南方季節性河流河道內生態需水研究
——以長江荊南三口為例

何 蒙，呂殿青，代 穩，2

(1.湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南 長沙 410006；2.六盤水師范學院，貴州 六盤水 553004)

南方季節性河流河道內生態需水研究
——以長江荊南三口為例

何 蒙1，呂殿青1，代 穩1，2

(1.湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南 長沙 410006；2.六盤水師范學院，貴州 六盤水 553004)

考慮南方季節性河流年內徑流分布嚴重不均的問題，依據1951—2015年長江荊南三口5站實測原型年徑流量序列，采用Mann-Kendall等方法檢測其徑流序列的突變年份，通過GEV概率密度最大流量、汛期最小輸沙量等方法分別計算了荊南三口河道內生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量。結果表明：①水文序列的突變年份判別為1970年，由此將水文序列劃分為變異前(1951—1970年)和變異后(1971—2015年)兩段。②水文變異前，河道內年生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量分別為1239.27×108m3、910.01×108m3、425.70×108m3；水文變異后，河道內年生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量分別為563.32×108m3、501.13×108m3、111.54×108m3。③在季節上，為保障季節性河流河道內全年均滿足生態流量，1、2、3、4、11、12月份應滿足的生態需水量為1647.28m3/s，5—10月份應滿足的生態需水量分別為873.87m3/s、2499.59m3/s 、5812.76m3/s 、4346.89m3/s 、3901.18m3/s 、1721.70m3/s。④從綜合角度考慮，水文變異下長江荊南三口季節性河流河道內年生態需水量為752.71×108m3，年輸沙需水量為910.01×108m3，年水質凈化需水量為425.70×108m3。

生態需水量；輸沙需水量；水質凈化需水量；季節性河流；荊南三口

隨著人類活動的加劇以及其對生態環境影響程度的增強，河流生態需水問題成為當前研究的熱點。在全球范圍內，生態環境需水的計算方法有200多種[1]，主要包括水文設定法、水力參數法和棲息地模擬法等。胡波等人[2]采用生態需水系數-水文參數耦合模型分別計算了瀾滄江與紅河的河道內生態需水量與生態需水流量；倪晉仁等[4]結合觀測資料與河流生態需水確定原則對黃河下游河流最小生態環境需水量進行了初步研究；于魯冀等人[5]利用斜率法、曲率法和多目標評價法3種改進濕周法計算分析了賈魯河不同頻率年河道內生態需水量，但在生態需水量的界定方面至今尚無統一的概念。許炯心將天然河流劃分為常流河流與季節河流，常流河流是指河道內常年維持一定流量的河流，而季節性河流是指一年中某一季或某一段較長的時間干涸無水的河流[6]。依據地理學的定義，河流是由河道和河道中足夠流動的水構成，而足夠流動的水則是河流各項功能的基礎，也是生態環境功能的基礎。一般而言，季節性河流多出現在干旱地區，但在我國南方豐水地區，也存在季節性缺水河流。我國南方季節性缺水河流，水資源總量豐富，但時空分布跨度大，許多河流在枯水時期出現了諸如斷流、水環境容量驟降等導致生態系統功能損壞的現象[7]。20世紀50年代以來，長江荊南三口5站在枯水期除松滋河西支的新江口有較少的流量外，其余4站每年均發生不同程度的斷流現象，尤其是特枯年景，如2006年的沙道觀和管家鋪斷流時間均達半年以上[8]，使生態需水量極度貧乏，同時河道水體含沙量大，嚴重損害河道水生態系統。在氣候變化和人類活動的共同作用下，地表水文過程發生了顯著的變化，而生態需水不僅是水資源配置的一個基本理論問題，更是水資源管理中一個實際應用問題，為保障南方季節性河流生態系統的良性發展，在水文變異基礎上對河流系統的河道內生態需水進行研究很有必要。本文在運用Mann-Kendall、累積距平法等方法判別水文突變年份的基礎上，從水文變異前后尺度上，計算長江荊南三口年與月的河道內生態需水量、年輸沙需水量和年水質凈化需水量，為制定該地區水資源管理、水資源開發利用和優化水利工程生態水調度方案等提供參考。

1 研究區概況與基礎數據來源

荊江是指長江干流枝城至城陵磯河段的別稱，全長約360km。荊南三口(荊江南岸的松滋河、虎渡河、藕池河口)是指分泄長江水進入洞庭湖北部地區所組成的水網[9]。其在豐水季節，水流豐沛，甚至洪水奔涌，且含沙量大；而枯水季節，河水斷流，河床裸露：為典型的南方季節性缺水河流。

本文選取位于荊南三口河系的5個主要水文控制站點(即松滋口的新江口站和沙道觀、虎渡口的彌陀寺站、藕池河的管家鋪站和康家崗站)的總年徑流量與總輸沙量數據作為判別變異點、計算年生態需水量、輸沙需水量的原始數據，采用其月徑流量觀測數據作為逐月計算生態需水量的原始數據。數據來自于湖南省水利水電勘測設計研究總院和湖南省水文資源勘測網站上的水情日報表。部分缺失數據通過與相鄰的水文站水文序列建立回歸關系進行插補(相關系數達0.8以上)。

2 研究方法

在氣候和人類活動的雙重影響下，水文序列往往發生變異，使得前后水文序列的總體分布不一致，不符合水文資料的一致性要求。于是選用長江荊南三口五站1951—2015年總徑流量作為考察水文變異的指標，通過水文變異點來劃分水文變異前后水文序列，并據此利用荊南三口總年徑流量、月均流量、月輸沙量計算水文變異前后長江荊南三口河道內生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量，以便作比較分析。

2.1 水文突變年份的檢驗

近60多年來長江中上游地區修建了荊江系統裁彎、葛洲壩水利樞紐、三峽水庫等眾多水利工程，從而改變了荊江河段的水沙輸送量及分配時間。受其影響，荊南三口一方面水沙量減少，另一方面在枯水季節，除松滋河西支的新江口外，其余4站每年均發生不同程度的斷流現象，且斷流天數呈逐期增加趨勢(表1)。因此需要檢驗水文序列的異點，便于比較水文變異前后荊南三口河道內生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量。

考慮單一檢測方法有其適用流域的局限性，本研究分別運用M-K檢驗法[10-11]、累計距平法[9]及滑動t檢驗法[12]聯合判斷長江荊南三口5個控制站(新江口站、沙道觀、彌陀寺、管家鋪和康家崗)近65年的總年徑流(5站年徑流量之和)突變年份。然后將以上三種方法的檢測結果進行綜合分析，確定荊南三口河系徑流序列的變異點。

表1 荊南三口各時期平均斷流天數[8]

2.2 河道內生態需水量計算方法

對于河流生態系統而言，流量、水位、流速、水質等都是限制生物發展的重要生態因子。其中流量不僅與河流生態系統的限制性因子有關，而且是其系統的重要限制因子，因此可將流量作為計算河道內生態需水量的原始數據。在生物生長與發展的過程中會存在其最適生存環境，而生物在最適環境中，具有個數最多、生長速度最快、生長得最好的特征，隨著生態環境偏離最優狀態，該生物雖然可以出現生長，但生長速度減慢，且當生態因子繼續偏離最適值，超過耐受上限，該物種就不再生長，個數減少，直到消失。而長期的自然選擇使得生物適應出現頻率較高的環境因子，所以頻率最大的流量最適合河道內生態系統[13]。因此，本文采用廣義極值(GEV)分布的頻率最大處流量作為河道內生態需水量，并運用P-Ⅲ型分布90%頻率流量與其結果進行比較。

2.2.1 GEV概率密度最大流量法

GEV概率密度分布函數為：

(1)

(2)

式中：σ是尺度參數，影響分布尺度；μ是位置參數，影響分布水平位置；ξ是形狀參數，影響分布尾部情況，ξ=0、ξ>0和ξ<0分別對應Gumbel分布、Weibull分布和Frechet分布。

運用線形矩法對GEV分布進行參數估計。將觀測到的n個樣本值的變量X從小到大排列。xj為序列中第j個值。前三階的L-矩l1、l2、l3及L-偏態系數t3為：

(3)

(4)

(5)

(6)

由式(3)～(6)可估算出GEV參數：

(7)

(8)

(9)

式中：Γ(1+ξ)為伽馬函數。

對(1)式進行最值分析，得頻率最大處流量(即各月河道內生態流量)為：

(10)

2.2.2P-Ⅲ型90%保證率法

P-Ⅲ型曲線與水文現象符合較好，在水文計算中廣為采用，P-Ⅲ型頻率分配(密度)曲線有很復雜的數學形式，此處不做詳細贅述，僅將簡易計算方式列出：將觀測到的n個樣本值的變量X從大到小排列，xi為序列中第i個值：

(11)

(12)

經過數學推導，得90%頻率各月河道內生態流量為：

(13)

式中：Cv為離差系數，表示系列的相對離散程度；Ki為模比系數；Cs為偏差系數，它反映隨機變量偏離均值的情況；Ф為離均系數，此處根據90%頻率和偏差系數Cs查附表Ф值(福斯特-雷布京)表，再用(13)式計算x90%值即各月河道內生態流量。

2.3 河道內輸沙需水和水質凈化需水量計算方法

水流和泥沙既是塑造河流形態的物質基礎，又是水生動植物生長繁殖的必備水文條件。由于長江荊南三口具有斷流期長、含沙量大、水污染嚴重等水文特征，因此在研究該地區河道內生態需水量時，還應當考慮河流輸沙需水量和水質凈化需水量。輸沙需水量的計算采用汛期最小輸沙量法[14]，計算公式如下：

(14)

式中：W為輸沙需水量(108m3)，St為多年平均輸沙量(t)，Cmax為多年最大月平均含沙量的平均值，Cij為第i年j月的月平均含沙量(t/m3)；n為統計年數。

水質凈化生態需水量就是改善河道內水質所需要的基本水量，我國一般采用近10a最枯月平均流量或90%最枯月平均流量法[15]。考慮出現水文變異情況時，水文變異前后水文序列長度未必相等，且荊南三口枯水期長期斷流，全年徑流基本集中在汛期，因此采用90%保證率汛期最小月平均流量法計算荊南三口的自凈需水量。

3 結果與分析

3.1 水文序列突變年份

將1951—2015年長江荊南三口5站總年徑流量的Mann-Kendall檢驗統計量分為兩段，并將結果與α=0.05對應的正態分布區間Uα∈(-1.96,1.96)進行對比分析。結果表明，1951—2015年荊南三口徑流變化過程在整體上呈現減少趨勢，可信度達到95%。UF、UB統計量如圖2，在1951—2015年荊南三口徑流變化過程中，出現突變年份是1969年和1988年。

為驗證用M-K檢驗法檢驗的荊南三口徑流量變化過程中的突變年份，本文采用徑流量累計距平法和滑動t檢驗法作進一步檢驗。由累計距平法所得結果可知，荊南三口徑流過程在1951—2015年發生兩次突變(圖3)，其突變年份分別是1970年和1980年。由滑動t檢驗法所檢驗的結果為1970年(圖4)。

將以上三種方法檢測出的突變年份進行比較分析，結果表明：用M-K檢測的1969年前后為突變點的可信度達到95%，1980年為突變年份的可信度不顯著，而累計距平法和滑動t檢驗法檢測出的突變年份均包含1970年，與M-K法檢測出的突變年份基本無異。由此，可以判定長江荊南三口徑流序列在1970年前后發生突變。而在此期間下荊江正在實施系統裁彎取直工程，說明此工程對荊南三口徑流量改變的影響較為顯著。

3.2 河道內生態需水量

根據以上變異年份將所研究水文序列分為變異前(1951—1970年)與變異后(1971—2015年)兩時段。一般而言，計算河道內生態需水時，只考慮水文變異點前水文序列，但由于荊南三口的河流為季節性河流，全年徑流量大部集中在5—10月份，而1、2、3、4、11及12月份，除松滋河西支的新江口外，其余4站每年均發生不同程度的斷流現象。河流斷流則說明河道內沒有流動的水，根本無法滿足河道內生物生存、繁衍所需要的水量。更為重要的是，以荊江系統裁彎工程、葛洲壩水利樞紐和三峽水庫等水利工程建設為代表的人類活動已對荊南三口水沙環境造成了不可逆轉的影響。從這一角度出發，本研究課題組認為，在對比分析水文變異前后生態需水量變化的基礎上，將水文變異后的計算結果作為荊南三口季節性河流河道內生態需水量更有現實意義。由于水文現象既具有必然性, 又具有隨機性, 因此計算河道內生態流量除運用GEV概率密度最大流量法外, 還要與P-Ⅲ型90%保證率法進行比較。

3.2.1 GEV概率密度最大流量法計算結果

運用GEV概率密度最大流量法，對荊南三口水文變異前(1951—1970年)1月平均流量序列進行矩參數估計，得到變異前1月份參數：

ξ= -0.16173，σ= 54.9334，μ=100.7246

由(10)式計算變異前1月份頻率最大流量為:

x=σ/ξ[(ξ+1)-ξ-1]+μ=110.27(m3/s)

以同樣的方法可分別計算出變異前后其它月份頻率最大流量(表2)及頻率最大年徑流量。

水文變異前后頻率最大年徑流量分別為1239.27×108m3和563.32×108m3。如圖5顯示，水文變異前(1951—1970年的20個年份)年徑流量未滿足河道內生態需水量(1239.27×108m3)的年份有1953、1959、1960、1966、1967、1969與1970等7個年份；滿足河道內生態需水量的有13個年份，且這13年的年均徑流量為1514.40×108m3。水文變異后(1971—2015年的45個年份)，年徑流量未滿足河道內生態需水量(563.32×108m3)的年份有1986、1992、1994、1997、2001、2002、2003、2004、2006、2007、2008、2009、2010、2011、2013、2014及2015年等17個年份；而滿足河道內生態需水量的有28個年份，其年均徑流量為771.60×108m3，遠大于其生態需水量563.32×108m3。水文變異后，生態徑流減少量較大，但水利工程對荊南三口水環境的影響不可逆轉，由此課題組認為，在按照年徑流量對荊南三口實施水利工程調控時，應在滿足河道內生態需水量563.32×108m3的基礎上，再盡可能達到771.60×108m3的水量, 這將對維持河道水生態系統健康更為有利。

表2 長江荊南三口各月河道內生態需水量及頻率滿足表

相比于北方缺水地區的季節性河流而言，南方豐水地區的季節性河流總量豐富、需水量要求大，但時空分布跨度大，許多河流在枯水時期出現不同程度的斷流現象，季節性缺水特征明顯。考慮荊南三口全年徑流高度集中在5—10月份，且枯水期長期斷流等因素，在計算整個序列的河道內生態需水量時還應當逐月進行討論。如果在水文序列中某年某月平均流量大于或等于對應月的生態需水流量，則認為該年該月滿足了河道內生態需水量，否則該月未滿足河道內生態需水量。于是將各月滿足生態需水量的年份除以研究的總年數，求出滿足生態流量的頻率(表2)。如表2所示，水文變異前后生態需水量的滿足頻率基本保持在50%～70%，且各月份滿足頻率在水文變異前后差別不大，甚至某些月份的滿足頻率在水文變異后還略大于變異前，如6、8、9等月份。這是由于水文變異后各月份月均流量減少，河道內生態需水量的標準不同。如7月份的生態流量從變異前的10992.67m3/s下降至變異后的5812.76m3/s，變異前后相差5000m3/s以上，可見水文變異后，荊南三口河道內的生態流量大幅度減少，生態環境嚴重惡化。

從圖6長江荊南三口逐月生態流量曲線可以看出，水文變異前后1、2、3、4、12月份的生態流量變化較小，5—11月份生態流量變化較大，尤其是7—9月份，減少量均在4500m3/s以上，這主要是三峽水庫調洪調度所致。1—5月份和11—12月份的生態流量在水文變異前后都未達到其平均生態流量，且1、2、3、4、12月份在水文變異前的生態流量還未及變異后的平均生態流量(1647.28m3/s)。可見，1、2、3、4、12月份的流量無論在變異前還是在變異后都無法達到生態需水的要求。因此，為保障季節性河流河道內全年均滿足生態流量，應將水文變異后的平均生態流量作為枯水期1、2、3、4、11、12月份的生態需水量，水文變異后5—10月份的頻率最大流量作為相對應月份的生態需水量。由以上分析可知，在按照月均流量對荊南三口實施水利工程調控時，1、2、3、4、11、12月份應滿足的生態需水量為1647.28m3/s，5—10月份應滿足的生態需水量依次為873.87m3/s、2499.59m3/s、5812.76m3/s、4346.89m3/s、3901.18m3/s、1721.70m3/s。

依照上述生態流量數據，將其轉化為生態徑流量得全年的生態需水量為752.71×108m3，其結果比按頻率最大年徑流量所得結果563.32×108m3更大，且與水文變異后28個滿足生態需水量年份的年均徑流量771.60×108m3基本無異。由此可見，對于南方河流徑流分布不均的季節性河流而言，按月考慮河道內生態需水量更為合理。

3.2.2 與P-Ⅲ型90%保證率法比較

運用(11)、(12)式得到水文變異前1月份的模比Ki，求得離差系數Cv的值為0.53，運用適線法(圖7)選取合適的Cs值，并查表得出Ф值，運用(13)式求出變異前1月份生態流量x90%=95.68m3/s。以同樣的方式計算出P-Ⅲ型90%保證率法中變異前后各月份的生態流量(表3)。通過比較GEV概率密度最大流量法與P-Ⅲ型90%保證率法的計算結果可以看出，無論是水文變異前還是變異后，GEV概率密度最大流量法的計算結果皆大于90%保證率法的計算結果，說明其計算結果也適用于90%保證率下的徑流。通過采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)法檢驗兩種方法計算結果的擬合程度，水文變異前后兩者的漸近顯著性皆為0.996，遠遠大于0.05，說明兩樣本都服從于同一分布。此外，將P-Ⅲ型90%保證率法、GEV概率密度最大流量法與Tennant法[16]進行對比，發現兩種方式所得河道內生態需水量都在Tennant法“好”等級以上。因此，采用GEV概率密度最大流量法計算河道內生態需水量是可行的。

表3 兩種生態需水量計算方法對比 (m3/s)

3.3 輸沙需水量和水質凈化需水量

長江荊南三口河系豐水期平均流量較大，輸沙也主要靠豐水期較大的流量完成。根據公式(14)計算得出水文變異前年輸沙需水量為910.01×108m3，小于其生態需水量(即1239.27×108m3)；水文變異后年輸沙需水量為501.13×108m3，也小于其生態需水量(563.32×108m3)。據統計水文變異前僅有1969年的年徑流量未滿足輸沙需水量(910.01×108m3)，其它19個年份均滿足輸沙需水，且滿足年份的年均徑流量為1389.84×108m3；變異后，有1994、1997、2001、2006、2009、2011、2013、2015等8個年份無法滿足輸沙需水(501.13×108m3)，其它37個年份均滿足輸沙需水量，且這37個年份的年均徑流量為715.47×108m3。根據90%汛期最枯月平均流量法可得荊南三口水文變異前后年水質凈化需水量分別為425.70×108m3、111.54×108m3。據統計，變異前后所有年份的徑流量皆能滿足水質凈化需水，且變異前后各年份年均徑流量分別為1365.52×108m3、652.74×108m3。

由表4可以看出，在生態需水量、輸沙需水量和水質凈化需水量這三類需水量中，無論是變異前還是變異后生態需水量的值都最大。但從輸沙需水量的角度來看，由于泥沙是固體物質，輸沙對水量的需求也應當更大；而更重要是，水文變異后荊南三口水量的減少趨勢明顯，但沙量的減少卻并不穩定，且變異前后其含沙量都較大，使得水文變異后泥沙淤積更為嚴重。因此，為保障河道內具有良好的輸沙能力，將水文變異前的輸沙需水量(910.01×108m3)作為水文變異下荊南三口季節性河流河道內的輸沙需水量更適宜。從水質凈化需水量的角度考慮，隨著荊南三口斷流天數逐期增加，其水質標準也大大降低。改革開放以來，隨著工業的迅速發展以及城市化進程的不斷推進，使得水體污染日益嚴重，所需凈化的水量大，在水文變異后的水資源分布條件下，實現荊南三口水質保護目標的可能性極低。所以，為達到水質保護目標，本文將水文變異前的水質凈化需水量(425.70×108m3)作為水文變異下荊南三口季節性河流河道內的輸沙需水量。

表4 長江荊南三口三類需水量比較 (108m3)

4 結論與討論

根據長江荊南三口季節性河流河道內徑流演變特征以及生態需水、輸沙需水、水質凈化需水的要求，在水文變異條件下長江荊南三口季節性河流河道內年生態需水量為752.71×108m3，輸沙需水量為910.01×108m3，水質凈化需水量為425.70×108m3。

(1)由于水文現象既具有必然性, 又具有隨機性, 為保障河道內生態系統的健康發展，其生態流量應要適應不同流量保證率下的環境，因此在計算河道內生態流量時，運用GEV概率密度最大流量法與P-Ⅲ型90%保證率法進行比較，發現二者的擬合程度較高，且計算結果都在Tennant法好等級以上，從而認為運用GEV概率密度最大流量法計算河道內生態需水量可行。

(2)從年際上看，長江荊南三口水文變異前(1951—1970年的20個年份)河道內年生態需水量為1239.27×108m3，年徑流量未滿足河道內生態需水量的年份有7個；水文變異后(1971—2015年的45個年份)，河道內生態需水量為563.32×108m3，年徑流量未滿足河道內生態需水量的有17個年份。通過前后對比分析發現，兩者的生態徑流相差較大，但以水利工程為代表的人類活動已對荊南三口河道內生態環境造成了不可逆轉的影響。鑒于此，本課題組認為把水文變異后的生態徑流量作為水文變異下荊南三口季節性河流的生態需水量更為合理。從季節上看， 1—5月份以及11、12月份的生態流量在水文變異前后都未達到其平均生態流量，且變異前1、2、3、4、12月份的生態流量還未及水文變異后的平均生態流量(1647.28m3/s)。由此可見，1、2、3、4、12月份的流量無論在變異前還是在變異后都無法達到生態需水的要求。為保障季節性河流河道內全年均滿足生態流量，可將水文變異后的平均生態流量作為枯水期1、2、3、4、11、12月份的生態需水量，水文變異后5—10月份的頻率最大流量作為相對應月份的生態需水量。據此，1、2、3、4、11、12月份應滿足的生態需水量為1647.28 m3/s，5—10月份應滿足的生態需水量分別為873.87m3/s、2499.59m3/s、5812.76m3/s、4346.89m3/s、3901.18m3/s、1721.70m3/s。將月均生態流量轉化為生態徑流量得全年的生態需水量為752.71×108m3，其結果比按頻率最大年徑流量所得結果563.32×108m3更大，且與28個滿足生態需水量年份的年均徑流量771.60×108m3基本無異。因此，通過綜合考慮認為，將752.71×108m3作為長江荊南三口季節性河流河道內生態需水量更具合理性。

(3)據計算，長江荊南三口水文變異前年生態需水量、輸沙需水量、水質凈化需水量分別為1239.27×108m3、910.01×108m3、425.70×108m3；水文變異后三種需水量分別為563.32×108m3、501.13×108m3、111.54×108m3。通過比較荊南三口水文變異前后年生態需水量、輸沙需水量、水質凈化需水量可知，各需水量前后相差都較大，生態需水量的值最高。從輸沙需水量來看，一方面，水文變異后荊南三口水量的減少趨勢明顯，但沙量的減少卻并不穩定，且變異前后其含沙量都較大，使得水文變異后泥沙淤積更為嚴重；另一方面由于泥沙是固體物質，其對水量的需求也更大。因此，將水文變異前的輸沙需水量(910.01×108m3)作為水文變異下荊南三口季節性河流河道內的輸沙需水量更為合理。從水質凈化需水量的角度分析，荊南三口隨著斷流天數的增加，水質標準也大大降低，且水文變異后的水質凈化需水量結果較小，水污染嚴重，實現荊南三口水質保護目標的可能性極低。在這種狀況下，本文將水文變異前的水質凈化需水量(425.70×108m3)作為水文變異下荊南三口季節性河流河道內的輸沙需水量。

(4)水流是河道內生態環境的物質基礎，又是河道內生物繁殖的必備水文條件，而河道內生態需水量是受多種環境、生物和生態等因子共同影響的，由于資料獲取困難等原因，本文僅用流量對荊南三口河道內生態需水量、輸沙需水量、水質凈化需水量進行了計算。如何有效獲取與量化多種環境、生物和生態等因子，并將其融入河道內生態需水量的計算當中，還需要進一步研究。

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Research on Ecological Water Demand within the Main Rivers of Seasonal Streams at the ThreeDiversion Entrances in ChangjiangJingjiang River

HE Meng1，LU Dian-qing1，DAI Wen1'2

(1.College of Resources and Environment Science, Hunan Normal University, Changsha Hunan 410006, China)

Considering the yearly uneven runoff distribution in the southern seasonal streams, this article adopted Mann-Kendall method to identify the years when runoff sequence suddenly changes based on the annual runoff time series of prototype tests coming from the three divisions and five stations of ChangjiangJingjiang River from 1951 to 2015. Through GEV′s maximum flow of probability density, the minimum sediment runoff of flood season and other methods, ecological water demand, sediment water demand, and water purification water demand within the rivers of Jingjiang three diversions were separately calculated. The result showed that the sudden change of hydrologic sequence was in 1970. Therefore, hydrologic sequence could be divided into ex ante variation from 1951 to 1970 and ex post variation from 1971 to 2015. Before the hydrologic variation, annual ecological water demand, sediment water demand and water purification water demand were respectively 1 239.27×108 m3, 910.01×108 m3, and 425.70×108 m3. After the hydrologic variation, annual ecological water demand, sediment water demand, and water purification water demand are respectively 563.32×108 m3, 501.13×108 m3, and 111.54×108 m3. In seasons, in order to make ecological water demand within seasonal streams meet the whole year's ecological flow, with the ecological flow of 1 647.28 m3/s in January, February, March, April, November, and December must be ensured. From May to October the ecologic flows were separately 873.87 m3/s, 2 499.59 m3/s, 5812.76 m3/s, 4346.89 m3/s, 3901.18 m3/s, and 1721.70 m3/s. From the general perspectives, ecological water demand within the main rivers of seasonal streams at the three diversion entrances in ChangjiangJingjiang River under hydrologic variation was 752.71×108 m3, the sediment water demand was 910.01×108 m3, and water purification water demand was 425.70×108 m3

ecological flow requirement; water requirements for transporting sediment; water requirement for self-purification of the stream; seasonal water-deficient river; three diversion entrances in ChangjiangJingjiang River

2017-01-17

國家自然科學基金項目(41571100)；湖南省重點學科建設項目(2011001)；湖南省教育廳重點項目(16A129)。

何蒙(1992-),女，湖南瀏陽人，碩士研究生，主要從事生態需水研究。

呂殿青(1975-),女，博士，教授，博士生導師，主要從事土壤生態與環境變化研究。

X52

A

1673-9655(2017)04-0022-09