大汶河汶口段生態(tài)基流計(jì)算分析

侯世文

（泰安市水文局，山東 泰安 271000）

大汶河汶口段生態(tài)基流計(jì)算分析

侯世文

（泰安市水文局，山東 泰安 271000）

【摘要】根據(jù)大汶口水文站1955—2013年徑流資料，通過采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量法和Texas法等多種水文學(xué)法計(jì)算，結(jié)合河道徑流年內(nèi)分布特點(diǎn)、綜合對(duì)比分析各種生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為：基流量為0.84～13.0m3/s能更好地代表該區(qū)域各年型不同水期的河道生態(tài)需水，其生態(tài)基流保障程度除特枯年份外均能達(dá)到90%以上。

【關(guān)鍵詞】大汶河；生態(tài)基流；Tennant法；Texas法

大汶河地處山東省中部的泰山南麓，全長(zhǎng)208km，流域面積8536km2。流域內(nèi)多年平均降雨量711mm，降水年際變化大、年內(nèi)分配不均。近年來因受不斷加劇的人類活動(dòng)影響，大汶河生態(tài)環(huán)境有逐漸惡化的趨勢(shì)，分析估算大汶河的生態(tài)基流量，對(duì)其河道健康作進(jìn)一步的研究是解決大汶河生態(tài)環(huán)境惡化問題的基礎(chǔ)。

1　生態(tài)基流計(jì)算

大汶口水文站控制大汶河中部以上流域，設(shè)立于1954年，目前該站收集到59年的系列流量資料，為此選擇該站為典型站進(jìn)行代表性計(jì)算。1.1基流比例法

1）年型劃分及計(jì)算方法。將多年的徑流量資料經(jīng)代表性和一致性分析后進(jìn)行頻率計(jì)算，把符合一定保證率的徑流量劃分為豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）、枯水年（P=75%）及特枯年（P= 90%）。按照各年型徑流量間的比值，計(jì)算各年型的基流比例。計(jì)算公式：

Ti+1=Ti+u×（Qi-Qi+1/Qi+1）×Ti

式中，Ti為已知的斷面第i年型的基流比例，%；i=1、2、3、4，分別代表豐水年、平水年、枯水年和特枯年；Qi為斷面第i年型的平均徑流量，m3/s；Qi＞Qi+1，（Qi-Qi+1）/Qi+1為第i年型徑流量比第i+1年型增加的比值；μ為比例削減系數(shù)，取0.40。各時(shí)段的生態(tài)基流為其基流比例與徑流量的乘積。

2）年際-各年型生態(tài)基流計(jì)算。按照保證率法和不同年型的劃分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)頻率計(jì)算后確定不同保證率徑流量值，大汶口站多年平均值為33.8m3/s。根據(jù)河道流量與河流生態(tài)健康關(guān)系推薦的數(shù)據(jù)，假定豐水年生態(tài)基流占其相應(yīng)年型流量的20%，計(jì)算后生態(tài)基流值為多年平均流量的27%。依據(jù)上述計(jì)算方法分別計(jì)算年際-各年型的基流比例及基流值，結(jié)果見表1。

表1年際-各年型生態(tài)基流計(jì)算表

從表1中計(jì)算的數(shù)據(jù)可知，大汶口站從豐水年到特枯年的生態(tài)基流量為9.27～3.33m3/s，占多年平均流量33.8m3/s的27%～10%，符合Tennant法的推薦比例。經(jīng)分析，從1955—2013年大汶口站年均流量大部分能滿足所計(jì)算的生態(tài)基流值，只有5年次不能滿足，其中80年代前25年出現(xiàn)過1次，之后的30多年出現(xiàn)過4次。

3）年內(nèi)-各水期不同時(shí)段生態(tài)基流計(jì)算。根據(jù)大汶口站各月多年平均流量值，制作年內(nèi)各月流量分布圖（見圖1）。

圖1　大汶口站（1955—2013）歷年各月平均流量分布圖

從圖1中可以看出：1～5月平均流量最低可定為枯水期；6，10～12月為平水期；7～9月為豐水期。根據(jù)Tennant分析建立的河道流量與河流生態(tài)健康關(guān)系，將水期劃分為魚類卵育幼期 （4～9月）和一般用水期（10月至翌年3月）。各水期生態(tài)基流按照前述介紹的計(jì)算公式和方法，分別對(duì)不同保證率的生態(tài)基流進(jìn)行分析計(jì)算，其生態(tài)基流統(tǒng)計(jì)見表2。

表2各年型及各水期的生態(tài)基流統(tǒng)計(jì)表

1.2Tennant法

Tennant法也叫蒙大拿法，Tennant通過分析河流多年天然平均流量百分比和河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況，建立了水生生物、河流景觀、娛樂和河流流量之間的關(guān)系。在大汶口站59年的資料系列中，分別求出魚類產(chǎn)卵育幼期和一般用水期的徑流量平均值，按照Tennant法提供的河道流量與河流生態(tài)健康關(guān)系，計(jì)算各自對(duì)應(yīng)生態(tài)基流。在生態(tài)基流量選取時(shí)采用生態(tài)系統(tǒng)開始退化狀態(tài)的數(shù)值，即一般用水期取10%（1.22m3/s）、魚類產(chǎn)卵育幼期取30%（16.78m3/s），計(jì)算結(jié)果見表3。

表3Tennant法生態(tài)基流計(jì)算表

1.3最枯月平均流量多年平均值法

最枯月平均流量多年平均值法就是采用歷年逐月最小日平均流量計(jì)算每月的生態(tài)基流量，結(jié)果見表4。

1.4TEXAS法

Texas法考慮了季節(jié)變化因素，是將50%保證率下月徑流量的特定百分率作為最小流量。依據(jù)大汶口站1955—2013年共708個(gè)月的徑流量資料，經(jīng)頻率計(jì)算后取50%保證率下月流量的特定百分率作為最小流量。吳喜軍提出根據(jù)渭河寶雞段典型植物及魚類的水量要求，特定百分率取20%為宜。經(jīng)計(jì)算，50%保證率下月流量為4.73m3/s，依特定百分率20%計(jì)，則其生態(tài)流量為0.95m3/s，見表5。

表4最枯月平均流量多年平均值法生態(tài)基流統(tǒng)計(jì)表 m3/s

2　生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果及保障程度分析

表5不同計(jì)算方法生態(tài)基流統(tǒng)計(jì)表

從表5中可以看出，Texas法計(jì)算的生態(tài)流量值（0.95m3/s）與Tennant法、基流比例法（年際-各年型除外）和最枯月平均多年平均值法計(jì)算的生態(tài)基流下限值（0.84～1.22m3/s）基本一致；基流比例法各水期計(jì)算的生態(tài)基流值 （0.84～28.29m3/s）與最枯月平均多年平均值法計(jì)算值（1.03～26.9m3/s）也大致相同，只不過基流比例法計(jì)算的生態(tài)基流將其他幾種方法的計(jì)算結(jié)果都包含在內(nèi)，表明計(jì)算方法比較合理?？紤]到大汶河汶口段干流生態(tài)基流缺失較重，尤其是4～6月河道有時(shí)出現(xiàn)斷流情況，故本文暫定其生態(tài)基流為0.84～28.29m3/s。為進(jìn)一步檢驗(yàn)計(jì)算成果的可靠性，需對(duì)生態(tài)基流的保障程度進(jìn)行分析。

生態(tài)基流保障程度就是某時(shí)段斷面逐日徑流量大于斷面生態(tài)基流的天數(shù)占該時(shí)段總天數(shù)的百分比。將大汶口站各代表年型不同時(shí)段逐日徑流量與計(jì)算的相應(yīng)生態(tài)基流值進(jìn)行比較，對(duì)其保障程度進(jìn)行分析，各代表典型年生態(tài)基流保障程度見表6。

表6各代表典型年生態(tài)基流保障程度

由表6可知：豐水年和平水年生態(tài)基流保障程度較高達(dá)98%以上，但其不能保障的幾天卻發(fā)生在豐水期和平水期；枯水年和特枯年生態(tài)基流保障程度較低，范圍在73%～87%之間。從年內(nèi)各時(shí)段來看，豐水期生態(tài)基流保障程度相對(duì)偏低，主要原因是豐水期基流值較大造成的；特枯年枯水期生態(tài)基流保障程度最低為65%。參照國(guó)外經(jīng)常取保障程度90%的流量值為該河道的生態(tài)基流，為使豐水階段盡可能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，綜合Tennant法（16.78m3/s）、按河流生態(tài)比例法（15.16m3/s）和枯水年豐水期 （14.11m3/s）、特枯年豐水期（9.34 m3/s）所計(jì)算的生態(tài)基流量值，確定為該河段生態(tài)基流量上限值為13.0m3/s，即大汶河汶口段河道生態(tài)基流為0.84～13.0m3/s。調(diào)整后的枯水年生態(tài)基流量保證天數(shù)由318d增加到329d、生態(tài)基流保障度由87%提高到90%，除特枯年外其余年份均符合國(guó)際常用做法，說明成果是合理的。

（責(zé)任編輯趙其芬）

【中圖分類號(hào)】P343.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-02-0057-03

收稿日期：2014-12-15

作者簡(jiǎn)介：侯世文（1966—），男，工程師