高玉琴,劉 鉞,趙晨程,吳 迪

(河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098)

生態(tài)基流[1]作為河流必須保證的最小流量閾值，在水資源配置過程中扮演重要角色，其內(nèi)涵是為維持河流生態(tài)健康，河道內(nèi)需保證一定數(shù)量和質(zhì)量的流量。具體研究中，由于要協(xié)調(diào)河流生態(tài)系統(tǒng)平衡和人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)，常擬定某一最低生態(tài)目標(biāo)，稱能滿足這一目標(biāo)的河道內(nèi)流量為生態(tài)基流。視研究尺度不同，生態(tài)基流的尺度也不同。也有的學(xué)者計(jì)算中會(huì)額外加上蒸發(fā)量、滲漏水量、河道沿岸植被需水量、水土保持需水量等[2]，則又稱生態(tài)流量，區(qū)別于生態(tài)基流。

南方河流總體水量豐富，但年內(nèi)分配不均，近年來在人類生產(chǎn)活動(dòng)干擾和氣候變化等多重因素作用下，部分河流出現(xiàn)季節(jié)性缺水問題[3-4]。近年來人們逐漸認(rèn)識(shí)到季節(jié)性缺水帶來的大量生態(tài)問題可以通過配置生態(tài)基流解決，然而目前適用于南方季節(jié)性缺水河流的生態(tài)基流計(jì)算方法還很缺乏。實(shí)際上，現(xiàn)有生態(tài)基流的計(jì)算方法很多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有記載的已超過200種[1]，目前國內(nèi)外學(xué)者仍不斷改進(jìn)和創(chuàng)新生態(tài)基流計(jì)算方法。生態(tài)基流的計(jì)算方法總體分為兩大類：第一類主要通過建立生態(tài)基流與水文學(xué)、水力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系來確定生態(tài)基流，視實(shí)際需求而側(cè)重某一角度，分為水文學(xué)法和水力學(xué)法。如王西琴等[5]在Tennant法基礎(chǔ)上提出月保證率設(shè)定法，并應(yīng)用于黃淮海平原河道；馬樂軍等[6]引入空間插值法使得缺乏資料的斷面能夠估算生態(tài)基流；尚松浩[7]較為完備地研究了濕周法，最終確定冪函數(shù)描述無量綱化的濕周流量關(guān)系是適宜的；王慶國等[8]把多年平均流量與相應(yīng)濕周長(zhǎng)比值的平方根作為判定拐點(diǎn)的斜率值，使計(jì)算中河流特征的差異性表現(xiàn)出來。第二類深入研究生態(tài)-水文響應(yīng)機(jī)理，建立生態(tài)保護(hù)目標(biāo)與生態(tài)基流關(guān)系，關(guān)注棲息地水文、地理、水生動(dòng)植物、人口、土地利用、水資源利用、保護(hù)物種等，反應(yīng)信息廣度大，計(jì)算復(fù)雜，包括棲息地法和整體分析法。如Bovee[9]提出IFIM(instream flow incremental methodology)法，可對(duì)水生生物棲息地生境適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)和模擬；郝增超等[10]提出一種基于棲息地模擬法的多目標(biāo)評(píng)價(jià)法，能協(xié)調(diào)生態(tài)用水和經(jīng)濟(jì)用水；王俊娜等[11]以三峽水庫及其壩下河段為研究對(duì)象，提出水文-生態(tài)響應(yīng)法，計(jì)算結(jié)果為有生態(tài)保護(hù)目標(biāo)、時(shí)間節(jié)點(diǎn)，包含多種水文要素特征的水文過程線。

對(duì)于南方季節(jié)性缺水河流，基于天然徑流過程的水文學(xué)法能直觀反映其河流季節(jié)性特點(diǎn)，并且在我國南方地區(qū)的生態(tài)基流應(yīng)用實(shí)踐起步階段中，此類方法也是最易于操作的?；诖?，本文對(duì)水文學(xué)法的逐月保證率設(shè)定法進(jìn)行改進(jìn)，旨在針對(duì)南方季節(jié)性缺水河流，提出一種結(jié)果更為可靠且計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便的生態(tài)基流計(jì)算方法。

1 逐月保證率設(shè)定法的改進(jìn)

1.1 傳統(tǒng)逐月保證率設(shè)定法的局限

依據(jù)分析歷史(長(zhǎng)系列)流量資料統(tǒng)計(jì)方法的不同，水文學(xué)法又細(xì)分為多種不同的方法，如，Tennat法[12]中生態(tài)基流等于河道多年平均流量乘以一定百分比；流量歷時(shí)曲線法[13]中生態(tài)基流等于流量歷時(shí)曲線上以某一保證率下求得的流量；Texas法[14]中生態(tài)基流等于某一保證率下的月平均流量；NGPRP法中生態(tài)基流過程等于標(biāo)準(zhǔn)年組(不同年份劃為干旱年、濕潤年、標(biāo)準(zhǔn)年)90%保證率下對(duì)應(yīng)的流量；年內(nèi)展布算法[15]中多年最小年均流量與多年平均流量的比值等于各月生態(tài)基流與各月多年平均流量的比值，從而可求生態(tài)基流過程。

逐月保證率設(shè)定法是在流量歷時(shí)曲線法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，具體步驟為

步驟1：收集長(zhǎng)系列日流量資料(至少20年)，審查資料可靠性。

步驟2：推求月流量資料，對(duì)各月的流量資料多年系列值從小到大排序，按式(1)求其頻率，利用皮爾遜Ⅲ型曲線[16]擬合，繪制各月流量歷時(shí)曲線。

(1)

式中：p為所求系列值的頻率；n為系列值總數(shù)；m為所求系列值的排位數(shù)。

步驟3：設(shè)定保證率，在流量歷時(shí)曲線上求得對(duì)應(yīng)流量，即為月尺度的設(shè)計(jì)年生態(tài)基流過程。一般通過簡(jiǎn)單定性分析設(shè)定保證率，直接區(qū)分四季，或者區(qū)分汛期與非汛期，取不同保證率即可。往往非汛期設(shè)定保證率80%～90%，汛期設(shè)定保證率50%～80%。

由此可以看出逐月保證率設(shè)定法較流量歷時(shí)曲線法籠統(tǒng)地全年選取一個(gè)保證率來計(jì)算生態(tài)基流，更能體現(xiàn)河流季節(jié)性，適用于南方季節(jié)性缺水河流，并且計(jì)算十分快捷簡(jiǎn)便，但有兩點(diǎn)局限：①此法的計(jì)算關(guān)鍵是保證率的設(shè)定，保證率設(shè)定值直接影響最終結(jié)果，然而其設(shè)定十分粗糙，且僅從水文學(xué)角度出發(fā)，缺乏全面、定量、有針對(duì)性地對(duì)各類影響保證率設(shè)定因素的考量。若能改進(jìn)保證率的設(shè)定，此法的計(jì)算可靠度和精度都能得到極大提升。②得到的結(jié)果缺乏參照，其客觀性和可靠性難以得到直觀說明，對(duì)季節(jié)性河流來說尤其容易出現(xiàn)局部偏差。若能改善這一點(diǎn)，此法的可靠度和精度還能進(jìn)一步提升。

1.2 改進(jìn)思路

針對(duì)傳統(tǒng)逐月保證率設(shè)定法的兩點(diǎn)局限，從以下兩方面進(jìn)行改進(jìn)：①構(gòu)建逐月保證率設(shè)定模型，通過綜合分析確定4類影響保證率設(shè)定的主要因素建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合目前保證率設(shè)定現(xiàn)狀建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確定權(quán)重，最終求解模型，力求得到更為科學(xué)客觀的保證率設(shè)定結(jié)果，以適應(yīng)南方季節(jié)性缺水河流生態(tài)基流的計(jì)算。②通過與Tennant法、年內(nèi)展布法對(duì)比等方式，取包絡(luò)線優(yōu)化并確定最終生態(tài)基流過程，盡量避免局部偏差。

對(duì)于大型河流，不能簡(jiǎn)單取某一代表斷面計(jì)算，應(yīng)考量河段概況的一致性，劃分為多個(gè)計(jì)算河段計(jì)算，在處理水文資料時(shí)還要注意避免極端情況。具體計(jì)算流程見圖1。

1.3 構(gòu)建逐月保證率設(shè)定模型

針對(duì)保證率設(shè)定粗糙的局限，考慮影響保證率設(shè)定的主要因素，如不同河段、不同月份水質(zhì)不同，生境條件不同，需要達(dá)到的生態(tài)目標(biāo)也不同。從反應(yīng)此類差異的角度出發(fā)，構(gòu)建逐月保證率設(shè)定模型。

a. 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過綜合分析，為確保指標(biāo)體系全面、客觀、清晰，力求計(jì)算簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)易獲取，分多層次確立逐月保證率設(shè)定模型的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與指標(biāo)：①水功能區(qū)劃可反應(yīng)河流水質(zhì)需求，其中Ⅴ類以及劣Ⅴ類水質(zhì)已不能維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康，故不予考慮；②水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)可擬定為某種河流中可能存在的珍稀保護(hù)動(dòng)物，本文以國家保護(hù)動(dòng)物為例闡述；③生境條件分析，為保障河流生態(tài)系統(tǒng)不再惡化，還需著眼于其中普通的水生生物，對(duì)南方季節(jié)性缺水河流，則可概化為普通魚類的一般需求，包括產(chǎn)卵、育幼、成長(zhǎng)[17-18]3個(gè)階段，同時(shí)認(rèn)定產(chǎn)卵期為4—6月，育幼期為7—10月，成長(zhǎng)期為1—3月和11—12月；④體現(xiàn)河流季節(jié)性的河流時(shí)態(tài)，一般認(rèn)為汛期水量多，可使河流生態(tài)系統(tǒng)健康達(dá)到較好的水平。為求層次清晰，便于闡述，具體建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖2。需要注意的是，此處同一準(zhǔn)則層下的“指標(biāo)”并不是一般意義上的指標(biāo)，其實(shí)際內(nèi)涵是同一個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的不同要求，但為對(duì)一個(gè)月份進(jìn)行評(píng)價(jià)并設(shè)定保證率時(shí)能容易清晰地識(shí)別并賦值，故在本文中均按“指標(biāo)”敘述。

圖2 逐月設(shè)定保證率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

b. 逐月保證率設(shè)定模型構(gòu)建。圖2所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系實(shí)際上反映季節(jié)性河流各月對(duì)其自身生態(tài)系統(tǒng)所要維持的狀態(tài)是有差異的，由此，構(gòu)建逐月保證率設(shè)定模型：

(2)

式中：E為評(píng)價(jià)對(duì)象(某一月份)的綜合評(píng)價(jià)值；wi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；ri為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；m為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

c. 逐月設(shè)定保證率模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮南方季節(jié)性缺水河流的生態(tài)現(xiàn)狀和目前傳統(tǒng)逐月保證率設(shè)定法中的保證率設(shè)定情況，為體現(xiàn)河流季節(jié)性特點(diǎn)，按對(duì)河流生態(tài)功能保證程度細(xì)化保證率為5個(gè)等級(jí)：90%、80%、70%、60%、50%。分析評(píng)價(jià)值數(shù)學(xué)內(nèi)涵、評(píng)價(jià)值與評(píng)價(jià)等級(jí)間數(shù)學(xué)關(guān)系，擬定以上5個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別為：最小評(píng)價(jià)值占該評(píng)價(jià)值的90%及以上、[80%,90%)、[70%,80%)、[60%,70%)、60%以下。其中，最小評(píng)價(jià)值即為12個(gè)月份評(píng)價(jià)值中的最小值。

d. 指標(biāo)權(quán)重求解。無論僅從客觀角度還是僅從主觀角度確定權(quán)重都有缺陷，故在確定逐月設(shè)定保證率指標(biāo)權(quán)重時(shí)，主客觀結(jié)合是很有必要。故耦合層次分析法(AHP)[19-20]與熵值法[21]求解指標(biāo)主客觀權(quán)重。①AHP計(jì)算流程：先構(gòu)造判斷矩陣，再進(jìn)行層次單排序、層次總排序，最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)未通過，則重新構(gòu)造判斷矩陣，再做一遍；檢驗(yàn)通過，則得到主觀權(quán)重。②熵值法計(jì)算流程：先對(duì)成本型、效益型指標(biāo)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，再計(jì)算熵并修正，最后計(jì)算熵權(quán)得到客觀權(quán)重。進(jìn)而計(jì)算組合權(quán)重w：

(3)

式中：wi1為評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重；wi2為評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重；i為指標(biāo)序數(shù)。

e. 評(píng)價(jià)值求解。由于在生態(tài)基流計(jì)算中保證率設(shè)定所涉及的影響因素眾多，具有不確定性、模糊性，而模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種以模糊推理為主，定量和定性相結(jié)合，精確和非精確相統(tǒng)一的評(píng)判方法，對(duì)于主、客觀指標(biāo)權(quán)重的評(píng)判都適用，同時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)便，易于操作。故在本模型中基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的思想求解評(píng)價(jià)值。

步驟1：確定因素集和評(píng)語集。本模型中，因素集為各層評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)語集為按對(duì)河流生態(tài)功能保證程度可劃分保證率的5個(gè)等級(jí)閾值：

V={v1，v2，v3，v4，v5}={90%，80%，70%，60%，50%}

(4)

步驟2：計(jì)算單因素評(píng)價(jià)隸屬度向量，形成隸屬度矩陣。隸屬度rpq是指多個(gè)評(píng)價(jià)主體對(duì)某個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在各層評(píng)價(jià)指標(biāo)方面做出某一評(píng)定的可能性程度，本模型按圖2指標(biāo)體系，可知其隸屬關(guān)系明確，如需達(dá)到的水質(zhì)要求為Ⅲ類水，則不必達(dá)到Ⅱ、Ⅰ類水，也不能達(dá)到Ⅳ類水；若某一月份屬于汛期，則不屬于非汛期，屬于水生生物成長(zhǎng)期，則不屬于育幼期、產(chǎn)卵期；對(duì)于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，則按計(jì)算河道擁有所有的最高級(jí)別設(shè)定。故由此可得隸屬度矩陣R=(rpq),并且對(duì)具體月份進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，若該月屬于該項(xiàng)，則rpq=1；反之，則rpq=0。其中p為指標(biāo)個(gè)數(shù)，p=12，q為待評(píng)價(jià)項(xiàng)數(shù)，本模型逐次評(píng)價(jià)12個(gè)月，故q=12。

步驟3：綜合評(píng)判。按前述主客觀組合賦權(quán)，可確定權(quán)重向量U?？紤]盡量保留單因素評(píng)判的全部信息，故選擇加權(quán)平均算子，即按普通矩陣乘法的符號(hào)來計(jì)算：

E=UR

(5)

矩陣E包含各月的評(píng)價(jià)值，得此評(píng)價(jià)值后，再按前述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即可得計(jì)算河段各月需設(shè)定的保證率。

1.4 適宜生態(tài)基流過程耦合

針對(duì)缺乏參照的局限，通過對(duì)比分析多種方法，耦合確立最終適宜生態(tài)基流過程。

實(shí)際上對(duì)于南方季節(jié)性缺水河流，大量研究[22-23]表明，單一方法計(jì)算結(jié)果較保守，應(yīng)運(yùn)用盡可能多的方法計(jì)算其生態(tài)基流，取最終包線結(jié)果更為準(zhǔn)確。

Tennant法[12]由于計(jì)算簡(jiǎn)便，常用作對(duì)其他方法的檢驗(yàn)，其計(jì)算關(guān)鍵是百分比的確定，目前公認(rèn)準(zhǔn)則由Orth等[24]提出:①10%，表明棲息地差(退化或貧瘠)，僅能維持大多數(shù)水生生物短時(shí)間生存，即只能滿足生態(tài)系統(tǒng)的短時(shí)間需水；②20%，表明棲息地一般，能滿足生態(tài)系統(tǒng)的一般需水，滿足水生生物較長(zhǎng)時(shí)間的生存；③30%，表明棲息地較好，能滿足生態(tài)系統(tǒng)的普遍需求，此時(shí)河流的水深、流速、河面寬等都是適合生物生存的。年內(nèi)展布算法[15]運(yùn)用廣泛，且采用同期均值比(即多年最小年均流量與多年平均流量之比)，較直接設(shè)定百分比或保證率的方法更能體現(xiàn)河流的年內(nèi)季節(jié)客觀變化。故本文改進(jìn)方法在得到初擬生態(tài)基流過程后，進(jìn)一步利用Tennant法和年內(nèi)展布算法分別求得計(jì)算河段的生態(tài)基流，與初擬結(jié)果進(jìn)行比較取舍，并取適宜包絡(luò)線作為最終結(jié)果。如可計(jì)算年生態(tài)徑流(生態(tài)基流對(duì)應(yīng)的徑流量)占年徑流總量的比例，分析河流季節(jié)性的體現(xiàn)，作為比較各類方法的依據(jù)。

2 實(shí)例驗(yàn)證

2.1 研究區(qū)域概況

秦淮河是長(zhǎng)江下游南岸支流，處于江蘇省境內(nèi)，介于東經(jīng)118°39′～119°10′、北緯31°34′～32°10′之間，流域總面積約2 631 km2，位于濕潤、半濕潤區(qū)，亞熱帶季風(fēng)氣候，四季變化明顯，降水豐沛但年內(nèi)降水分布不均，不同年份之間降水量差距大，是典型的南方季節(jié)性缺水河流。

近年來，高速城鎮(zhèn)化給秦淮河帶來大量生態(tài)問題，一方面人口暴增帶來的生活污水、生產(chǎn)污水使水質(zhì)持續(xù)惡化，尤其枯水期河流生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重失衡；另一方面，城市建設(shè)使得河道變窄、變淺、硬化，漸漸無法水體自凈，排澇困難。2005年7月實(shí)施“引江換水”工程，但至今改善效果依舊有限。通過計(jì)算秦淮河的生態(tài)基流過程，便能以保證生態(tài)基流為目標(biāo)對(duì)秦淮河進(jìn)行生態(tài)調(diào)控，達(dá)到更有的放矢地增加秦淮河人工引水，改善其生態(tài)現(xiàn)狀的目的。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

2.2.1確定計(jì)算河段，審查流量資料

根據(jù)圖3秦淮河主要水系地理位置及水文測(cè)站分布，可將秦淮河劃分為以下幾個(gè)河段：句容河(北源—秦淮河前捍村站)、溧水河(南源—秦淮河前捍村站)、秦淮河干流(秦淮河前捍村站—東山站)、內(nèi)秦淮河(東山站—三汊河口閘)、秦淮新河(東山站—秦淮新河閘站)。本文以內(nèi)秦淮河段為例，選其中下游數(shù)據(jù)完備的武定門閘測(cè)站進(jìn)行計(jì)算。

分析武定門閘已有1984—2016年共33年水文資料，剔除資料中年平均流量在5%保證率以下和95%以上年份的流量資料，可得內(nèi)秦淮河多年平均流量為24.71 m3/s，多年平均年徑流量為7.79億m3，1—12月的多年月均流量分別為10.87 m3/s、14.63 m3/s、21.76 m3/s、17.74 m3/s、15.92 m3/s、30.50 m3/s、60.45 m3/s、35.50 m3/s、28.13 m3/s、19.41 m3/s、17.32 m3/s和15.87 m3/s。

圖3 秦淮河水文測(cè)站分布

2.2.2計(jì)算指標(biāo)值

由內(nèi)秦淮河段實(shí)際概況，分析并計(jì)算認(rèn)定指標(biāo)值：①確定水質(zhì)要求，根據(jù)秦淮河水功能區(qū)劃分情況(表1)，可知內(nèi)秦淮河為景觀娛樂用水區(qū)，水質(zhì)要求為Ⅳ類水；②確定水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，內(nèi)秦淮河無國家重點(diǎn)珍惜保護(hù)生物或其他知名保護(hù)動(dòng)物，故不考慮此項(xiàng)；③認(rèn)定各月生境條件：4—6月為產(chǎn)卵期，7—10月為育幼期，11—12月和來年1—3月為成長(zhǎng)期；④認(rèn)定各月河流時(shí)態(tài)：3月、6—10月為汛期，其余為非汛期。

表1 秦淮河水功能區(qū)劃分

2.3 計(jì)算生態(tài)基流過程

2.3.1設(shè)定保證率并初擬生態(tài)基流過程

由指標(biāo)值計(jì)算，分別按AHP、熵值法可求解各指標(biāo)主、客觀權(quán)重，最后由式(3)求組合權(quán)重，結(jié)果見表2。

表2 組合權(quán)重值

由模糊綜合評(píng)價(jià)法求解評(píng)價(jià)值，再由評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定各月保證率。對(duì)前述流量數(shù)據(jù)預(yù)處理后的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，剔除保證率在5%以下和95%以上的極端月流量，擬合各月流量歷時(shí)曲線，求所設(shè)保證率對(duì)應(yīng)流量，初步得到月尺度的設(shè)計(jì)年生態(tài)基流過程。結(jié)果見表3。

2.3.2綜合分析并耦合最終適宜生態(tài)基流過程

利用Tennant法和年內(nèi)展布計(jì)算法分別求計(jì)算河段的生態(tài)基流，并與逐月保證率設(shè)定法得到的初步結(jié)果進(jìn)行比較(圖4)。可知，逐月保證率設(shè)定法和年內(nèi)展布法計(jì)算所得生態(tài)基流過程均具豐枯變化，與多年月均流量的走向基本一致，能體現(xiàn)河流季節(jié)性，其中又以前者的計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)得更為明顯。再與Tennant法比較，可以看出，逐月保證率設(shè)定法的計(jì)算結(jié)果除在1月、2月和11月、12月未能達(dá)到棲息地開始退化的10% Tennant限值，其余結(jié)果均在此限值之上，并在汛期可超過使棲息地較好的30% Tennant標(biāo)準(zhǔn)。

表3 各月保證率設(shè)定值及初擬生態(tài)基流過程

圖4 不同計(jì)算方法結(jié)果比較

綜上分析，取逐月保證率設(shè)定法和年內(nèi)展布法結(jié)果的外包線為最終的生態(tài)基流過程，如圖5，使最終各月結(jié)果不低于10% Tennant限值，并保留生態(tài)基流過程明顯的豐枯特征，更好地適應(yīng)河流季節(jié)性。同時(shí)計(jì)算得全年生態(tài)徑流為2.52億m3，占多年平均年徑流量(7.57億m3)的33.24%，稍高于平均年徑流的30%，彌補(bǔ)了單一方法計(jì)算結(jié)果較保守的特點(diǎn)，尤其是在汛期，利用南方河流水量豐沛，更大限度維持河流生態(tài)系統(tǒng)正常功能，利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

圖5 最終生態(tài)基流耦合過程

由此，確定最終生態(tài)基流過程，1—12月生態(tài)基流分別為2.89 m3/s、3.90 m3/s、7.58 m3/s、4.72 m3/s、5.06 m3/s、12.25 m3/s、20.66 m3/s、11.02 m3/s、10.49 m3/s、8.37 m3/s、4.61 m3/s和4.23 m3/s。

2.4 成果分析

將傳統(tǒng)逐月保證率設(shè)定法(設(shè)定保證率為汛期80%，非汛期90%)與改進(jìn)方法進(jìn)行對(duì)比(圖6)，可見傳統(tǒng)逐月保證率設(shè)定法計(jì)算結(jié)果整體偏小。對(duì)比4—6月，分析結(jié)果偏小，原因?yàn)楸ＷC率設(shè)定值不同，4—6月為水生生物的產(chǎn)卵期，傳統(tǒng)方法設(shè)定保證率時(shí)未能考慮此因素，故而保證率設(shè)定值偏小。當(dāng)然傳統(tǒng)方法也可將汛期保證率設(shè)定較高，如70%、60%甚至50%，但此時(shí)由于沒有細(xì)化評(píng)估汛期各月實(shí)際情況，又會(huì)使結(jié)果計(jì)算偏高，造成可供經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)用水不足。由此便可體現(xiàn)逐月保證率設(shè)定模型的優(yōu)越性。對(duì)比1、2月與11、12月，兩種方法保證率設(shè)定值一樣，而單獨(dú)運(yùn)用傳統(tǒng)方法計(jì)算值不僅偏小，且小于10% Tennant法限值，說明進(jìn)行多種方法綜合對(duì)比分析，耦合適宜生態(tài)基流結(jié)果是有必要的。

圖6 成果對(duì)比

3 結(jié) 語

改進(jìn)逐月保證率設(shè)定法以適用于南方季節(jié)性缺水河流生態(tài)基流的計(jì)算，并應(yīng)用于秦淮河，以內(nèi)秦淮河河段為例計(jì)算生態(tài)基流過程，與多年月均流量走向一致，能較好地適應(yīng)河流季節(jié)性，同時(shí)與傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明此法可靠且具有優(yōu)勢(shì)。改進(jìn)方法主要提出逐月保證率設(shè)定模型，具體為通過分析水質(zhì)要求、生境條件等各類影響保證率設(shè)定的因素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合目前保證率設(shè)定現(xiàn)狀建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，耦合層次分析法與熵值法求解指標(biāo)組合權(quán)重，最后運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)求解模型評(píng)價(jià)值，得到更為客觀合理、反映生物需求的各月保證率設(shè)定結(jié)果。另外還將初擬生態(tài)基流結(jié)果與Tennant法、年內(nèi)展布法等的結(jié)果對(duì)比分析，耦合適宜生態(tài)基流過程，使結(jié)果更加準(zhǔn)確，能夠?yàn)槟戏郊竟?jié)性缺水河流的生態(tài)調(diào)控提供參考，改善其生態(tài)現(xiàn)狀。