太子河上游河道內(nèi)適宜生態(tài)需水分析

齊 麗

(法庫縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心，遼寧 法庫 110400)

0 引 言

太子河為遼寧第一大河遼河的主要支流之一，太子河主要流經(jīng)本溪、遼陽、鞍山地區(qū)，流域內(nèi)河道生態(tài)需水的確定對于合理分配太子河水量，制定水量分配方案十分重要[1]。當前，對于河道內(nèi)生態(tài)需水方法的研究主要為3種，第1種為模型方法，通過模型模擬河道內(nèi)的生態(tài)需水量，這種方法需要數(shù)據(jù)較多，且參數(shù)確定一般較為困難，第二種方法為數(shù)據(jù)系列分析方法[5-8]，通過徑流數(shù)據(jù)系列分析，可滿足河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況的需水量，這種方法比較貼合河道內(nèi)生態(tài)需水的實際狀況，但是該方法需要進行長系列的數(shù)據(jù)資料作為支撐。第三種方法為水文學方法，通過設(shè)定不同時期生他用水保障率，來調(diào)整流域內(nèi)河道最為適宜的生態(tài)需水量，這種方法原理較為簡單，在許多地區(qū)河道內(nèi)適宜生態(tài)需水的確定中得到應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果均表明該方法由于可設(shè)定不同時期生態(tài)用水保障率，適宜生態(tài)需水量制定結(jié)果較為合理[2-4]。該方法在太子河流域應(yīng)用還較少，為此文章結(jié)合水文學方法，通過按照保證率為45%(豐水期)、75%(枯水期)、55%(平水期)，采用水文學方法對太子河上游適宜生態(tài)需水進行計算，并結(jié)合Tennant法對其生態(tài)狀況進行評估，研究成果對于制定太子河上游河道內(nèi)適宜生態(tài)需水量具有重要的研究意義。

1 適宜生態(tài)徑流計算方法

天然狀況下滿足河流生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定的徑流過程為河流的生態(tài)徑流。生態(tài)徑流主要可歸納為最大、最小以及適宜生態(tài)徑流。滿足河流系統(tǒng)健康穩(wěn)定需要的最小和最大流量為最小就最大生態(tài)徑流?；谧钚』蜃畲笊鷳B(tài)徑流得到的需水量為最小和最大生態(tài)需水量。滿足河流穩(wěn)定及物種多樣性的適宜的徑流為適宜生態(tài)徑流，基于該徑流的需水量為適宜生態(tài)需水量[5-7]。對于生態(tài)系統(tǒng)而言最小和最大生態(tài)徑流是較為不利的條件。適宜生態(tài)徑流過程是保持水生生物種群和河流生態(tài)系統(tǒng)健康適宜的生態(tài)徑流量。當前國內(nèi)外生態(tài)徑流常用的計算方法主要為3種：①水文學方法，常用方法有Tennant法、最小連續(xù)30d平均流量法以及7Q10法、最大、最小生態(tài)徑流法、適宜生態(tài)徑流法；②水力學方法，常用的方法有IFIM法和CASIMIR法；③綜合方法，常用的方法有澳大利亞的基準測量法以及南非的建塊法。水文學方法僅需要較長序列的水文資料，而其他兩種方法需要河道斷面以及生物學資料，資料獲取及方法操作的難易度都較高[8]。為此文章主要選用水文學方法中應(yīng)用較為廣泛的最大、最小生態(tài)徑流以及適宜生態(tài)徑流法，基于太子河上游南章黨水文站、南口前水文站建站以來的天然來水數(shù)據(jù)，對太子河上游的最小、適宜生態(tài)徑流進行計算，并基于生態(tài)徑流計算結(jié)果，對其生態(tài)需水進行計算。

最小生態(tài)徑流法：一般在超過20a的天然月徑流系列中取最小值生態(tài)徑流量為最小生態(tài)徑流過程。該方法認為在天然條件下該最小的徑流過程使得水生生物安全渡過且生態(tài)系統(tǒng)未被破壞。在這種流量條件下水生生物及種群結(jié)構(gòu)可以得到有效恢復(fù)。最小生態(tài)徑流過程與天然徑流年內(nèi)分配具有一定的相似性，才能使得水生生物中區(qū)對河流水位年內(nèi)變化過程完全適應(yīng)。最小生態(tài)徑流過應(yīng)具有豐、平、枯連續(xù)變化的特性，而不是穩(wěn)定不變的。逐月最小生態(tài)徑流方法可以滿足豐、平、枯的連續(xù)變化，而最小連續(xù)30d平均流量法、7Q10法、Tennant法得到的最小生態(tài)徑流不能滿足連續(xù)變化的要求[9-11]。

逐月頻率計算法：首先基于豐、平、枯三個歷時時期的流量資料，對不同時期不同保證率下的徑流量進行計算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時期生態(tài)系統(tǒng)需求。由于天然徑流和生態(tài)系統(tǒng)是相適應(yīng)的，因此需要對于生態(tài)系統(tǒng)不同時期的水量進行計算。結(jié)合不同時期徑流變化特征、水生生物結(jié)構(gòu)變化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定程度滿足水文條件的需求。文章結(jié)合前人的研究基礎(chǔ)以及太子河上游來水特征，對太子河上游豐水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪、遼陽、鞍山市水資源二次評價成果，將三個時期的保證率分別設(shè)定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為55%，對太子河上游適宜生態(tài)徑流進行計算[12]。

2 太子河上游生態(tài)需水計算

文章以太子上游的南甸和本溪為計算水文站點，南甸前水文站集水面積為265km2，本溪水文站集水面積為684.5km2，兩個水文站分別為太子河上游主要控制水文站，且距離觀音閣水庫較近，為分析太子河上游適宜生態(tài)需水量，結(jié)合逐月頻率計算方法，結(jié)合兩個站點建站以來歷年天然來水數(shù)據(jù)，對太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量進行計算。

2.1 最小生態(tài)需水計算

采用最小逐月生態(tài)徑流方法對太子河上游最小生態(tài)徑流過程進行計算，并在此基礎(chǔ)上進行最小生態(tài)需水量的計算，結(jié)果見表1。

表1 太子河上游最小生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結(jié)果

2.2 適宜生態(tài)需水計算

分別按照將三個時期的保證率分別設(shè)定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為55%，對太子河上游適宜生態(tài)徑流進行計算。計算結(jié)果見表2。

表2 太子河上游適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結(jié)果

3 成果評價及分析

采用Tennant法對太子河上游南甸和本溪兩站的適宜生態(tài)環(huán)境狀況進行分析，評估分析結(jié)果如表3和表4所示。

表3 太子河上游最小生態(tài)徑流量評價結(jié)果

表4 太子河上游適宜生態(tài)徑流量評價結(jié)果

從太子河上游最小生態(tài)需水分析結(jié)果可看出，采用逐月最小徑流計算的最小生態(tài)需水很難滿足河流生態(tài)環(huán)境狀況，在枯水期河流生態(tài)徑流比重較低，使得河流生態(tài)環(huán)境狀況較差，河流生態(tài)環(huán)境需水滿足度較低，而進入豐水期，由于太子河上游來水量的增多，使得河道內(nèi)水量比重較高，但是由于這一時期水庫的調(diào)蓄作用影響，進入河道內(nèi)生態(tài)需水很難得到有效滿足，因此生態(tài)環(huán)境狀況評估結(jié)果和枯水期較為相似，均為較差的生態(tài)環(huán)境狀況。因此在太子河流域水量分配方案制定時，不應(yīng)該以最小生態(tài)需水作為流域生態(tài)水量的分配，而應(yīng)盡量提高河道內(nèi)生態(tài)需水的滿足度，尤其是在枯水期加大觀音閣水庫生態(tài)調(diào)蓄作用，改善河流生態(tài)環(huán)境狀況。從太子河上游兩站的適宜生態(tài)需水分析，太子河上游豐水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪、遼陽、鞍山市水資源二次評價成果，將三個時期的保證率分別設(shè)定為豐水期為45、枯水期為75%、平水期為55%，通過不同時期的適宜生態(tài)需水分析結(jié)果，可看出經(jīng)過適宜生態(tài)需水分配后，枯水期和豐水期河道生態(tài)徑流的比重加大，通過Tennant法評估，河道在枯水期和豐水期生態(tài)環(huán)境狀況總體可達到好和較好的狀況，這主要是因為適宜生態(tài)需水是基于豐、平、枯三個歷時時期的流量資料，對不同時期不同保證率下的徑流量進行計算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時期生態(tài)系統(tǒng)需求。由于天然徑流和生態(tài)系統(tǒng)是相適應(yīng)的，因此需要對于生態(tài)系統(tǒng)不同時期的水量進行計算。結(jié)合不同時期徑流變化特征、水生生物結(jié)構(gòu)變化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定程度滿足水文條件的需求。

4 結(jié) 論

1)通過分析計算，太子河上游河道內(nèi)適宜生態(tài)需水量在50.7-91.9億m3之間，適宜生態(tài)用水保證率為45%(豐水期)、75%(枯水期)、55%(平水期)。

2)采用逐月最小徑流計算的最小生態(tài)需水很難滿足河流生態(tài)環(huán)境狀況，在枯水期河流生態(tài)徑流比重較低，使得河流生態(tài)環(huán)境狀況較差，河流生態(tài)環(huán)境需水滿足度較低，而進入豐水期，由于太子河上游來水量的增多，使得河道內(nèi)水量比重較高，但是由于這一時期水庫的調(diào)蓄作用影響，進入河道內(nèi)生態(tài)需水很難得到有效滿足。

3)適宜生態(tài)需水是基于豐、平、枯3個歷時時期的流量資料，對不同時期不同保證率下的徑流量進行計算，得到適應(yīng)生態(tài)徑流過程。該方法可綜合考慮太子河上游河道生態(tài)水量以及不同時期生態(tài)系統(tǒng)需求。