汾河入河口基本生態(tài)流量分析計(jì)算

張沛雷

（山西省運(yùn)城市水文水資源勘測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

基本生態(tài)流量是指維持河流、湖泊基本形態(tài)、生態(tài)基本棲息地和基本自凈能力對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能不喪失，需要保留在河道內(nèi)的最小流量及其過(guò)程。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，人類活動(dòng)及地下水超采等因素對(duì)汾河徑流影響加劇，使泉水及河川徑流出現(xiàn)嚴(yán)重衰減，甚至出現(xiàn)斷流情況。本文通過(guò)分析計(jì)算汾河入河口基本生態(tài)流量，評(píng)價(jià)近年來(lái)汾河入河口基本生態(tài)用水滿足程度。

1 流域概況

汾河是黃河第二大支流，山西省內(nèi)第一大河流，發(fā)源于山西省神池縣太平莊鄉(xiāng)西嶺村，穿越云中山和呂梁山之間的峽谷，至蘭村以上為上游，中下游縱貫省境中部的太原、臨汾兩大盆地6 市29 縣，在禹門(mén)口下游的萬(wàn)榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村附近出境匯入黃河，河流長(zhǎng)度713 km，流域面積39721 km2，河流平均比降1.10‰。

2 基本生態(tài)流量計(jì)算方法

基本生態(tài)流量是河湖生態(tài)環(huán)境需水要求的底限值，包括生態(tài)基流、不同時(shí)段生態(tài)流量、全年生態(tài)流量等指標(biāo)。其中，生態(tài)基流是其過(guò)程中的最小值，用月均流量（或水量）表征；不同時(shí)段包括逐月，或汛期、非汛期等時(shí)段。

2.1 生態(tài)基流

生態(tài)基流選用Qp法、Tennant 法、近10 a 最枯月平均流量法3 種方法分析計(jì)算。

（1）Qp法（不同頻率最枯月平均值法），選用控制斷面大于等于30 a 系列天然月平均天然徑流量，用每年的最枯月排頻，選擇90%或95%頻率下的最枯月平均徑流量作為控制斷面生態(tài)基流。

（2）Tennant 法，選用控制斷面多年平均徑流量的百分比，計(jì)算年內(nèi)不同月值，生態(tài)基流取其過(guò)程中的最小值。

（3）近10 a 最枯月平均流量法，用近10 a 最枯月徑流量，即10 a 中的最小值，作為生態(tài)基流。

2.2 年內(nèi)不同時(shí)段值

年內(nèi)不同時(shí)段基本生態(tài)流量值，選用Tennant 法、頻率曲線法、逐月最小徑流計(jì)算法3 種方法計(jì)算。

（1）Tennant 法，選用控制斷面多年平均徑流量的百分比（比例取10%～20%），計(jì)算年內(nèi)不同時(shí)段值。使用時(shí)，較枯較豐時(shí)段的劃分，根據(jù)山西省汛期、非汛期時(shí)段劃分確定。

（2）頻率曲線法，用長(zhǎng)系列水文資料的月平均徑流量的歷史資料構(gòu)建各月水文頻率曲線，將95%頻率相應(yīng)的月平均徑流量作為對(duì)應(yīng)月份的節(jié)點(diǎn)基本生態(tài)環(huán)境需水量，組成年內(nèi)不同時(shí)段值，用汛期、非汛期各月的平均值復(fù)核汛期、非汛期的基本生態(tài)環(huán)境需水量。

（3）逐月最小徑流計(jì)算法是根據(jù)歷史月均徑流資料，按月份進(jìn)行系列劃分，每個(gè)月系列取其最小值作為該月的生態(tài)流量的一種計(jì)算方法。

2.3 全年值

全年生態(tài)流量值根據(jù)不同時(shí)段值累加得到。

2.4 滿足程度評(píng)價(jià)

對(duì)比2007 年～2016 年水文系列的實(shí)測(cè)徑流量與生態(tài)基流、不同時(shí)段（汛期和非汛期）需水量、全年需水量，評(píng)價(jià)主要控制斷面生態(tài)流量滿足程度。用水文系列中實(shí)際徑流量超過(guò)生態(tài)流量的月份數(shù)（或天數(shù)）與水文系列總時(shí)長(zhǎng)的比值評(píng)價(jià)滿足程度。

3 汾河入河口基本生態(tài)流量計(jì)算

選取汾河干流河津水文站斷面作為汾河入河口生態(tài)流量控制斷面。河津水文站，位于山西省河津市柏底村，至河口距離22 km，控制流域面積38726 km2，占汾河流域總面積的97.5%。

3.1 生態(tài)基流計(jì)算

3.1.1 Qp法（不同頻率最枯月平均值法）

選用河津站1956 年～2016 年共61 a 修正后天然徑流系列資料，選取每年最枯月徑流量組成61 a 系列成果，見(jiàn)表1。采用P-Ⅲ型曲線（圖1）對(duì)系列進(jìn)行配線，確定斷面徑流量均值、CV、CS/CV。根據(jù)適線，90%和95%頻率的徑流量分別為3795 萬(wàn)m3、3468 萬(wàn)m3。月徑流量除以時(shí)長(zhǎng)得到的月平均流量可作為生態(tài)基流，生態(tài)基流成果見(jiàn)表2。

表1 河津站1956 年～2016 年最枯月系列成果表 單位：萬(wàn)m3

表2 Q p 法生態(tài)基流計(jì)算成果表

圖1 最枯月P-Ⅲ型曲線配線成果圖

3.1.2 Tennant 法

選用河津站1956 年～2016 年61 a 修正后天然月年徑流量資料，年內(nèi)分汛期（6 月～9 月）和非汛期（1 月～5 月、10月～12 月）2 個(gè)時(shí)段。生態(tài)流量計(jì)算時(shí)，汛期百分比取20%，非汛期百分比取10%。計(jì)算各月生態(tài)流量，得最小月徑流量為773 萬(wàn)m3，發(fā)生在2 月，見(jiàn)表3。因此，生態(tài)基流值為3.19 m3/s。

表3 Te nnant 法生態(tài)基流計(jì)算成果表 單位：萬(wàn)m3

3.1.3 近10 a 最枯月平均流量法

分析河津站2007 年～2016 年近10 a 月年徑流資料，最小月徑流量為3874 萬(wàn)m3，發(fā)生在2009 年2 月，河津站斷面生態(tài)基流值14.9 m3/s。

3.2 年內(nèi)不同時(shí)段值計(jì)算

3.2.1 Tennant 法

選用河津站1956 年～2016 年61 a 修正后月年徑流量資料,年內(nèi)不同時(shí)段值以月為時(shí)間尺度進(jìn)行分析計(jì)算，并按照汛期（6 月～9 月）和非汛期（1 月～5 月、10 月～12 月）2 個(gè)時(shí)段統(tǒng)計(jì)。生態(tài)流量計(jì)算時(shí)，汛期百分比取20%，非汛期百分比取10%。因此，基本生態(tài)流量汛期值為17520 萬(wàn)m3，非汛期值為9077 萬(wàn)m3。

3.2.2 頻率曲線法

選用河津站1956 年～2016 年修正后月年徑流量系列資料，用61 a 月徑流量構(gòu)建12 個(gè)月水文頻率曲線，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行配線，確定各月徑流量均值、CV、CS/CV、95%頻率的各月基本生態(tài)徑流量，結(jié)果見(jiàn)表4。故汛期基本生態(tài)徑流量（6 月～9 月相加）為28746 萬(wàn)m3；非汛期基本生態(tài)量（1 月～5 月、10 月～12 月相加）為41913 萬(wàn)m3。

表4 頻率曲線法年內(nèi)不同時(shí)段值計(jì)算成果表 單位：萬(wàn)m3

3.2.3 逐月最小徑流計(jì)算法

選用河津站1956 年～2016 年修正后月年徑流量系列資料,劃分12 個(gè)月份系列，計(jì)算逐月最小徑流量，結(jié)果見(jiàn)表5。月徑流量分汛期、非汛期分別求和可得到基本生態(tài)徑流量汛期值與非汛期值，依次為23216 萬(wàn)m3、34042 萬(wàn)m3。

表5 逐月最小徑流計(jì)算法生態(tài)基流計(jì)算成果表 單位：萬(wàn)m3

3.3 全年值計(jì)算

Tennant 法、頻率曲線法、逐月最小徑流計(jì)算法3 種方法計(jì)算汛期、非汛期生態(tài)流量值相加得全年生態(tài)流量值，見(jiàn)表6。

表6 基本生態(tài)流量全年值成果表 單位：萬(wàn)m3

3.4 滿足程度評(píng)價(jià)

3.4.1 生態(tài)基流滿足程度評(píng)價(jià)

對(duì)河津站生態(tài)基流滿足程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)成果見(jiàn)表7。由表7 可知，滿足程度最高是Tennant 法89.2%；其他計(jì)算方法滿足程度均低于50%，現(xiàn)狀條件下不能保證河道基本生態(tài)基流。

表7 生態(tài)基流滿足程度評(píng)價(jià)成果表

3.4.2 年內(nèi)不同時(shí)段值滿足程度評(píng)價(jià)

對(duì)河津斷面全年、汛期和非汛期各時(shí)段不同方法計(jì)算生態(tài)流量成果進(jìn)行滿足程度評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表8。其中Tennant 法能基本滿足時(shí)段生態(tài)需水量；其他計(jì)算方法滿足程度均低于50%，現(xiàn)狀條件下不能保證不同時(shí)段基本生態(tài)流量。

表8 基本生態(tài)流量過(guò)程滿足程度評(píng)價(jià)成果表 單位：萬(wàn)m3

4 結(jié)論

本文基于河津水文站控制斷面61 a 實(shí)測(cè)天然資料，分析計(jì)算汾河入河口基本生態(tài)流量。生態(tài)基流，Tennant 法計(jì)算結(jié)果最小為3.19 m3/s，現(xiàn)狀滿足程度最高為89.2%；近10 a 最枯月平均流量法計(jì)算結(jié)果最大為14.9 m3/s，滿足程度最低為46.7%。

汾河補(bǔ)水按照接近或大于3.19 m3/s 進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水就可以滿足基本生態(tài)水量要求，2020 年山西省將繼續(xù)向汾河調(diào)引黃河水6 億m3，按照枯水期不低于15 m3/s 實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水，更好地維持了汾河生態(tài)流量。河津站可作為汾河入黃河河口控制斷面，以日平均流量作為控制指標(biāo)，建立預(yù)警機(jī)制，調(diào)節(jié)上游水資源配置，盡快維護(hù)和修復(fù)汾河河道健康的生態(tài)系統(tǒng)。