河流生態流量確定方法分析

王鴻

摘要：采用生態基流法對陜西渭河生態基流進行了估算。該方法不僅考慮了滿足水質要求的自凈流量，還考慮了現有水生生物棲息地的流量要求。建立了一個水質模型，用于估算四種情況下的自凈流量，包括目前的排放量和其他三種不同污染處理措施對應的情況。利用生物指示劑法計算了現有水生生物棲息地的需水量。綜合這些流量需求，估算了陜西渭河的生態流量。并與其它方法，如坦南法、濕周法、R2ROSS法等進行了比較。結果表明，該方法具有較高的可靠性，更適合于陜西渭河生態基流的計算。

關鍵詞：河流生態;流量確定方法;分析

引言：渭河是黃河最大的支流，對黃河流域生態環境的改善起著重要作用。陜西渭河流域面積6.71萬平方公里，占總面積的50%，集中了61%的人口、56%的耕地、72%的灌溉面積和81%的工業產值。在過去的幾十年里，渭河水體受到了嚴重的污染。另一方面，由于自然因素和人類活動的影響，渭河年徑流量自20世紀80年代以來明顯減少。由于這些原因，渭河河道生態系統遭到了嚴重破壞。大多數水生生物已瀕臨滅絕。如何改善渭河的生態環境，一直是政府和研究者關注的問題。

一、河流生態流量確定的意義

生態基流的確定具有重要意義。一般來說，生態基流方法可分為水文法、水力分級法、生境模擬法和整體法，以及組合法和其他方法。水文方法具有計算簡單和易于處理的優點，其中包括坦南方法、7Q10方法和得克薩斯方法。水文方法是根據天然河流的特點發展起來的，在大多數應用中被用作粗略驗證。水力評價方法，如濕潤周長法[6]和R2CROSS法，在水力指標和水生生物棲息地之間建立了簡單的關系。由于數據量小，水力分級方法得到了廣泛的應用。但這種關系也是從天然河流中總結出來的。在調節河流中，使用水力評級方法可能無法評估生態基流。隨著生態基流研究的深入，發展了生境模擬方法[8，9]、整體方法和組合方法。該方法考慮了水生生物棲息地和流域特征的更多信息，可以得到更準確的估算結果。但河流生態數據的缺乏往往是這些方法應用的主要障礙。渭河流域由于水庫、河道、城市改道等人類活動的影響，河流流量受到很大影響，限制了水文方法的應用。由于侵蝕，斷面形狀不斷變化，尤其是在下游。采用水力分級方法時，會引起估算誤差。渭河污染嚴重，生態系統遭到嚴重破壞，制約了生境模擬方法、整體方法和組合方法的應用。本研究的目的是發展一種適用于渭河等重污染河流的生態基流方法。該方法既要考慮現有水生生物棲息地的流量需求，又要考慮自凈流量滿足水質需求，以恢復河道內生態系統。提出了一種實用的河流生態基流評價方法——水質模擬法（WQMA）。通過對渭河五個河段的Tennant法、最小月流量法、濕周法和R2ROSS法的應用對比研究，驗證了所提方法的可靠性。[1]

二、比較模型

1.回顧

坦能方法坦能方法，也被稱為蒙大拿方法，假設需要平均流量的一定百分比來維持健康的河流生態環境。通過對蒙大拿州、內布拉斯加州和懷俄明州11條河流的橫斷面數據進行分析，坦南發現河流寬度、水流速度和水深都從平均流量的0%迅速增加到10%，當流量超過10%時，增加率下降。它假設水流速度和深度在低于平均流量10%的情況下退化，這將為大多數水生生物提供短期生存。此外，平均流量的30%將為大多數水生生物提供滿意的水流寬度、深度和流速。平均流量的60%為大多數人提供了極好的棲息地。[2]

2.濕周長法

濕周長法是以濕周長為指標來判斷生境，從而估算最小生態水流量的方法。為了確保棲息地周圍的濕潤環境，水生生物得以生存[14]。基于上述假設，濕周與水生生物的棲息地有直接的聯系。通過建立P-Q曲線和尋找變化點，可以得到最小生態基流。P-Q的關系可以從Manning公式（McCarthy 2003）得到。在重污染河流中，水質是影響生態系統的主要因素。針對這些特點，我們開發了一種實用的方法-水質模擬方法（WQMA），以有效地評估此類河流的生態基流。[3]重污染河流的生態流量Qh可分為兩部分：滿足生態系統水質要求的自凈流量和保護河流內現有水生生境的最小流量，Qp為自凈流;Qh是水生棲息地的流量。由于外部條件和生態系統功能的不同，不同河段的生態基流大小會發生變化。[4]

三、結語：

采用WQMA對代表不同污染物處理措施的三種情景進行了模擬。結果表明，采取這些措施可以減少生態流量，控制排放總量更有效。并與Tennant法、R2ROSS法和濕周法的結果進行了比較。結果表明，WQMA的結果明顯大于這些結果。其原因是對重污染后果的自凈需要更大的流量。從水量和水質兩方面考慮，WQMA更適合模擬渭河等污染嚴重的河流。

參考文獻：

[1]華祖林，董越洋，褚克堅.高度人工化城市河流生態水位和生態流量計算方法[J].水資源保護，2021，37（1）：140-144.

[2]季小兵，馬玉其，王新友， 等.基于1960-2018年實測徑流與水文學方法的開都河生態流量分析[J].水資源與水工程學報，2020，31（6）：17-23，30. DOI：10.11705/j.issn.1672-643X.2020.06.03.

[3]涂晶晶，陳森林，艾學山， 等.河流生態流量特征圖及生態流量評價方法[J].水資源保護，2015，31（1）：99-105.

[4]嚴勰.利用生態環境需水評估方法確定引水式電站最小下瀉流量[J].福建師范大學學報（自然科學版），2015，31（5）：99-107.

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