六盘山引水工程中生态基流的研究

曹建忠

（宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 银川 750004）

1 问题的提出

六盘山引水工程是宁夏固原地区 （宁夏中南部）城乡饮水安全水源工程的俗称，是将宁夏固原地区南部六盘山东麓雨量较多、水量相对较丰沛的泾河流域地表水，经拦截、调蓄，向北输送到固原中北部干旱缺水地区的区域性水资源优化配置工程，其任务是向干旱缺水的宁夏中南部地区的固原市原州区和彭阳、西吉、海原县部分城镇居民生活和农村人畜供水，解决111.79万城乡居民的饮水安全问题。

工程的调出区位于宁夏南部六盘山东麓的泾河流域，是宁夏地表水资源最丰富、水质最好的地区，而且当地用水量小，开发利用程度低。为了减少对下游的影响采用多点分散取水方案，取水河段主要位于泾河流域的泾河干流、策底河、暖水河和颉河，布设可能取水点11个，选定9个；多年平均调水量3980万m3，规划水平2020年供水量为3720万m3。

本工程属跨流域调水工程，调出区可调水量是确定调水规模的重要依据，而取水点生态基流是确定可调水量的一个重要因素。目前，生态基流的计算方法多样且不成熟，同时我国现有的技术标准和规范中缺乏完整、具体的有关生态基流的相关条款，造成水利规划、水工程设计中缺乏具体的技术要求和依据。为此，需采用多种方法进行分析计算，合理采用生态基流计算结果。

2 生态基流概述

根据水总环移 ［2010］248号 “关于印发 《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》的通知”，河道内生态环境基本需水量需考虑：维持河道基本生态功能的最小需水量 （包括防止河道断流、维持河流自净能力、河道冲沙输沙以及维持河湖水生生物基本生存的水量）；维持通河湖泊湿地生态功能的最小需水量 （包括湖泊、沼泽地以及必要的地下水补给等需水）；维系河口生态环境的最小需水量 （包括冲淤补港、防潮压咸即河口生物保护需水等）；维持河道重要景观的最小水量。以上各类需水是重叠的，即一水多用。结合本项目取水河段位于泾河源头区、流量小、泥沙含量低等特点，主要考虑维持河道基本生态功能的最小需水量即防止河道断流、维持河流自净能力、河道冲沙输沙以及维持河湖水生生物基本生存的水量。

目前，生态基流分析计算方法有水文学法、水力学法、生境模拟法和整体法等多种，水文学法和水力学法运用较为普遍。常用方法有Tennant法、90%保证率法最枯月平均流量法、最小月平均径流法、近10年最枯月平均流量法、流量历时曲线法、湿周法、7Q10法等。根据本工程取水河段的特点以及河流水文资料情况，主要选取Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均径流法和7Q10法对生态基流进行分析计算。

3 取水点生态基流计算结果

3.1 取水点布设

在取水河段上布设可能取水点11个，其中泾河干流6个，分别为龙潭水库、新民林场、兰大庄、黄林寨、红家峡、西峡水库；策底河1个，为石咀子；暖水河2个，为暖水河水库和白家沟；颉河2个，为清水沟和卧羊川。泾河干流和策底河上的取水点以泾河源水文站为代表站，暖水河和颉河上的取水点以三关口水文站为代表站。

3.2 代表站水文特征值

泾河源水文站位于泾源县泾河源镇，属黄河流域泾河水系泾河上游控制站，亦为六盘山东麓区域代表站，该站设于1979年1月1日，断面以上集水面积为148km2，至河源25.5km。1998年6月断面下迁1.5km，集水面积151km2，为泾河源（二）站，上游4km龙潭电站有一定削减洪峰作用。

三关口水文站位于泾源县六盘山镇三关口村，属黄河流域泾河水系一级支流颉河控制站，也是六盘山东侧半湿润石山林区代表站。该站设立于1960年5月25日，1962年停测，1966年恢复至今，1974年5月测验断面下迁80m，为三关口（二）站。断面以上集水面积218km2，至河源21.km，至河口29km。两个代表站水文特征值见表1（表中特征值为1956～2008年系列统计值）。

表1 代表站水文特征指标表

3.3 取水点生态基流计算方法及结果

生态基流计算方法中有以流量为计算依据的，也有以径流量为计算依据的；计算结果又有年值、月值和日值之分；为方便对比分析，计算时统一以径流量为依据，以年值结果进行表述。

3.3.1 Tennant法

Tennant法以多年平均径流量的百分数来描述生态基流，计算结果为年值。根据北方河流的特点及宁夏处于干旱缺水地区的实际情况，选取10%进行计算。11个可能取水点多年平均径流量之和为11468万m3，则生态基流为1147万m3。

3.3.2 90%保证率最枯月平均流量法

以各取水点90%保证率最枯月平均径流量作为生态基流，计算结果为月值，乘以12转换为年值。

由于各取水点无实测水文资料，故以代表站实测水文资料为依据，通过取水点和代表站多年平均径流量的比值乘以代表站90%保证率最枯月平均径流量得出各取水点生态基流月值，进而转换为年值。据此计算出11个可能取水点生态基流月值之和为124万m3，年值之和为1488万m3。

3.3.3 近十年最枯月平均流量法

以各取水点近十年（1998～2008年）最枯月平均径流量作为生态基流，计算结果为月值，乘以12转换为年值。

通过取水点和代表站多年平均径流量的比值乘以代表站近十年最枯月平均径流量得出各取水点生态基流月值，进而转换为年值。据此计算出11个可能取水点生态基流月值之和为222万m3，年值之和为2668万m3。

3.3.4 最小月平均径流法

以各取水点最枯月平均径流量作为生态基流，计算结果为月值，乘以12转换为年值。

通过取水点和代表站多年平均径流量的比值乘以代表站最枯月平均径流量得出各取水点生态基流月值，进而转换为年值。据此计算出11个可能取水点生态基流月值之和为265万m3，年值之和为3184万m3。

3.3.5 7Q10法

以各取水点90%保证率最枯连续7d的平均水量作为生态基流，计算结果为日值，乘以365转换为年值。

通过取水点和代表站多年平均径流量的比值乘以代表站90%保证率最枯连续7d的平均水量得出各取水点生态基流日值，进而转换为年值。据此计算出11个可能取水点生态基流日值之和为2.30万m3，年值之和为839万m3。

不同方法生态基流计算结果汇总见表2。

表2 不同方法生态基流计算结果汇总表 单位：万m3

4 取水点生态基流计算结果分析及采用

从计算结果看出：近十年最枯月平均流量法和最小月平均径流法计算结果较大，分别为多年平均径流量的23%和28%；7Q10法计算结果较小，为多年平均径流量的7%；Tennant法和90%保证率最枯月平均流量法计算结果适中，分别为多年平均径流量的10%和13%。

Tennant法采用水文资料的年值计算，90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均径流法采用水文资料的月值计算，7Q10法采用水文资料的日值计算。

从水文资料的精度要求看，7Q10法要求的精度最高，90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均径流法方法要求次之，Tennant法要求最低。本工程取水点代表站中，泾河源站只有1977～2008年、三关口站只有1966～2008年实测水文资料，其他年份为插补延长（延长到1956年），故从水文资料的精度上来看，实测年径流、月径流、日径流资料精度逐渐下降，以此为基础计算的生态基流结果可靠性应依次下降，即Tennant法计算结果较可靠，90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均径流法计算结果可靠性其次，7Q10法计算结果可靠性最差。

90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和7Q10法适合水资源量小且开发利用程度已经较高的河流，均用于纳污能力计算。最小月平均径流法适用于干旱、半干旱区域、生态环境目标复杂的河流，对生态环境目标相对单一地区，计算结果偏大；本工程各取水点均位于湿润区，生态环境目标相对单一，故计算结果偏大。Tennant法适用于流量较大的河流，作为河流进行最初目标管理、战略性管理方法使用。

根据国家环境保护总局办公厅环办函［2006］11号“关于印发水电水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会会议纪要的函”，维持水生生态系统稳定所需最小水量一般不应小于河道控制断面多年平均流量的10%（当多年平均流量大于80m3／s时按5%取用），在生态系统有更多更高需要时应加大流量，不同地区、不同规模、不同类型河流、同一河流不同河段的生态用水要求差异较大，应针对具体情况采取合适计算方法予以确定。

本工程取水河段水资源量小、开发利用程度低，而调入区又处于极度缺水的干旱地区，依据上述文件精神结合各种方法的计算结果，本工程生态基流采用Tennant法以多年平均径流量的10%进行计算比较合理、可靠。

5 结语

目前我国水利规划、水工程设计中缺乏对生态基流的具体技术要求和依据，现有的技术标准和规范中缺乏相关的条款，生态基流的计算方法多样且不成熟。本文采用Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均径流法和7Q10法对六盘山引水工程取水点生态基流进行了分析计算和比较，结合取水河段水资源量小、开发利用程度低而调入区又处于极度缺水干旱地区的特点，推荐适应于本工程的计算方法——Tennant法。

1 水总环移［2010］248号“关于印发《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》的通知”

2 环评函［2006］4号“关于印发《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》的函”

3 国家环境保护总局办公厅环办函［2006］11号“关于印发水电水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会会议纪要的函”