不同水文學(xué)方法計(jì)算生態(tài)基流成果分析

朱俊海

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊，830000)

河道生態(tài)基流是指為維持河流基本形態(tài)和生態(tài)功能、防止河道斷流、避免河流水生態(tài)系統(tǒng)功能遭受無(wú)法恢復(fù)的破壞的河道內(nèi)最小流量。對(duì)于一條常年性河流，具有流動(dòng)的足夠的水量是維持河道生態(tài)環(huán)境功能的最基本條件，如果發(fā)生河流斷流，原有的水生環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞，即使再次復(fù)水，河道系統(tǒng)也很難恢復(fù)到原來(lái)的水生生態(tài)系統(tǒng)，甚至一些本地特有的物種將從此滅絕。因此，為了防止河道萎縮或斷流，維持河道基本的生態(tài)環(huán)境功能，河道中常年都應(yīng)該保持一定比例的基本流量[1]。河道生態(tài)基流的概念基于此而提出。

1 河流概況

庫(kù)車河發(fā)源于天山山脈中段的科克鐵克山莫斯塔冰川。上游干流稱為烏什開(kāi)伯西河，阿恰溝及大小龍池池水在庫(kù)爾干匯入烏什開(kāi)伯西河后始稱為庫(kù)車河。從源頭至庫(kù)爾干河流呈西北-東南走向；庫(kù)爾干至庫(kù)如力河流基本呈南北向；至庫(kù)如力河流接納東岸大支流科格納克河后，轉(zhuǎn)向南偏西，在庫(kù)臺(tái)克力克(阿艾)與西岸大支流卡爾塔西河交匯，連續(xù)兩次轉(zhuǎn)彎后南下經(jīng)康村，穿過(guò)卻勒塔格山，抵達(dá)蘭干水文站。蘭干站以上徑流形成區(qū)面積2946km2，河長(zhǎng)122km。

2 資料分析

選用蘭干水文站1985-2010年連續(xù)26年逐日流量分析計(jì)算。蘭干水文站屬國(guó)家基本站，該站洪水資料符合國(guó)家行業(yè)規(guī)范要求。

表1 蘭干水文站月平均流量統(tǒng)計(jì) 單位：m3/s

3 生態(tài)基流計(jì)算方法[2]

3.1 Tennant法

Tennant法屬于水文學(xué)計(jì)算法的一種，即將河流多年平均流量的10%～30%作為生態(tài)基流，該計(jì)算法適用于流量比較大且水文資料系列較長(zhǎng)的河流。根據(jù)收集到的1985-2010年共26年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算多年平均流量，詳見(jiàn)表2。

表2 Tennant法計(jì)算銅場(chǎng)水庫(kù)斷面生態(tài)流量成果

3.2 流量歷時(shí)曲線法

流量歷時(shí)曲線法屬于水文學(xué)計(jì)算法的一種，該計(jì)算法是將20年以上的水文觀測(cè)資料進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)逐月流量歷時(shí)曲線，以90%保證率下的流量作為生態(tài)基流。根據(jù)收集到的1985-2010年共26年逐月實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估算，再用適線法選配P-Ⅲ頻率曲線，推求系列的統(tǒng)計(jì)特征值。經(jīng)P-Ⅲ頻率曲線適線，逐月頻率計(jì)算成果見(jiàn)表3及圖1。

表3 蘭干水文站逐月不同保證率流量計(jì)算成果

圖1 蘭干水文站逐月流量頻率曲線

3.3 保證率法

保證率法屬水文學(xué)計(jì)算法的一種，一般采用90%保證率下最枯月平均流量作為生態(tài)基流。根據(jù)收集到的1985年-2010年共26年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估算，再用適線法選配P-Ⅲ頻率曲線，推求系列的統(tǒng)計(jì)特征值。

經(jīng)P-Ⅲ頻率曲線適線，逐年頻率計(jì)算成果見(jiàn)表4及圖2。

表4 蘭干水文站不同保證率年流量計(jì)算成果

圖2 蘭干水文站年流量頻率曲線

選取典型年進(jìn)行年內(nèi)分配，確定90%保證率下最枯月平均流量為2.74m3/s。

3.4 最枯月流量法

最枯月流量法屬水文學(xué)計(jì)算法的一種，通常采用最近10年最枯月平均流量作為生態(tài)基流。根據(jù)2001-2010年10年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)月平均流量見(jiàn)表5。

表5 2001-2010年10年月平均流量成果統(tǒng)計(jì) 單位m3/s

3.5 7Q10法

7Q10法屬水文學(xué)計(jì)算法的一種，即將90%保證率下，連續(xù)最枯7天的平均流量作為生態(tài)基流。

選取最枯7天流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表6。

表6 90%保證率下最枯7天流量統(tǒng)計(jì)

4 生態(tài)基流成果對(duì)比分析

根據(jù)北方河流尤其是新疆相似流域近年已建工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告，Tennant法取值為多年平均流量的20%。從分別采用不同水文學(xué)方法計(jì)算的河段生態(tài)基流成果來(lái)看，不同方法計(jì)算的生態(tài)基流成果有所差距，其中Tennant法計(jì)算的成果最大，7Q10法計(jì)算的成果最小。不同方法計(jì)算生態(tài)基流成果對(duì)比見(jiàn)表7。

表7 不同水文學(xué)方法計(jì)算的生態(tài)基流成果 單位：m3/s

Tennant法計(jì)算步驟簡(jiǎn)單，可以快速確定數(shù)值，但是沒(méi)有考慮河流的寬度、水深、流速以及形狀等水文參數(shù)，忽略了水生生物對(duì)環(huán)境的需求，對(duì)于流量較小的河流，該計(jì)算法的使用具有一定的局限性。

流量歷時(shí)曲線法同樣具有簡(jiǎn)單快速的優(yōu)點(diǎn)，由于使用了逐月流量歷時(shí)曲線中的某個(gè)頻率來(lái)確定生態(tài)基流，其靈活性亦更強(qiáng)，可以按照河流水生生物的實(shí)際需求確定流量大小，同時(shí)也考慮了各月流量間的變化和差異，適用性較強(qiáng)。唯一制約該法的因素是，目前對(duì)不同時(shí)期水生生物需水量方面的研究較少，因此在具體的頻率設(shè)定過(guò)程中可供參考的成果不多。

保證率法比較適合水量較小，同時(shí)開(kāi)發(fā)利用程度較高的河流，要求有較長(zhǎng)序列(一般不低于20年)的水文觀測(cè)資料。保證率法計(jì)算出來(lái)的生態(tài)基流在某種意義上維持了河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，更適合于生態(tài)環(huán)境需水要求。但保證率法是基于流量基礎(chǔ)之上的一種方法，對(duì)水生生態(tài)學(xué)方面的因素考慮較少。

最枯月平均流量法需要的水文觀測(cè)資料系列較短，其適用范圍和局限性與保證率法基本一致，在計(jì)算河流納污能力方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

7Q10法同樣適合水量較小，同時(shí)開(kāi)發(fā)利用程度較高的河流，要求有較長(zhǎng)序列(一般不低于20年)的水文觀測(cè)資料。該法計(jì)算出來(lái)的生態(tài)基流能夠維持河道不發(fā)生斷流，但同樣未考慮生物學(xué)因素，通常用于考量水環(huán)境容量。

從不同水文學(xué)計(jì)算方法特點(diǎn)及適用條件來(lái)看，Tennant法、流量歷時(shí)曲線法和7Q10法相對(duì)較適應(yīng)于庫(kù)車河流域。根據(jù)北方河流尤其是新疆相似流域近年已建工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告來(lái)看，Tennant法運(yùn)用的較為普遍，根據(jù)現(xiàn)有資料情況，確定庫(kù)車河生態(tài)基流采用Tennant法計(jì)算成果，該法通過(guò)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，建立了河流流量和水生生物、河流景觀及娛樂(lè)之間的關(guān)系，在考慮保護(hù)魚(yú)類和有關(guān)環(huán)境資源的流量狀況下，將多年平均流量的百分?jǐn)?shù)作為短期生存本息地的最小瞬時(shí)流量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，就新疆河流而言，采用Tennant法計(jì)算成果更為合適。