K檢驗(yàn)的突變點(diǎn)。因此，可最終確定突變年份為1991年。已有研究表明［38-39］，在多因素影響下的徑流響應(yīng)關(guān)系中，贛江干流的降雨與徑流相關(guān)性和關(guān)聯(lián)度最大，是驅(qū)動(dòng)徑流變化的主要因子，在20世紀(jì)80年代為少雨期，90年代為多雨期，降雨量在1991年為明顯突變點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致徑流也發(fā)生突變，故變異年份的確定合理。

此突變點(diǎn)將直接運(yùn)用于后續(xù)河流水文情勢(shì)改變度分析中，基于此劃分水文序列“影響前”與“影響后”。

3.2 贛江干流水文情勢(shì)改變度

（1） IHA。通過IHA指標(biāo)體系直接計(jì)算出的改變度如表1所列，利用公式（2）計(jì)算出河流系統(tǒng)的整體改變程度為HAF=27%，根據(jù)改變程度的分級(jí)，贛江干流的水文情勢(shì)改變度較低。

（2） PCA-IHA。首先基于外洲站56 a的日徑流數(shù)據(jù)對(duì)32個(gè)IHA指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3（a）所示，可以看出大部分指標(biāo)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0～0.999之間，平均值為0.19。

運(yùn)用PCA對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣計(jì)算特征根和累積貢獻(xiàn)率，特征根大于1且累積貢獻(xiàn)率大于80%的主成分有8個(gè)。針對(duì)這8個(gè)主成分計(jì)算每個(gè)因子的載荷值，所選出的代表指標(biāo)分別為落水率、高流量脈沖次數(shù)、最小流量發(fā)生時(shí)間、低流量脈沖歷時(shí)、逆轉(zhuǎn)次數(shù)、最大流量發(fā)生時(shí)間、高流量脈沖歷時(shí)、最大7 d流量。

優(yōu)選出的8個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果如圖3（b）所示，相關(guān)系數(shù)在0～0.27之間，平均值為0.09。因此，運(yùn)用這8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行贛江干流水文情勢(shì)變化評(píng)價(jià)時(shí)，能夠顯著降低指標(biāo)相關(guān)性帶來的數(shù)據(jù)冗余。再利用這8個(gè)指標(biāo)結(jié)合公式（2）計(jì)算河流系統(tǒng)整體的水文情勢(shì)改變程度，可得HAF=28%，與傳統(tǒng)IHA指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果十分接近，均為低改變度，說明人類活動(dòng)對(duì)贛江流域的水文情勢(shì)影響較小。

3.3 贛江干流生態(tài)流量計(jì)算及適宜性評(píng)價(jià)

理論上，用水文學(xué)法計(jì)算生態(tài)流量需要使用還原后的天然徑流資料，但由于贛江用水資料缺失，無法對(duì)變異點(diǎn)1991年后的流量序列進(jìn)行還原。同時(shí)，通常所認(rèn)為的水文序列還原至“天然狀態(tài)”也并非真的天然狀態(tài)，而是受人類活動(dòng)影響較低的狀態(tài)［34］。由IHA指標(biāo)分析結(jié)果可知，贛江干流整體的水文情勢(shì)改變度較低，故直接使用1960～2015年的實(shí)測(cè)日流量序列進(jìn)行生態(tài)流量的計(jì)算。基于各個(gè)方法的生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果如表2及圖4所示，對(duì)比Tennant法推薦的保護(hù)水生生態(tài)的河流流量狀況標(biāo)準(zhǔn)，RVA法與Texas法可以使河流生態(tài)保持在“中-最佳”范圍，逐月頻率法可以使河流生態(tài)保持在“好-最佳”的范圍。

根據(jù)本文提出的適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)各種方法及最終選定的生態(tài)流量進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)、達(dá)標(biāo)率的逐月結(jié)果如圖4～5所示。

3.3.1 閾值區(qū)間保證率分析

由圖4可知，逐月頻率法的閾值區(qū)間保證率為83%，其僅在枯水期的1月和2月低于RVA下限流量；RVA法與Texas法的計(jì)算結(jié)果在豐水期與枯水期時(shí)幾乎均低于閾值下限，平水期則位于閾值區(qū)間內(nèi)，整體的閾值區(qū)間保證率分別為50%和17%；Tennant法以多年平均徑流為基礎(chǔ)，只有12月位于閾值區(qū)間內(nèi)，閾值區(qū)間保證率為8%。

3.3.2 偏差指數(shù)分析

Tennant法的偏差指數(shù)均值為3.05，整體呈現(xiàn)豐水期＞枯水期的趨勢(shì)，最大值5.12出現(xiàn)在7月，最小值1.47出現(xiàn)在10月，整體偏差指數(shù)值偏大且波動(dòng)范圍較大，說明該方法所得的生態(tài)流量過小，與天然水文節(jié)律的偏差過大，尤其是豐水期魚類產(chǎn)卵繁殖所需的流量難以滿足；RVA法的偏差指數(shù)均值為1.61，整體呈現(xiàn)豐水期＜枯水期的趨勢(shì)，最大及最小偏差指數(shù)出現(xiàn)在3月及8月，分別為2.36和0.89，整體波動(dòng)范圍不大，相比之下豐水期的生態(tài)流量較枯水期有更好的保障，且與天然水文節(jié)律的偏差也更?。籘exas法的偏差指數(shù)均值為1.63，與RVA法相差無幾，最大值2.52、最小值1.15分別出現(xiàn)在12月和6月，波動(dòng)范圍與RVA法亦相差無幾，其余月份的偏差指數(shù)也呈現(xiàn)豐水期＜枯水期的趨勢(shì)；逐月頻率法的偏差指數(shù)均值為1.22，整體呈現(xiàn)豐水期＜枯水期的趨勢(shì)，最大及最小偏差指數(shù)出現(xiàn)在5月及2月，分別為1.92和0.50，整體偏差指數(shù)較小且波動(dòng)范圍較小，說明該方法計(jì)算得到的生態(tài)流量與天然水文節(jié)律偏差較小，維持河流生境所需的水文節(jié)律能夠得到完整的保障。

3.3.3 達(dá)標(biāo)率分析

從日達(dá)標(biāo)率來看，Tennant法僅在枯水期的12月至次年2月不足90%，其余月份均大于90%，平水期的3，7月以及豐水期的日達(dá)標(biāo)率接近100%，說明此方法確定的生態(tài)流量值過小，甚至與枯水期所出現(xiàn)的最枯流量相差無幾，雖然天然流量幾乎完全可以滿足，但是對(duì)生態(tài)需水的保障過低；RVA法整體呈現(xiàn)枯水期＞豐水期＞平水期的趨勢(shì)，平水期的日達(dá)標(biāo)率在60%左右，其余月份均大于80%，整體波動(dòng)范圍較大；Texas法整體呈現(xiàn)枯水期＞平水期＞豐水期的趨勢(shì)，僅3月與7月低于80%；逐月頻率法整體呈現(xiàn)枯水期＞平水期＞豐水期的情況，豐水期達(dá)標(biāo)率在50%～60%，平水期在70%以上，枯水期則大于80%，整體波動(dòng)范圍極大。

月尺度下的達(dá)標(biāo)率均大于日達(dá)標(biāo)率，Tennant法在豐水期及平水期的月達(dá)標(biāo)率均接近100%；RVA法的月達(dá)標(biāo)率趨勢(shì)同日達(dá)標(biāo)率，但8月相較于日達(dá)標(biāo)率則無明顯增大；Texas法僅2月和7月在80%以上，其余月份均大于90%甚至接近100%；逐月頻率法在枯水期的達(dá)標(biāo)率在60%左右，其余月份較日達(dá)標(biāo)率有明顯增長(zhǎng)，均大于80%。

3.3.4 生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)

綜上所述，在閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)方面，逐月頻率法最優(yōu)，但其日達(dá)標(biāo)率與月達(dá)標(biāo)率最低；從日達(dá)標(biāo)率、月達(dá)標(biāo)率的角度來看，Tennant法的計(jì)算結(jié)果最優(yōu)，但其閾值區(qū)間保證率最低，偏差指數(shù)最高。

各個(gè)方法均有其優(yōu)劣，為更加綜合、直觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)各個(gè)計(jì)算方法的適宜性程度，本文基于提出的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立了適宜性指數(shù)，其值越趨近于1，表明該方法的適宜性越高。將各個(gè)方法的適宜性指數(shù)計(jì)算整理如表3所列，Tennant法、RVA法、Texas法、逐月頻率法對(duì)于贛江干流的適宜性指數(shù)依次為0.40，0.68，0.53，0.80，說明逐月頻率法對(duì)贛江干流的適宜性更高，可用于贛江干流的生態(tài)流量計(jì)算。

4 結(jié) 論

本文基于水文學(xué)法的數(shù)理統(tǒng)計(jì)特性，提出了閾值區(qū)間保證率、偏差指數(shù)、達(dá)標(biāo)率等3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并基于此建立了生態(tài)流量適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)，可定量分析各生態(tài)流量計(jì)算方法的適用程度，為生態(tài)流量計(jì)算方法的選取提供更直接、更科學(xué)的檢驗(yàn)方法。同時(shí)，將此評(píng)價(jià)體系運(yùn)用于贛江干流的生態(tài)流量計(jì)算與評(píng)價(jià)中，得出以下結(jié)論：

（1） 考慮徑流非一致性，運(yùn)用M-K檢驗(yàn)法、累積距平法檢驗(yàn)出水文變異年份為1991年，IHA指標(biāo)結(jié)果顯示變異點(diǎn)后的水文情勢(shì)改變系數(shù)為27%；為降低指標(biāo)間的相關(guān)性帶來的數(shù)據(jù)冗余，利用PCA方法篩選出8個(gè)代表性IHA指標(biāo)，其計(jì)算出的水文情勢(shì)改變系數(shù)與傳統(tǒng)IHA指標(biāo)體系的計(jì)算結(jié)果一致，說明人類活動(dòng)對(duì)贛江流域天然水文情勢(shì)的影響較低，可直接運(yùn)用1960～2015年的實(shí)測(cè)日流量序列。

（2） Tennant法的閾值區(qū)間保證率最低、偏差指數(shù)最高，所計(jì)算的生態(tài)流量過低且與天然水文節(jié)律偏差過大，且適宜性指數(shù)為0.40，對(duì)贛江干流的適宜性極低；Texas法的偏差指數(shù)相較于Tennant法顯著減小，但其閾值區(qū)間保證率亦過低，計(jì)算結(jié)果難以滿足實(shí)際需求，其適宜性指數(shù)為0.53，對(duì)贛江流域的適宜性亦較低；RVA法的閾值區(qū)間保證率相較于Texas法有一定程度增大，但達(dá)標(biāo)率有一定程度減小，適宜性指數(shù)為0.68，對(duì)贛江干流的適宜性有一定程度增大；逐月頻率法的閾值區(qū)間保證率最高、偏差指數(shù)最低，雖然達(dá)標(biāo)率相較于前3種方法有所減小，但綜合適宜性指數(shù)為 0.80，對(duì)贛江干流的適宜性顯著大于前3種方法，可用于贛江干流生態(tài)流量的計(jì)算。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on suitability evaluation of ecological flow based on hydrological methodsZHAO Yuheng1，CHAO Liqiang2，WANG Yuankun3，LI Ran1，WANG Yuanming1

（1.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China； 2.China Water Resources Beifang Investigation，Design and Research Co.LTD.，Tianjin 300222，China； 3.School of Water Resources and Hydropower Engineering，North China Electrical Power University，Beijing 102206，China）

Abstract： The exploitation and utilization of water resources have changed the natural hydrological regime of rivers and impacted the ecological environments of rivers.Ensuring a suitable ecological flow is crucial for the preservation of river ecosystems.Considering the runoff inconsistencies and the data redundancy，we employ the M-K method，Cumulative Offset Verification and the PCA-IHA index system to evaluate the alteration degree of a hydrological regime more accurately.A comprehensive ecological flow suitability evaluation system is established based on the hydrological method of ecological flow calculation.We propose three evaluation indexes such as the threshold interval guarantee rate，deviation index，and standard compliance rate，and then establish a suitability index synthetically.The application of this system to the mainstream of the Ganjiang River revealed that：① The alteration degree of the hydrological regime in the Ganjiang River mainstream from 1960 to 2015 was low，with a variation point in 1991.② Each hydrological method has its strengths and weaknesses in the proposed evaluation index，and the suitability index varies significantly，which indicates that this evaluation system can effectively filter out the calculation method most suitable for the study area.In the case of the Ganjiang River mainstream，the most suitable method is the monthly frequency method，with a suitability index of 0.8.The research results can provide a scientific reference for improving the suitability evaluation system of ecological flow.

Key words： ecological flow；suitability evaluation；hydrological method；hydrological regime；Ganjiang River

收稿日期：2023-04-11；接受日期：2023-06-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U2240212）

作者簡(jiǎn)介：趙漁亨，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境與生態(tài)水力學(xué)。E-mail：yhzhao290048@163.com

通信作者：李 然，女，研究員，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境與生態(tài)水力學(xué)。E-mail：liran@scu.edu.cn