唐河生態(tài)流量計(jì)算及實(shí)施要點(diǎn)分析

丁作民 丁婕

摘 要：宿州市唐河流域是水資源緊缺地區(qū)，現(xiàn)有河道控制工程未充分考慮生態(tài)環(huán)境因素，河流生態(tài)流量難以保證，河流環(huán)境承載力下降，水資源供需矛盾加劇。該文以唐河流域水文站實(shí)測(cè)系列流量資料為基礎(chǔ)，采用水文學(xué)方法分析計(jì)算各主要控制斷面按旬統(tǒng)計(jì)、按月控制的生態(tài)流量，為唐河水生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐。并提出了增加布設(shè)控制斷面、儀器設(shè)備、設(shè)立自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、建設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、加強(qiáng)對(duì)生態(tài)流量的監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)等措施，確保唐河生態(tài)水量得到基本保證。

關(guān)鍵詞：水資源;生態(tài)用水;計(jì)算;Tennant法;最小流量法;唐河;宿州市

中圖分類(lèi)號(hào) TV211.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）19-0108-03

河道保持一定的生態(tài)流量是維持河道生態(tài)功能的必要條件。宿州市唐河流域水資源相對(duì)缺乏，水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高，現(xiàn)有控制工程運(yùn)用未能充分考慮生態(tài)環(huán)境因素，部分河流、河段內(nèi)生態(tài)用水被擠占，生態(tài)流量不足，從而降低了河流水環(huán)境承載力，導(dǎo)致水生動(dòng)植物多樣性減少、植被退化、河道斷流、水體污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

為切實(shí)加強(qiáng)水資源的合理開(kāi)發(fā)利用，在充分利用已有的水資源調(diào)查評(píng)價(jià)、水資源綜合規(guī)劃、水量分配方案等研究成果的基礎(chǔ)上，全面收集區(qū)域內(nèi)水利工程相關(guān)資料和主要河道控制斷面的歷年水文資料，科學(xué)分析河流生態(tài)環(huán)境和生態(tài)需水，分析計(jì)算河流主要控制斷面的生態(tài)流量，合理確定生態(tài)流量的大小與流量過(guò)程要求，提出生態(tài)流量實(shí)施方案和保障措施，是十分必要的。

1 研究區(qū)域

1.1 區(qū)域概況 唐河水系歷史上多次調(diào)整，現(xiàn)發(fā)源于埇橋區(qū)灰古鎮(zhèn)南，有新河、閆河、岳洪河、北沱河等主要支流4條，以及直入大溝8條，多為雨源型季節(jié)性河流。干流有潘集閘、唐河地下涵閘和草溝閘等水工控制建筑物。河道全長(zhǎng)105km，集水面積1444km2，其中草溝集以上集水面積836km2。流域面積跨埇橋區(qū)、靈璧縣、泗縣，沿岸區(qū)域人口62.3萬(wàn)人，耕地面積6萬(wàn)hm2。流域地形為自西北向東南微傾的平原，地面高程一般為25.0～17.0m（85黃海高程，下同），地面比降在0.08‰～0.05‰。多年平均降水量892mm，降水量年內(nèi)分配不均，汛期5—9月降水量約占年降水72%，主汛期7—8月降水量約占年降水的42%，非汛期降水量偏少，12月至次年2月一般月降水量在20mm左右。降水量年際變化大，豐水年降水超過(guò)1340mm，枯水年僅為485mm，極值比為2.8[1]。多年平均水資源總量3.01億m3，屬安徽省及淮河流域水資源缺乏地區(qū)之一，水資源年際變化大、年內(nèi)分布不均，控制性工程及調(diào)蓄能力不足，季節(jié)性缺水較為突出。唐河沿線無(wú)生活及工業(yè)取水口，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)取水口27處，水資源開(kāi)發(fā)利用率37.3%，開(kāi)發(fā)程度較高。唐河本干岳洪河口以上現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)，岳洪河口以下現(xiàn)狀水質(zhì)Ⅳ～Ⅴ類(lèi)。地表水主要污染物為化學(xué)需氧量、總磷等，工業(yè)、生活廢水為主要污染原因。

1.2 主要水生態(tài)問(wèn)題 唐河為雨源型季節(jié)性河流，受氣候、降水條件的影響，河流的徑流量年內(nèi)季節(jié)性變化較大，年季變化懸殊，全年徑流主要集中在汛期，枯水季節(jié)流量較小，徑流受人工調(diào)控程度高。眾多閘壩導(dǎo)致了自然河流的非連續(xù)化，使得河流由自然生態(tài)系統(tǒng)變成受控的“半自然生態(tài)系統(tǒng)”，閘上形成河道型水庫(kù)，改變了許多水文特征，進(jìn)而影響河流生態(tài)系統(tǒng)。破壞了河湖水系的連通性，阻隔了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送，改變了河流季節(jié)性流量變化，造成水化學(xué)形態(tài)和生物群落的改變。河段控制工程運(yùn)用未能充分考慮生態(tài)環(huán)境因素，生態(tài)用水被擠占，已不能滿足河道內(nèi)水生生態(tài)環(huán)境的最低需水要求，生態(tài)流量不足降低了河流水環(huán)境承載力，導(dǎo)致生物多樣性減少、植被退化、河道斷流、地下水水位下降等生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題。加之流域內(nèi)地下水開(kāi)發(fā)利用程度較高，宿州城區(qū)及靈璧縣、泗縣縣城地下水已嚴(yán)重超采。地下水位快速下降引起河道缺水，導(dǎo)致河湖水體納污能力下降、水質(zhì)惡化等問(wèn)題，已對(duì)部分地區(qū)造成了環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。

2 生態(tài)流量計(jì)算

生態(tài)流量為維持河流生態(tài)與環(huán)境需要的最小流量，主要針對(duì)維持河流自然生態(tài)系統(tǒng)最基本的需要[2]。

2.1 斷面選擇 唐河為雨源型季節(jié)性河流，徑流量時(shí)空分布極不均勻，全年徑流主要集中在汛期，枯水季節(jié)經(jīng)常斷流，考慮到唐河的實(shí)際情況，按天然徑流量的10%來(lái)控制生態(tài)流量現(xiàn)階段難以實(shí)施，故采用實(shí)測(cè)系列流量資料進(jìn)行分析。本次計(jì)算選取靈璧縣境內(nèi)潘集閘、泗縣境內(nèi)的唐河地下涵和草溝閘作為3個(gè)主要控制斷面，程劉西橋作為輔助斷面進(jìn)行生態(tài)流量計(jì)算主要控制斷面，其位置如圖1所示。

2.2 方法確定 水文學(xué)方法以河流歷史水文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)簡(jiǎn)單的水文指標(biāo)確定河道生態(tài)流量;其代表方法有Tennant法、7Q10法、Texas法、NGPRP法和最小月徑流量[3]。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的唐河地下涵水文站具有45年長(zhǎng)系列水文資料，滿足分析要求，唐河河床形態(tài)及濕周等參數(shù)不宜確定，且唐河無(wú)特殊水生物種，因此本次生態(tài)流量計(jì)算采用多年平均徑流量的10%（Tennant法）和90%保證率最枯平均流量法。按照月平均流量系列和旬平均流量系列，即全年、汛期、非汛期平均流量的10%計(jì)算，或全年、汛期、非汛期90%保證率最枯平均流量法分析估算。此次分析采用唐河地下涵水文站1973—2017年逐日系列實(shí)測(cè)流量資料。對(duì)于無(wú)實(shí)測(cè)水文資料的監(jiān)測(cè)斷面潘集閘、草溝閘及程劉西橋，采用唐河地下涵水文站實(shí)測(cè)資料用流域面積比擬法推算。計(jì)算公式如下：

Q1=（F1/F2）n×Q2

式中：Q1—監(jiān)測(cè)斷面的流量（m3/s）;

F1—監(jiān)測(cè)斷面以上流域面積（km2）;

Q2—同一河流另一測(cè)流斷面流量（m3/s）;

F2—同一河流另一測(cè)流斷面以上流域面積（km2）;

n—經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，可根據(jù)本河流或鄰近類(lèi)似河流的實(shí)測(cè)資料推求，一般可采用0.5～0.7，較小河流采用n≥0.7，本次計(jì)算采用0.7。

2.3 計(jì)算成果 根據(jù)唐河地下涵水文站1973—2017年實(shí)測(cè)流量資料，分別采用蒙大拿法和90%保證率年最枯平均流量法進(jìn)行生態(tài)流量分析，計(jì)算成果見(jiàn)表1。綜合分析，采用非汛期月平均流量的10%計(jì)算值作為生態(tài)流量的控制指標(biāo)，唐河潘集閘、地下涵、草溝閘控制斷面生態(tài)流量控制指標(biāo)分別為0.115m3/s、0.164m3/s、0.264m3/s。輔助斷面程劉西橋的生態(tài)流量控制指標(biāo)為0.037m3/s。

2.4 生態(tài)流量采用

2.4.1 生態(tài)流量可達(dá)性 根據(jù)徑流量分析，現(xiàn)狀情況下唐河地下涵水文站28.47%的日平均流量能滿足0.164m3/s的控制指標(biāo);42.75%的旬平均流量能滿足0.164m3/s的控制指標(biāo);56.15%的月平均流量能滿足0.164m3/s的控制指標(biāo)。為滿足生態(tài)流量的要求，需對(duì)上下游水閘下泄流量進(jìn)行調(diào)度。

2.4.2 生態(tài)流量采用值 根據(jù)以上分析計(jì)算，結(jié)合唐河實(shí)際情況，按Tennant法（蒙大拿法）分析計(jì)算的流量作為生態(tài)流量，各控制斷面生態(tài)流量采用值見(jiàn)表2。

3 生態(tài)流量實(shí)施

為保障生態(tài)流量，實(shí)現(xiàn)唐河4個(gè)控制斷面流量能夠達(dá)到其最小生態(tài)流量的要求，應(yīng)以河流主要閘壩斷面為控制節(jié)點(diǎn)，綜合納污、防洪、灌溉等功能需求，開(kāi)展生態(tài)流量監(jiān)測(cè)，強(qiáng)化閘壩調(diào)度管理，合理制定閘壩調(diào)度方案，維護(hù)河道生態(tài)功能。考慮區(qū)域水資源豐富程度、閘壩的調(diào)蓄能力以及當(dāng)前水文監(jiān)測(cè)水平，為便于生態(tài)流量實(shí)施，建議生態(tài)水量按旬統(tǒng)計(jì)、按月水量進(jìn)行控制。

3.1 監(jiān)測(cè)措施

3.1.1 監(jiān)測(cè)方法和頻次 監(jiān)測(cè)方法采用人工監(jiān)測(cè)與在線監(jiān)控相結(jié)合。監(jiān)測(cè)頻次：人工監(jiān)測(cè)一般每10日監(jiān)測(cè)1次，枯水期或突發(fā)性水污染期需加大監(jiān)測(cè)頻次。對(duì)控制斷面已有水文站的，結(jié)合各斷面現(xiàn)有流量監(jiān)測(cè)方式、流量測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備配備現(xiàn)狀，適當(dāng)增加儀器設(shè)備，并按現(xiàn)有流量監(jiān)測(cè)方式測(cè)流。對(duì)于控制斷面目前沒(méi)有水文站的，建議設(shè)立流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，建設(shè)流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)單位負(fù)責(zé)生態(tài)流量監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。

3.1.2 建立生態(tài)流量信息管理平臺(tái) 建立宿州市唐河生態(tài)流量信息平臺(tái)，建設(shè)生態(tài)流量信息實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，滿足水資源調(diào)度會(huì)商環(huán)境的需要，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)單位與省、市管理部門(mén)相關(guān)信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。生態(tài)流量信息平臺(tái)建成后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接接入水資源監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)平臺(tái)公布生態(tài)流量調(diào)度方案。

3.1.3 資料分析與報(bào)送 根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面的水位、流量監(jiān)測(cè)成果和控制斷面以上水量調(diào)查資料，分析計(jì)算3個(gè)主要控制斷面和1個(gè)輔助斷面的旬、月生態(tài)流量和下泄水量，分析計(jì)算成果，控制斷面以上引進(jìn)引出調(diào)查水量資料。并于每月10日前報(bào)送上月資料。

3.2 調(diào)度措施 合理制定生態(tài)流量的調(diào)度方案，現(xiàn)階段原則上按旬統(tǒng)計(jì)、按月控制。加強(qiáng)生態(tài)流量監(jiān)測(cè)，建立生態(tài)流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，在干旱季節(jié)，當(dāng)實(shí)時(shí)流量小于生態(tài)基流控制流量時(shí)，適當(dāng)限制生產(chǎn)用水，適時(shí)開(kāi)閘放水，滿足下游生態(tài)水量需求。在放水過(guò)程中，要充分考慮沿途居民生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水及輸水損失等因素，當(dāng)下一個(gè)斷面達(dá)不到生態(tài)用水需求時(shí)，上游要加大放水量，以滿足下游生態(tài)用水需求。在干旱缺水、啟動(dòng)抗旱應(yīng)急響應(yīng)期間，優(yōu)先保障抗旱用水。在污染聯(lián)防期間，以防污調(diào)度優(yōu)先。

4 幾點(diǎn)建議

4.1 制度建設(shè) 盡快明確“河長(zhǎng)制”對(duì)各級(jí)河長(zhǎng)、各相關(guān)部門(mén)在生態(tài)流量實(shí)施中的工作職責(zé)，并制定相關(guān)獎(jiǎng)懲措施。盡早編制生態(tài)流量調(diào)度指導(dǎo)意見(jiàn)，編制唐河流域生態(tài)流量管理方案和閘壩調(diào)控方案，形成制度化、規(guī)范化的工作機(jī)制，將河流生態(tài)流量保障納入法制化軌道。

4.2 部門(mén)協(xié)作 成立河道生態(tài)流量控制協(xié)調(diào)推進(jìn)領(lǐng)導(dǎo)小組，明確相關(guān)人員和部門(mén)的職責(zé)分工。并要求相關(guān)成員單位加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，不定期對(duì)河道生態(tài)流量監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行成果會(huì)商，進(jìn)而更有效地對(duì)主要控制斷面的流量進(jìn)行調(diào)度。

4.3 效果評(píng)估 根據(jù)生態(tài)流量調(diào)度指導(dǎo)意見(jiàn)，建議在唐河開(kāi)展生態(tài)流量調(diào)度，并對(duì)調(diào)度后的河道水文、水質(zhì)、水生態(tài)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，開(kāi)展唐河生態(tài)流量水量調(diào)度效果評(píng)估。

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