河道內生態需水量計算方法探討

李想

摘要：河道內的生態需水量是滿足魚類產卵生存和保持河道生態健康的最低需水量，是維護河流健康和生態可持續發展的基本條件，保護河流生態系統才留住綠水青山，才能將其變為“金山銀山”。因此，探討河道內生態需水量的計算方法，使其更好地應用于實踐，具有重要的現實意義。

關鍵詞：河道;生態需水量;計算方法

河道內的生態需水量最早是美國漁業和野生動物保護組織提出的[1]。是為維護和保護河流的最基本生態功能不被破壞所必須在河道內保留的最小的水量，具有優先滿足性。工程實踐中，水利工程的建設都需要考慮河道的生態環境需水量，避免河道斷流，影響河流的生態環境和功能。河道生態需水量是維持河道生態健康可持續發展的必要條件。

河道內生態需水量的計算涉及多門學科，目前還沒有統一的計算方法，目前計算方法中的使用較廣泛有歷史流量法和水力學法，歷史流量法主要包括蒙大拿法、7Q10法，水力學法主要包括R2cross法和濕周法[2]。

1河道內生態需水量研究現狀

目前我國用于河道生態需水量的計算方法大多由國外引進，在實際計算河道生態需水量的過程中，大多都只是從水文數據和水質數據出發，偏重于宏觀尺度，而對生態信息的關注度較少。國內河道內生態需水量研究主要集中于北方干旱區域，對南方濕潤地區的河流的關注度較少。應逐步完善河流生態需水量計算方法的適用性分析和試驗研究。通過實地調查和實驗相結合，尋求適合國內不同河流的生態流量的計算方法。

2歷史流量法介紹

2.1蒙大拿法（Tennant法）

Tennant法是一種更多地依賴于河流流量統計的方法，建立在歷史流量統計的基礎上，將多年平均天然流量的百分比作為生態基流的一種方法，該方法是對美國東部和西部許多河流的12種生境和用途參數進行廣泛現場調查的基礎上提出的。

蒙大拿法是依據水文資料建立的流量與棲息地質量之間的經驗關系，僅僅使用歷史流量數據資料就能確定河道內生態需水量，使用簡單、方便，但作為一種經驗關系，具有地區差異，在使用之前，一般需要對其所定的標準在本地區的適用性進行分析和檢驗[3]。例如，中國北方地區，生態需水量要考慮季節性河流豐枯變化頻繁和魚類產卵育苗生物活動周期，結合自然河流豐平枯水文情勢變化特征，采用不同頻率典型年的月徑流量來計算河道的生態需水量[4]。

2.2 7Q10法

該方法是從控制污染源排放的角度出發，以90%保證率最枯連續7天的平均水量作為河道的最小的生態需水量。一般來說，河流的天然來水量基本上會超過7Q10流量，滿足這個要求就能滿足自然狀態下的排污要求，7Q10流量一般會小于10%保證率年的平均流量，因此采用此方法所確定的生態需水量對河流生態的保護作用是不夠的。我們國家目前利用該方法的思路是采用近10年的最枯月的平均流量或者90%保證率最枯月的平均流量作為河道生態需水量的設計值。也有人采用河流最小月徑流量多年平均值作為河流的生態需水量。

3水力學法介紹

3.1濕周法

該方法的一種假設條件為保護好臨界區域的水生生物棲息地的濕周也將對非臨界區域的棲息地提供良好的保護。采用濕周作為棲息地的質量指標，通過現場搜集渠道的幾何尺寸和流量數據，繪制臨界棲息地區域（通常是淺灘）濕周與流量的關系曲線，根據濕周和流量關系圖中的轉折點來確定河道內的生態需水量值。用此種方法需要注意的是多斷面的資料要比單斷面的資料更具有代表性，河道的形狀對計算結果的影響較大，該方法適用于濕潤河網地區和河槽穩定并且不隨時間變化的河道，大部分用于寬淺型河道[5]。

3.2 R2cross法

該方法以曼寧公式為基礎，適用于淺灘河流棲息地類型，該方法的河道內的生態需水量基于一種假設，即淺灘是最臨界的河流棲息地類型，而保護淺灘棲息地也能保護其他的水生生物棲息地。通過水域生態系統平衡分析，根據水生生物生產量與平均水深、流量、河寬等的關系，由曼寧公式計算所需的生態水量。曼寧公式如下：

公式中：V為水流流速;n為糙率（使用時可根據實際河流情況查表，也可由實驗測得）;R為水力半徑，是流體面積與濕周長的比值;S為明渠的水力坡度。

4計算方法的優缺點比較

（1）歷史流量法是以河道的水文數據為基礎，以天然徑流量的百分比作為河流生態流量，認為流量是能維持現存的生命形式，該方法使用簡單，易懂，對于數據的要求不高，但是沒有結合河流的實際情況，也沒有考慮生物的具體需求和生物間的相互影響。也沒有結合地形條件，只能在優先度不高的河流使用，粗略的估計河流的生態需水量。

（2）水力學法結合了具體河道的斷面情況和棲息地環境，以維持河道基本形態和足夠的水量為目標，以河道的具體水力參數確定河流所需的生態流量，與歷史流量法相比，包含了很多河流信息，優點是只需要進行簡單的現場測量河道斷面，不需要詳細的物種信息，數據較容易獲取，但此方法并未考慮其他的棲息地類型，只是針對了具體的測量斷面。此種方法多數用于生態瀕危地區，為其他方法提供水力學依據。

5建議

國內目前的計算方法較多是應用傳統的水文及水力學思想，而應用生態學信息建立的物理實驗模型方法較少，而國外恰恰將此作為重點去研究河道內的生態環境需水量，河道內的生態需水量應該重點考慮生態環境的變化和發展，詳細研究環境的生態信息，應側重生物學信息研究。

河道內的生態需水量不能單單考慮水量，還需要結合水質及成本價值，從生態環境的功能要求出發，結合水質改善目標，考慮生態系統能夠容納的最差水質，也要從用于生態環境而失去用在其他方面應該產生的效益方向出發，來分析生態需水量的費用效益問題。

參考文獻

[1]王珊琳，叢沛桐，王瑞蘭.生態環境需水量研究進展與理論探析[J].生態學雜志，2004，23（6）：111- 115.

[2]史方方，黃薇.河道內基本生態環境需水量計算方法研究[J].水利科技與經濟，2008，14（10）：779-781.

[3]門寶輝，劉昌明.Tennant法計算標準的修正及其應用[J].哈爾濱工業大學學報，2008，40（3）：479-482.

[4]劉樹春，劉永鵬.大伙房水庫下游河道內最小生態需水量研究[J].現代農業科技，2012，（1）：261-263.

[5]林超，何杉.海河流域生態現狀用水量調查和生態需水量計算方法[J].水利規劃與設計，2003，（2）：11-18.