松花江（三岔河口以上）生態環境需水研究

李孟南

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

1 概況

1.1 自然地理

松花江（三岔河口以上）流域面積為7.34 萬km2，其中吉林省境內面積為7.29 萬km2，河長958 km。松花江（三岔河口以上）干、支流流經吉林省長春、吉林、松原、延邊州等9 個市（州、管委會）27個縣（市、區）。整個流域地勢東南高、西北低，河道由東南流向西北。流域年平均降水量比較充沛，水資源較豐富，特別是上游山區，山高河陡，水能資源也很豐富。

1.2 河流水系

松花江（三岔河口以上）流域東南高、西北低，河道由東南流向西北。從源頭到二道松花江與頭道松花江匯合的兩江口，為河源段，河道長255.7 km，集水面積1.87 萬km2，整個江段位于長白山山地。從兩江口到豐滿電站壩址為上游段，長208.1 km，集水面積2.42 萬km2，河流穿行于高山峽谷間。由豐滿電站壩址到沐石河口為中游段，河長190.7 km，集水面積0.95 萬km2，為山丘區向松嫩平原的過渡段。由沐石河口至三岔河為下游段，流經松嫩平原，河道長170.9 km，集水面積2.14 萬km2，河谷內多沙丘、濕地，江汊發育。

1.3 氣象

松花江（三岔河口以上）流域屬于季風降水地區，冷暖氣團交替控制，四季氣候變化明顯。降水量由長白山區向西北平原區遞減，上游長白山天池的降水量在1 000 mm 以上，到下游平原區減至400 mm 左右。區域內的降水年內分配極不均勻，主要集中在6—9 月，降水量占全年的70%～80%。該流域的主要天氣系統有華北氣旋、蒙古氣旋、河套氣旋以及副熱帶高壓后部切變、臺風等，暴雨成因主要是氣旋雨、臺風雨和地形雨。多年平均蒸發量為1 488 mm，多年平均氣溫4.40 ℃，多年平均風速3.60 m/s，主風向為西南風。全年日照時數2 200～2 400 h，無霜期130 d 左右，最大凍土深1.60～2.00 m。

2 河道內生態環境需水量計算方法

根據SL/Z712-2014《河湖生態環境需水計算規范》中的定義，河道內生態環境需水量為維系河流、湖泊、沼澤給定的生態環境保護目標，需要保留在河道內的水量。給定的生態環境保護目標是指根據水資源條件和開發利用狀況，合理確定的需要維系的生態環境功能。根據SL/Z712-2014關于生態環境需水分類規定，松花江（三岔河口以上）流域生態環境需水量的計算，主要考慮河流基本和目標生態環境需水量兩種情況。

松花江（三岔河口以上）流域各節點基本生態環境需水量計算：用長系列（1956—2016 年）95%保證率逐月最小月平均流量乘以每月天數，計算各節點基本生態環境需水量；松花江（三岔河口以上）流域各節點目標生態環境需水量計算包括用長系列95%保證率逐月最小月平均流量乘以每月天數，計算基本生態環境需水量；水生生物保護需水量計算、保持水體自凈能力需水量計算，這3 項中逐月取外包值，再加上水庫逐月蒸發和滲漏消耗需水作為河流各節點目標生態環境需水量。

2.1 河流基本生態環境需水量

根據長系列95%保證率最小月平均流量，計算多年平均最小生態環境需水量作為河流基本生態環境需水量。計算公式為：

式中：Wr為河流最小生態環境需水量；min（Wij）p=95%為95%保證率最小月平均徑流量。

2.2 保持水體自凈能力需水量

根據納污能力計算公式，用現狀排污量及預測排污量進行反推算自凈需水量。但是目前由于資料缺乏，采用現狀排污量通過完全混合方式進入水體后，達到水功能區劃標準計算出的水量為自凈水量。由于松花江（三岔河口以上）河槽較窄，流量較小，河道流速隨時間變化不大，容易充分混合，因此可用下列模型預測：

采用完全混合模型進行預測，計算公式：

式中：C——為混合后污染物濃度，mg/L；Cp——污水排放濃度，mg/L；Qp——污水排放量，m3/s；Ch——上游河段污染物濃度，mg/L；Q——河段流量，m3/s。

2.3 水生生物保護需水量

水生生物保護需水量為維持河流系統水生生物生存的最小生態需水量，是指維系水生生物生存與發展，即保存一定數量和物種的生物資源，河道中必須保持的水量。水生生物保護需水量可按照河道多年平均年徑流量的比例估算。

2.4 水庫水面蒸發消耗需水量

按水庫平均水面面積計算，其計算公式表示如下：

式中：Ww——水面蒸發消耗需水量，m3/a；A——蒸發水面面積（按水庫正常高水位時水面面積的1/2 計算），m2；E ——相應水面蒸發能力，mm；P——相應水面上陸面蒸發能力，mm。

2.5 水庫滲漏消耗需水量

此次按水庫正常高水位時水面面積的1/2 乘以0.5 m，計算水庫滲漏消耗水量。

3 生態環境需水量計算結果

3.1 基本生態環境需水量

3.1.1 保護目標

為實現松花江（三岔河口以上）流域水資源高效合理利用與生態環境保護有機結合，確定主要生態環境功能為維持基本形態、自凈能力、水生生物等，作為松花江（三岔河口以上）生態環境保護目標。

3.1.2 需水量計算

同一條河流應在上下游各節點年內不同時段需水量和全年需水量的平衡協調基礎上，按從下游到上游順序，取各節點生態環境需水量的外包值作為該河流的基本生態環境需水量。

根據松花江（三岔河口以上）流域各河流多年平均徑流量，計算各河流基本生態環境需水量與各河流多年平均徑流量比值，計算結果詳見表1。

從表1 可以看出：溫德河基本生態環境需水量占多年平均徑流量的比值較小，為13%；頭道松花江和松江河基本生態環境需水量占多年平均徑流量的比值較大，為45%；松花江（三岔河口以上）基本生態環境需水量占多年平均徑流量的比值為33%。松花江（三岔河口以上）流域各河流基本生態環境需水量占多年平均徑流量的比值為13%～45%。

3.2 目標生態環境需水量

3.2.1 水生生物保護需水量

水生生物保護需水量按照河道多年平均年徑流量的比例估算，此次按30%計算。

3.2.2 水質目標及水質現狀

根據《吉林省環境保護廳關于印發吉林省所涉及“十三五”國省控江河斷面和湖庫點位設置及水質目標表的通知》（吉環字辦〔2016〕70 號），松花江（三岔河口以上）干流共23 個國、省控監測斷面。除2017 年大坡江橋、2018 年烏金屯大橋水質現狀不滿足目標要求外，其余國、省控各斷面均能滿足水質目標要求。

表1 各河流基本生態環境需水量占比表104 m3

表2 各河流目標生態環境需水量占比表 104 m3

3.2.3 水庫水面蒸發需水量

根據湖泊水面蒸發消耗需水量計算公式，松花江（三岔河口以上）流域有楓林電站、松山電站、雙河二級電站、小山電站、雙溝電站、石龍電站、301電站、兩江電站、大興川電站、白山水庫、紅石水庫、龍鳳水庫、團山子水庫、豐滿水庫、朝陽水庫、二道水庫、碾子溝水庫、胖頭溝水庫、大綏河水庫、紅星水庫、慶豐水庫、牛頭山水庫、柴福林水庫、高城子水庫、躍進水庫和哈達山水利樞紐等26 座大中型水庫，蒸發消耗總需水量為2 332×104m3。

3.2.4 水庫滲漏消耗需水量

根據水庫滲漏消耗需水量計算方法，松花江（三岔河口以上）流域有豐滿水庫等26 座大中型水庫，計算結果是滲漏消耗總需水量為18 446×104m3。

3.2.5 各節點目標生態環境需水量

根據各節點目標生態環境需水量計算方法，計算松花江（三岔河口以上）流域各節點目標生態環境需水量。經計算，高城子河目標生態環境需水量最小，為221×104m3，三岔河口以上目標生態環境需水量最大，為593 387×104m3。

3.2.6 各河流目標生態環境需水量

同一條河流應綜合協調上下游各節點目標生態環境需水量的基礎上，自下而上取各節點生態環境需水量的外包值，并與該河流河道內生產需水和河道外用水需求協調平衡后，合理確定河流的目標生態環境需水量。

根據各河流多年平均徑流量，計算各河流目標生態環境需水量與各河流多年平均徑流量的比值，計算結果詳見表2。

從表2 可以看出：松花江（三岔河口以上）流域各河流目標生態環境需水量占多年平均徑流量的比值為30%～47%，松花江（三岔河口以上）目標生態環境需水量占多年平均徑流量的比值為36%。

3.3 成果合理性分析

3.3.1《河湖生態環境需水計算規范》規定的參考閾值

根據SL/Z712-2014中不同類型河流水系生態環境需水量參考閾值，松花江（三岔河口以上）為北方河流，全流域總面積7.34萬km2，其中吉林省境內面積為7.29 萬km2，屬于較大江河，松花江（三岔河口以上）地表水開發利用程度為30%，為低開發利用河流。故松花江（三岔河口以上）基本生態環境需水量與多年平均徑流量的比值應大于等于25%，松花江（三岔河口以上）目標生態環境需水量與多年平均徑流量的比值應大于等于55%。此次計算的松花江（三岔河口以上）流域基本生態環境需水量與多年平均徑流量的比值為33%；松花江（三岔河口以上）流域目標生態環境需水量與多年平均徑流量的比值為36%，為近期目標，遠期將達到SL/Z712-2014的要求。故認為此次結果較合理。

3.4 基本和目標生態環境需水過程

松花江（三岔河口以上）流域各河流基本和目標生態環境需水均是按月平均需求，因此各河流基本和目標生態環境逐月需水過程詳見表3、表4。

4 結論

松花江（三岔河口以上）基本生態環境需水量為539 961×104m3，占多年平均徑流量的33%；目標生態環境需水量為593 387×104m3，占多年平均徑流量的36%。

表3 松花江（三岔河口以上）流域各河流基本生態環境需水過程104 m3

表4 松花江（三岔河口以上）流域各河流目標生態環境需水過程104 m3