無資料河流生態流量確定方法初探

王智林，熊北鋒

2017年6月印發的《商洛市全面推進河長制實施方案》中提出保證河流基本生態流量。商洛河流眾多，全境內分布大小河流及山溝約725800余條，其中流域面積在10 km2以上的河流就有499條，流域面積在100 km2以上的河流有65條。河網密度為每km2平均達1.3 km以上。商洛市在“十三五”提出工業強市和旅游城市目標。打造生態商洛，必須從確保河流生態流量的基本要求抓起。商洛的各條河流的徑流補給來源為大氣降水，降雨量充沛，則徑流量大，干旱少雨，河道則干枯，河道內的涓流來源為山坡地下水補給。徑流量的年際變化與降水量的變化趨向基本一致，相比降水量的變化幅度更大一些。徑流的年內分配很不均勻，其中7～10月徑流量占全年徑流量的60%以上。

商洛市群山里礦產資源豐富，且多數分布在中小流域。礦山開采離不開取用水，產品加工萃取多為就地進行，取用水一般情況也是就近解決取水問題。按照商洛市“十三五”提出的建設生態商洛，必須解決好河流的生態流量問題，減少企業的生產取水，確保生態流量，還河道的綠水長流。本文結合武關河實測水文資料進行生態流量分析計算，并通過方法選用為無水文實測資料的丹江中下游中小河流以及支溝在生態流量確定方面提出自己的見解。

1 武關河概況

武關河是丹江上游左岸較大的一條支流，發源于海拔1744 m的蟒嶺主脊南側，向東南流經丹鳳縣的庾家河、石門塬、巒莊、武關、毛坪，入商南縣的畢家灣村匯入丹江。武關河支流眾多，較大支流有峽河、桃坪河、趙川河、鐵河、白陽關河等。兩側大小支流基本對稱狀分布，流域平均寬度7.7 km，是一條比較明顯的樹枝狀水系。流域面積900.0 km2，河道長度116.0 km，平均比降8.1‰。

域內有石梯子水庫一處，位于支流馬家坪河，控制流域面積12.6 km2，總庫容24萬 m3，有效庫容20萬 m3。無其它引水和水力設施工程。占武關水文站集水面積的1.74%。

2 武關水文站情況

2.1 水文站設立情況

武關水文站設立于1959年1月，位于丹鳳縣武關鎮。為國家基本水文站，控制流域面積724 km2。

截至2016年，累積資料系列58年，資料觀測完整，系列連續。資料經過在站整編，商洛局審查，省水文局復審，流域匯編。資料可靠。流域內人類活動影響小，系列一致性好。經分析系列Cv值，隨著系列的增長，Cv趨于穩定，說明系列具有代表性。

圖1 武關水文站系列Cv圖

2.2 年徑流分配

表1 武關水文站年徑流分配比例

春季3～5月，徑流量占年徑流18.9%；夏季6～8月，徑流量占年徑流40.7%；秋季9～11月，徑流量占年徑流35.5%；冬季12、1～2月，徑流量占年徑流4.9%。汛期5～10月，徑流量占年徑流量79.4%，非汛期11～12月、1～4月，徑流量占年徑流量20.6%。徑流分配極為不均勻。

3 武關站生態流量分析

3.1 河道內生態流量計算方法

主要方法有：歷史水文資料法、水力學計算法、生境研究法和綜合法等四類。本文采用歷史流量法進行分析。歷史流量法應用于無特定生態需水目標的水域生態需水量的計算，其強調的是借助歷史水文資料而開展生態水的分析方法[1]。

（1）7Q10法

將90%保證率最枯連續7天的平均水量作為河流生態水量的極限流量條件[1]。

圖2 武關水文站年平均流量頻率曲線圖

90%保證率流量為1.71 m3/s。連續7天的平均流量為1.56 m3/s。

（2）10年最枯月平均流量法

采用近10年最枯月平均流量或90%保證率最枯月的平均流量作為生態流量[1]。

①近10年最枯月平均流量法

武關站2007～2016年的10年月最枯流量見表2。

表2 武關站2007～2016年的10年月最枯流量 單位：m3/s

連續10年最枯月平均流量為0.56 m3/s。

②90%保證率最枯月的平均流量法

圖3 武關站年最小月平均流量頻率曲線

90%保證率月最枯流量為0.20 m3/s。

（3）蒙大拿法

蒙大拿法是美國常用的方法，采用年平均流量的10%為退化的或貧瘠的棲息地條件，年平均流量的20%提供保護水生棲息地條件。

2011年頒布的SL525-2011《水利水電建設項目水資源論證導則》規定：河流生態環境需水量原則上不應小于多年平均流量的10%～20%確定。水資源年內豐枯變化較大，且實測最小流量小于工程控制斷面多年平均流量的10%的河流，可以工程控制斷面按實測最小流量作為最小生態需水量控制。武關站多年平均流量為4.84m3/s，10%流量為0.48m3/s，15%流量為0.73m3/s，20%流量為0.97%。

（4）Texas和NGPRP法

①Texas法

Texas法是將50%保證率下的月流量作為各月生態水量的計算基礎。見表3。

表3 武關站各月不同保證率徑流量

②NGPRP法

NGPRP法主要是將已有的系列水文資料劃分為干旱、濕潤和標準年狀態，以標準年年均90%保證率流量作為最小流量的基礎值。主要考慮河流水生物（尤其是魚類）棲息環境的生態水量計算的方法。保證率大于25%為豐水年，25%～75%為標準年，小于75%為枯水年。

武關站標準年年平均流量介于2.54～6.28 m3/s之間，標準年90%保證率流量為2.69 m3/s。

圖4 武關站標準年流量頻率曲線

3.2 成果的采用

表4 武關站不同方法計算生態流量結果一覽表

以上這些方法的適應性特點：

1）7Q10法的適應特點：對于商洛山區受降水影響的河流，降雨充沛，則徑流量大；干旱少于雨，則徑流補給為地下水。由于土壤、巖性滲透系數的不同，山體容納滲入水量則不同，地下徑流也不同。故此，最枯連續7天的平均水量作為生態水量不適應于商洛山區河流。

（2）近10年最枯月平均流量法的適應特點：對于商洛各中小河流，盡管受人類活動影響較小，但是局部災害發生頻繁，降水的10年的周期性不明顯，從分析的系列Cv來看，系列必須在30年以上，才能反映出系列的豐、平、枯變化，故采用近10年最枯月平均流量作為生態流量也不適應于商洛的中小河流。

（3）90%保證率最枯月的平均流量法的適應特點：商洛是洪澇災害與干旱交替發生的地區，干旱在年內任何時間段都可能發生。基本情況是40天不出現明顯降水，山澗就會斷流。故采用90%保證率最枯月的平均流量法作為生態流量也不適應于商洛的中小河流。

（4）蒙大拿法的適應特點：從分析的結果來看，采用年平均流量的10%為退化的或貧瘠的棲息地條件作為生態水量，對于商洛這樣四季分明的氣候條件來說，用此法確定生態流量對中小河流要求明顯偏低；采用年平均流量的20%提供保護水生棲息地條件，主要是考慮保護水生魚類資源的條件，對于武關河來說屬于國家級大鯢自然保護區，保護區內不得取水用水，河道的水量不受人為影響，生態流量的大小受大氣降水影響。商洛境內其余中小河流，無水生棲息地保護要求，采用年平均流量的15%作為生態水量較為合理，即武關河按多年平均流量15%等于0.73 m3/s作為生態流量。

（5）exas法的適應特點：Texas法是將50%保證率下的月流量作為各月生態水量的計算基礎。經對武關站各月平均流量進行頻率分析，見表3。從表3可以看出，由于年內分配的不均，對流量影響很大，50%保證率月中只有1月份的流量最小，以最小值作為生態流量滿足全年的水量保證，科學可行。

（6）NGPRP法的適應特點：此法主要考慮河流水生物（尤其是魚類）棲息環境的生態水量計算的方法。商洛境內除武關河外，其余中小河流無水生物（尤其是魚類）棲息環境保護，不推薦此法。

從以上的分析看，蒙大拿法的15%水量和exas法適用于商洛境內有實測水文資料的中小河流生態水量的確定。

4 無實測水文資料的中小河流生態流量的確定

（1）面積在3%～15%范圍內采用水文比擬法確定生態流量。根據《工程水文學》教材，采用水文比擬法。丹江流域中下游，處在同一個氣候區，流域下墊面情況相似，采用與武關水文站的面積比修正的方法進行比擬。使用比擬法須符合以下條件：①與武關水文站流域面積在15%以內；②丹江中下游的支流。

（2）面積大于15%或不在同一氣候區的生態流量確定方法：從武關水文站采用蒙大拿法和Texas法的結果來看，按年徑流量15%確定生態流量符合商洛中小河流實際。因此，推薦對無實測水文資料的河流在確定生態流量時，按年徑流量的15%確定生態流量數值。

5 結論和建議

通過采用各種方法對武關水文站生態流量進行計算，經過比較分析得出和確定了武關河的生態流量數值。從長期的水文工作和對武關河的駐守監測情況分析，基本符合武關站斷面流量實際，該生態流量值大于年最枯月50%保證率流量。推薦武關河在”河長制”管理中采用此值。

對于無實測水文資料的中小河流，今后在“河長制”和水資源管理中，建議按照年徑流量的15%確定生態流量，不得小于此標準。否則，河道生態流量得不到保證，流量過小，將造成河道生態失衡、惡化，直接影響建設生態商洛、綠水長流目標的實現。

[1]水利部水資源管理司、水利部水資源管理中心編著.建設項目水資源論證培訓教材[M]，中國水利水電出版社，2005年。