淮河干流淮南水文站河道內(nèi)生態(tài)基流計算分析

陳海濤

(安徽省阜陽水文水資源局，安徽 阜陽 236000)

生態(tài)基流是保持河段能夠正常維持生態(tài)活動的最小流量，對流域河段內(nèi)各種生物生存、水量的合理調(diào)度，以及周邊城市的長久發(fā)展至關(guān)重要。確定科學(xué)合理的生態(tài)基流大小，可以在盡可能地節(jié)約保護(hù)水資源的前提下，使得河段保持生態(tài)健康。當(dāng)前，受到自然與人工的各種因素影響，淮河淮南河段生態(tài)環(huán)境可能發(fā)生了較大的變化。因此本文依據(jù)《河流生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》，對淮南站與魯臺子水文站斷面河段內(nèi)的生態(tài)基流量進(jìn)行計算，并通過水文比擬法求得淮南站斷面的生態(tài)流量。

1 河段概況與特性

淮南水文站位于淮南市區(qū)，在魯臺子水文站下游約60 km，集水面積為101000 km2，因淮河水文站設(shè)站年限較短，無長系列實測流量資料，魯臺子與淮南站之間支流較少，水位與流量兩站變化較為穩(wěn)定，縱向比降小，故采用上游魯臺子水文站歷年資料，并運用水文比擬法推算淮南站河道內(nèi)生態(tài)基流量。

魯臺子水文站屬于國家重要水文站，位于淮河干流，實現(xiàn)全年駐測，觀測項目多，工作任務(wù)重，集水面積88630 km2，多年平均水位是18.15 m，多年平均流量714 m3/s，距下游河口294 km，匯入洪澤湖。

測驗斷面為復(fù)式斷面，大體呈“U”型。斷面主流方向基本穩(wěn)定，河床土質(zhì)為砂壤土，稍有沖淤變化。右岸種有農(nóng)作物，高水時阻水。流速儀測流斷面在本站基本水尺斷面下游105 m 處，上游12 km 處左岸有潁河匯入，18 km 處右岸有淠河匯入。受洪水波附加比降的影響，淮河河道水位與流量往往不是單一關(guān)系而是呈繩套關(guān)系。水位流量關(guān)系因受洪水漲落和回水頂托的影響非常明顯，洪水漲落時相同流量的水位差別較大，即繩套變化幅度較大[1]。

2 生態(tài)基流計算分析

選取魯臺子該站31 年月徑流資料，見表1。并結(jié)合本站實際情況與《河流生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》，從中選取Tennant 法、QP法與95%頻率、近10 年最枯月平均流量法四種方法分別計算魯臺子生態(tài)基流，并且運用比擬法求得淮南水文站斷面生態(tài)基流，并從中挑選最適合該河段的生態(tài)基流。由于淮南站與魯臺子水文站下墊面條件基本相似，流域集水面積減少12%，故可以確定淮南站與魯臺子站修正系數(shù)為1.14。

表1 魯臺子1990 年～2020 年月平均流量表

續(xù)表1

2.1 Tennant 法

Tennant 法原理是依據(jù)歷年的徑流資料就可以確定年內(nèi)不同階段的生態(tài)基流。依據(jù)規(guī)范中相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合河段的特性與生態(tài)要求等因素，便可求出各自需求的生態(tài)基流。分析計算便捷，淮河位于北溫帶，屬于季節(jié)性的河流，常年水量較大，適合本法。本次試驗將5 月～10 月劃分為汛期，11 月～4 月劃分為非汛期，計算結(jié)果見表2。

表2 Tennant 法計算結(jié)果

由于淮河流域集水面積大、水系多、多受季風(fēng)與沿海臺風(fēng)影響導(dǎo)致流域年均雨量較為豐富，加上淮河流域水庫、閘壩等水利設(shè)施較為完善，水量調(diào)度與開發(fā)能力強，且考慮到淮南淮河段地區(qū)用水需求，因此，選取“中或差”這一等級，即魯臺子非汛期生態(tài)基流為32.4 m3/s，并確定淮南非汛期生態(tài)基流為36.9 m3/s。

2.2 Qp 法

Qp法為不同頻率最枯月平均值法，依據(jù)淮河魯臺子河段特性與水資源開發(fā)與利用情況，選取頻率P為90%，歷年30 次連續(xù)的最枯月均流量進(jìn)行分析計算。采用P-Ⅲ型曲線適線，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)計算程序中，結(jié)果可得:魯臺子水文站多年平均流量頻率分析成果見表3，最枯月均頻率曲線見圖1。

圖1 魯臺子站最枯月均頻率曲線圖

表3 多年最枯月均流量頻率分析成果表

通過分析計算得出:魯臺子站多年平均最枯月流量為120 m3/s， 變 差 系 數(shù)Cv=0.50， 偏 態(tài) 系 數(shù)Cs=0.87， 采 用 頻 率為90% 的設(shè)計值為生態(tài)基流， 為51.9 m3/s， 淮南站確定為59.2 m3/s。

2.3 頻率曲線法

采用魯臺子站1990 年～2020 年間月均平均流量進(jìn)行分析，繪制出月均頻率曲線。月均統(tǒng)計資料見表1，將P為95%的相應(yīng)的月均徑流作為對應(yīng)月份的節(jié)點基本生態(tài)基流。組成年內(nèi)不同時段值，并用汛期與非汛期月均值進(jìn)行校核。多年月均流量頻率分析成果見表4，各時期流量頻率成果見表5。

表4 多年月均流量頻率成果表

表5 多年95%各時段流量頻率成果表

2.4 近10 年最枯月平均流量法

本法依照魯臺子水文站近10 年(2011 年～2020 年)內(nèi)的最枯月均流量作為分析依據(jù)，計算成果見表6。

表6 近10 年最枯月均流量成果表

2.5 生態(tài)基流結(jié)果分析

本文依據(jù)魯臺子水文站分析淮南水文站河段內(nèi)生態(tài)基流結(jié)果:

(1)Tennant 法分析得出的淮南河段非汛期生態(tài)基流是36.9 m3/s，所得出的生態(tài)流量較其它方法偏小。因此法著重考慮的是用水需求以及周圍生態(tài)環(huán)境的因素，對豐水時段考慮不足，故導(dǎo)致存在偏小的誤差。本文以非汛期用水時期為主要參考，但各種經(jīng)驗參考值可能隨著地區(qū)不同而變化，機械的使用統(tǒng)一參考值可能會使得該河段運用此法可信度較低[2]。

(2)Qp法分析得出的淮南段生態(tài)基流為59.2 m3/s，采用的是各年中的最枯月份，此法未考慮中高水時的河道流量，主要依靠的是來水時期“最不利的情況”，故與Tennant 一樣偏小，但此法經(jīng)過定量頻率計算，可信度較Tennant 高，此法可以為河段進(jìn)行干旱預(yù)警，為水量調(diào)度提供依據(jù)。

(3)近10 年最枯月平均流量法得出生態(tài)基流為100 m3/s，因樣本少，代表性較差，參考價值不高，但從得出數(shù)據(jù)分析可知，近10 年來淮南河段生態(tài)環(huán)境得到顯著改善，河段治理效果好，生物多樣性增加，水資源利用增多。

(4)頻率曲線法得出的生態(tài)流量為157 m3/s。此法全面考慮了淮南河段枯水、平水、枯水年各月不同的來水情況，并且年內(nèi)分配符合降雨等來水實際情況，最小流量出現(xiàn)時間在11 月～2 月，此時農(nóng)業(yè)用水少。且河段上游有臨淮崗，下游有蚌埠閘等水利工程，在5 月份控制水位水量，且5 月、6 月兩月份農(nóng)業(yè)灌溉增加，因此汛期5 月、6 月較其它月份來水量偏小。綜合考慮，頻率曲線法對于確定淮南段生態(tài)流量最為合理。

4 結(jié)語

運用規(guī)范中的四種方法，對淮河淮南段河道生態(tài)流量進(jìn)行分析確定，最終確定該河段生態(tài)流量為157 m3/s，可為日后水資源調(diào)度提供一定的參考價值。