六盤山引水工程中生態(tài)基流的研究

曹建忠

（寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 銀川 750004）

1 問題的提出

六盤山引水工程是寧夏固原地區(qū) （寧夏中南部）城鄉(xiāng)飲水安全水源工程的俗稱，是將寧夏固原地區(qū)南部六盤山東麓雨量較多、水量相對(duì)較豐沛的涇河流域地表水，經(jīng)攔截、調(diào)蓄，向北輸送到固原中北部干旱缺水地區(qū)的區(qū)域性水資源優(yōu)化配置工程，其任務(wù)是向干旱缺水的寧夏中南部地區(qū)的固原市原州區(qū)和彭陽(yáng)、西吉、海原縣部分城鎮(zhèn)居民生活和農(nóng)村人畜供水，解決111.79萬(wàn)城鄉(xiāng)居民的飲水安全問題。

工程的調(diào)出區(qū)位于寧夏南部六盤山東麓的涇河流域，是寧夏地表水資源最豐富、水質(zhì)最好的地區(qū)，而且當(dāng)?shù)赜盟啃。_發(fā)利用程度低。為了減少對(duì)下游的影響采用多點(diǎn)分散取水方案，取水河段主要位于涇河流域的涇河干流、策底河、暖水河和頡河，布設(shè)可能取水點(diǎn)11個(gè)，選定9個(gè)；多年平均調(diào)水量3980萬(wàn)m3，規(guī)劃水平2020年供水量為3720萬(wàn)m3。

本工程屬跨流域調(diào)水工程，調(diào)出區(qū)可調(diào)水量是確定調(diào)水規(guī)模的重要依據(jù)，而取水點(diǎn)生態(tài)基流是確定可調(diào)水量的一個(gè)重要因素。目前，生態(tài)基流的計(jì)算方法多樣且不成熟，同時(shí)我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中缺乏完整、具體的有關(guān)生態(tài)基流的相關(guān)條款，造成水利規(guī)劃、水工程設(shè)計(jì)中缺乏具體的技術(shù)要求和依據(jù)。為此，需采用多種方法進(jìn)行分析計(jì)算，合理采用生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果。

2 生態(tài)基流概述

根據(jù)水總環(huán)移 ［2010］248號(hào) “關(guān)于印發(fā) 《水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)指標(biāo)體系與應(yīng)用指導(dǎo)意見》的通知”，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境基本需水量需考慮：維持河道基本生態(tài)功能的最小需水量 （包括防止河道斷流、維持河流自凈能力、河道沖沙輸沙以及維持河湖水生生物基本生存的水量）；維持通河湖泊濕地生態(tài)功能的最小需水量 （包括湖泊、沼澤地以及必要的地下水補(bǔ)給等需水）；維系河口生態(tài)環(huán)境的最小需水量 （包括沖淤補(bǔ)港、防潮壓咸即河口生物保護(hù)需水等）；維持河道重要景觀的最小水量。以上各類需水是重疊的，即一水多用。結(jié)合本項(xiàng)目取水河段位于涇河源頭區(qū)、流量小、泥沙含量低等特點(diǎn)，主要考慮維持河道基本生態(tài)功能的最小需水量即防止河道斷流、維持河流自凈能力、河道沖沙輸沙以及維持河湖水生生物基本生存的水量。

目前，生態(tài)基流分析計(jì)算方法有水文學(xué)法、水力學(xué)法、生境模擬法和整體法等多種，水文學(xué)法和水力學(xué)法運(yùn)用較為普遍。常用方法有Tennant法、90%保證率法最枯月平均流量法、最小月平均徑流法、近10年最枯月平均流量法、流量歷時(shí)曲線法、濕周法、7Q10法等。根據(jù)本工程取水河段的特點(diǎn)以及河流水文資料情況，主要選取Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均徑流法和7Q10法對(duì)生態(tài)基流進(jìn)行分析計(jì)算。

3 取水點(diǎn)生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果

3.1 取水點(diǎn)布設(shè)

在取水河段上布設(shè)可能取水點(diǎn)11個(gè)，其中涇河干流6個(gè)，分別為龍?zhí)端畮?kù)、新民林場(chǎng)、蘭大莊、黃林寨、紅家峽、西峽水庫(kù)；策底河1個(gè)，為石咀子；暖水河2個(gè)，為暖水河水庫(kù)和白家溝；頡河2個(gè)，為清水溝和臥羊川。涇河干流和策底河上的取水點(diǎn)以涇河源水文站為代表站，暖水河和頡河上的取水點(diǎn)以三關(guān)口水文站為代表站。

3.2 代表站水文特征值

涇河源水文站位于涇源縣涇河源鎮(zhèn)，屬黃河流域涇河水系涇河上游控制站，亦為六盤山東麓區(qū)域代表站，該站設(shè)于1979年1月1日，斷面以上集水面積為148km2，至河源25.5km。1998年6月斷面下遷1.5km，集水面積151km2，為涇河源（二）站，上游4km龍?zhí)峨娬居幸欢ㄏ鳒p洪峰作用。

三關(guān)口水文站位于涇源縣六盤山鎮(zhèn)三關(guān)口村，屬黃河流域涇河水系一級(jí)支流頡河控制站，也是六盤山東側(cè)半濕潤(rùn)石山林區(qū)代表站。該站設(shè)立于1960年5月25日，1962年停測(cè)，1966年恢復(fù)至今，1974年5月測(cè)驗(yàn)斷面下遷80m，為三關(guān)口（二）站。斷面以上集水面積218km2，至河源21.km，至河口29km。兩個(gè)代表站水文特征值見表1（表中特征值為1956～2008年系列統(tǒng)計(jì)值）。

表1 代表站水文特征指標(biāo)表

3.3 取水點(diǎn)生態(tài)基流計(jì)算方法及結(jié)果

生態(tài)基流計(jì)算方法中有以流量為計(jì)算依據(jù)的，也有以徑流量為計(jì)算依據(jù)的；計(jì)算結(jié)果又有年值、月值和日值之分；為方便對(duì)比分析，計(jì)算時(shí)統(tǒng)一以徑流量為依據(jù)，以年值結(jié)果進(jìn)行表述。

3.3.1 Tennant法

Tennant法以多年平均徑流量的百分?jǐn)?shù)來(lái)描述生態(tài)基流，計(jì)算結(jié)果為年值。根據(jù)北方河流的特點(diǎn)及寧夏處于干旱缺水地區(qū)的實(shí)際情況，選取10%進(jìn)行計(jì)算。11個(gè)可能取水點(diǎn)多年平均徑流量之和為11468萬(wàn)m3，則生態(tài)基流為1147萬(wàn)m3。

3.3.2 90%保證率最枯月平均流量法

以各取水點(diǎn)90%保證率最枯月平均徑流量作為生態(tài)基流，計(jì)算結(jié)果為月值，乘以12轉(zhuǎn)換為年值。

由于各取水點(diǎn)無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，故以代表站實(shí)測(cè)水文資料為依據(jù)，通過取水點(diǎn)和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站90%保證率最枯月平均徑流量得出各取水點(diǎn)生態(tài)基流月值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為年值。據(jù)此計(jì)算出11個(gè)可能取水點(diǎn)生態(tài)基流月值之和為124萬(wàn)m3，年值之和為1488萬(wàn)m3。

3.3.3 近十年最枯月平均流量法

以各取水點(diǎn)近十年（1998～2008年）最枯月平均徑流量作為生態(tài)基流，計(jì)算結(jié)果為月值，乘以12轉(zhuǎn)換為年值。

通過取水點(diǎn)和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站近十年最枯月平均徑流量得出各取水點(diǎn)生態(tài)基流月值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為年值。據(jù)此計(jì)算出11個(gè)可能取水點(diǎn)生態(tài)基流月值之和為222萬(wàn)m3，年值之和為2668萬(wàn)m3。

3.3.4 最小月平均徑流法

以各取水點(diǎn)最枯月平均徑流量作為生態(tài)基流，計(jì)算結(jié)果為月值，乘以12轉(zhuǎn)換為年值。

通過取水點(diǎn)和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站最枯月平均徑流量得出各取水點(diǎn)生態(tài)基流月值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為年值。據(jù)此計(jì)算出11個(gè)可能取水點(diǎn)生態(tài)基流月值之和為265萬(wàn)m3，年值之和為3184萬(wàn)m3。

3.3.5 7Q10法

以各取水點(diǎn)90%保證率最枯連續(xù)7d的平均水量作為生態(tài)基流，計(jì)算結(jié)果為日值，乘以365轉(zhuǎn)換為年值。

通過取水點(diǎn)和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站90%保證率最枯連續(xù)7d的平均水量得出各取水點(diǎn)生態(tài)基流日值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為年值。據(jù)此計(jì)算出11個(gè)可能取水點(diǎn)生態(tài)基流日值之和為2.30萬(wàn)m3，年值之和為839萬(wàn)m3。

不同方法生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果匯總見表2。

表2 不同方法生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果匯總表 單位：萬(wàn)m3

4 取水點(diǎn)生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果分析及采用

從計(jì)算結(jié)果看出：近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法計(jì)算結(jié)果較大，分別為多年平均徑流量的23%和28%；7Q10法計(jì)算結(jié)果較小，為多年平均徑流量的7%；Tennant法和90%保證率最枯月平均流量法計(jì)算結(jié)果適中，分別為多年平均徑流量的10%和13%。

Tennant法采用水文資料的年值計(jì)算，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法采用水文資料的月值計(jì)算，7Q10法采用水文資料的日值計(jì)算。

從水文資料的精度要求看，7Q10法要求的精度最高，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法方法要求次之，Tennant法要求最低。本工程取水點(diǎn)代表站中，涇河源站只有1977～2008年、三關(guān)口站只有1966～2008年實(shí)測(cè)水文資料，其他年份為插補(bǔ)延長(zhǎng)（延長(zhǎng)到1956年），故從水文資料的精度上來(lái)看，實(shí)測(cè)年徑流、月徑流、日徑流資料精度逐漸下降，以此為基礎(chǔ)計(jì)算的生態(tài)基流結(jié)果可靠性應(yīng)依次下降，即Tennant法計(jì)算結(jié)果較可靠，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法計(jì)算結(jié)果可靠性其次，7Q10法計(jì)算結(jié)果可靠性最差。

90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和7Q10法適合水資源量小且開發(fā)利用程度已經(jīng)較高的河流，均用于納污能力計(jì)算。最小月平均徑流法適用于干旱、半干旱區(qū)域、生態(tài)環(huán)境目標(biāo)復(fù)雜的河流，對(duì)生態(tài)環(huán)境目標(biāo)相對(duì)單一地區(qū)，計(jì)算結(jié)果偏大；本工程各取水點(diǎn)均位于濕潤(rùn)區(qū)，生態(tài)環(huán)境目標(biāo)相對(duì)單一，故計(jì)算結(jié)果偏大。Tennant法適用于流量較大的河流，作為河流進(jìn)行最初目標(biāo)管理、戰(zhàn)略性管理方法使用。

根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局辦公廳環(huán)辦函［2006］11號(hào)“關(guān)于印發(fā)水電水利建設(shè)項(xiàng)目水環(huán)境與水生生態(tài)保護(hù)技術(shù)政策研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要的函”，維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需最小水量一般不應(yīng)小于河道控制斷面多年平均流量的10%（當(dāng)多年平均流量大于80m3／s時(shí)按5%取用），在生態(tài)系統(tǒng)有更多更高需要時(shí)應(yīng)加大流量，不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同類型河流、同一河流不同河段的生態(tài)用水要求差異較大，應(yīng)針對(duì)具體情況采取合適計(jì)算方法予以確定。

本工程取水河段水資源量小、開發(fā)利用程度低，而調(diào)入?yún)^(qū)又處于極度缺水的干旱地區(qū)，依據(jù)上述文件精神結(jié)合各種方法的計(jì)算結(jié)果，本工程生態(tài)基流采用Tennant法以多年平均徑流量的10%進(jìn)行計(jì)算比較合理、可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)水利規(guī)劃、水工程設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)生態(tài)基流的具體技術(shù)要求和依據(jù)，現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中缺乏相關(guān)的條款，生態(tài)基流的計(jì)算方法多樣且不成熟。本文采用Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均徑流法和7Q10法對(duì)六盤山引水工程取水點(diǎn)生態(tài)基流進(jìn)行了分析計(jì)算和比較，結(jié)合取水河段水資源量小、開發(fā)利用程度低而調(diào)入?yún)^(qū)又處于極度缺水干旱地區(qū)的特點(diǎn)，推薦適應(yīng)于本工程的計(jì)算方法——Tennant法。

1 水總環(huán)移［2010］248號(hào)“關(guān)于印發(fā)《水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)指標(biāo)體系與應(yīng)用指導(dǎo)意見》的通知”

2 環(huán)評(píng)函［2006］4號(hào)“關(guān)于印發(fā)《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》的函”

3 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局辦公廳環(huán)辦函［2006］11號(hào)“關(guān)于印發(fā)水電水利建設(shè)項(xiàng)目水環(huán)境與水生生態(tài)保護(hù)技術(shù)政策研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要的函”