河流生態流量應用實例

一、引言

20世紀以來，隨著城鎮化速度加快，社會經濟增長迅速，人類對資源的需求程度越來越高，生態環境被嚴重破壞，水問題已是新時期全人類需要解決的難題。20世紀40年代，美國學者最先對河道內最小生態流量進行分析，目的是為維持河道生態系統的完整性提供理論依據。

研究生態流量的目的是要對水資源進行合理開發提供數據支撐，是優化配置區域水資源的基本前提，是維持生態系統完整和改善生態環境的必要工作，是實現水資源空間均衡的根本保障。河道生態需水是河流為了維持某一特定生態系統不被破壞時河道內應保持的流量，而河道基本生態流量則是滿足水生和岸棲生物生存條件的最小需水量，這個概念在實際應用中，既能夠保證河流生態系統的完整性，又考慮了生物群落可以接受的流量變化。

二、河流生態流量常用計算方法

常見的河流生態流量計算方法多達數百種，尚無統一的方法和標準，目前常用的研究方法大致可分為四類：應用最多的水文指標法和水力學法，以及整體分析法、棲息地法。不同的計算方法各有適用條件和范圍，選擇方法時應考慮地理環境、河流的類型、當地居民的生態價值觀、對結果的精度要求、收集資料的難易程度等因素。表1中列出了目前使用較為廣泛的計算方法。

上述方法基本上是國外的研究成果，近年來，國內研究河道內生態需水，大多停留在理論探討階段，計算方法多為引進國外成果。需要指出的是，歐美國家的自然條件與我國相比更為單一，河流的水文情勢也更具有規律性，我國屬于季風氣候區，地形地貌復雜多樣，加上社會經濟發展不均衡，國內的區域性水問題更加難以參考國外實例，對于移植過來的計算方法需要綜合多方面條件進行計算。當前，已有專家學者對水文循環的生態效應進行系統性的研究，分區域對生態流量計算方法進行總結歸納，或者是針對特定的河流或流域進行了方法改進。

三、實例研究

1.研究對象

表1 常用的河流生態流量計算方法表

研究對象位于淮河流域，水資源相對緊張，多年平均降水量890mm，多年平均水資源量約為3億m3，超過七成的降雨集中在汛期5—9月，非汛期降雨稀少。

河流為雨源型季節性河流，主要受氣候條件及降水影響，徑流量年際變化大、年內分布不均，流域內水利工程調蓄能力較弱，河道季節性缺水的問題較為嚴重。

目前，由于部分河段的水利工程調度方案沒有充分考慮該河流的生態環境需要，生態用水被生產生活用水擠占，已不能滿足河道內水生生物生存的最低需水要求，對河道內的水生態環境造成了破壞，基本生態流量無法滿足，流域的水環境承載力大大下降，最終可能造成水生生物多樣性的減少、水體周邊植被退化、河道斷流或污染嚴重、流域地下水得不到補給等問題。

2.研究方法選取

河流上現有一處水文站，已有其1973—2017年長系列徑流數據，資料齊全可靠性高，河道內無特殊水生物種，根據第2節中對計算方法的總結，此次主要選用蒙大拿法進行計算基本生態環境需水量，并采用最枯月平均流量法進行結果核對。

控制斷面選取水文站及河流上兩處水閘所在斷面，水文站資料序列共有45年，滿足蒙大拿法分析數據的要求，兩處水閘沒有設置水文站，其歷年的月、年流量采用已有水文站的多年月平均流量資料按集水面積比縮放進行推算。

表2 蒙大拿法計算成果表（單位：m3/s）

圖1 蒙大拿法計算結果圖

3.計算結果分析

蒙大拿法計算原理中，將河流生態環境劃分為最好、最佳、極好、非常好、好、中、差、極差8個保護目標，每個目標都有相對應的河道流量。本流域的汛期為5—9月，非汛期為當年10月—次年4月，使用蒙大拿法分別進行計算，成果見表2、圖1。

從表2、圖1可以看出：此方法計算出的各種河道內生態環境狀況下的結果差距很大，而本次研究區域水資源短缺，地區生產生活用水緊張，根據相關計算規范的要求，應選取分級為“好”以下級別計算出的河道流量作為本地區生態流量參考。

而該河流屬于北方中小河流，開發程度高，綜合考慮下，基本生態流量取“差”的河道狀況需要的流量，則閘1、水文站、閘2計算結果分別為：汛期0.48m3/s、0.69m3/s、1.11m3/s，非汛期0.12m3/s、0.16m3/s、0.26m3/s。對于大多數水生生物來說，該流量僅能支撐棲息地短期生存，此時，河槽寬度縮窄，河道水深降低，水流速度明顯下降，水生棲息地退化，河流無法自凈，旁支河道出現斷流現象。

最枯月平均流量法僅考慮在90%保證率情況下的計算，其結果作為閘1、水文站、閘2的基本生態流量：汛期為0.09m3/s、0.13m3/s、0.21m3/s，非汛期為0.06m3/s、0.09m3/s、0.14m3/s。同樣的，上述結果僅能維持河道的基本形態，保證主河道不斷流，水生生物群落不會受到無法恢復的破壞。可以看出，此種方法計算出的基本生態流量比蒙大拿法取值更小，考慮到河流的健康情況以及河道內水生生物的生存，本次選擇采用蒙大拿法計算的生態流量。

基于水文站1973—2017年的實測逐日流量資料對計算結果進行可達性分析，可知現狀情況下：汛期內，49.57%的月平均流量或者40.44%的旬平均流量可以滿足“好”的河道狀況需要的流量，57.40%的月平均流量或者46.52%的旬平均流量可以滿足“中”及“差”的河道狀況需要的流量；非汛期內，41.27%的月平均流量或者33.23%的旬平均流量可以滿足“好”的河道狀況需要的流量，44.44%的月平均流量或者35.34%的旬平均流量可以滿足“中”的河道狀況需要的流量，51.11%的月平均流量或者37.46%的旬平均流量可以滿足“差”的河道狀況需要的流量。

蒙大拿法計算的流量為瞬時流量，可以看出大部分時候的流量無法達成維持河流生態健康的要求，因此建議加強流域內的流量監測，強化河流上下游閘壩的聯合調度，保證河道內的生態需水量。

四、結論

目前，國內研究河流生態流量的目的多是針對具體某一條河流，用來提出其可持續發展所需的流量或者一定的水質水量要求，著眼點更多落在其在區域水資源配置中對于維持江河湖泊生態系統健康的參考價值。

實例分析中河流的天然徑流量距離滿足其所需要的基本生態流量還有相當一段差距，建議對河流上的水利工程制定統一的調度方案，協調上下游流量，保證河流的基本生態流量，維持河道內生態健康，統籌協調整個流域內防汛、抗旱、水資源、水質的關系■