水库下游河道生态需水量分析计算

张立华，董新美，刘志钢

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250013；2.莱芜市水利水电工程公司，山东 莱芜 271100）

我国在各类河流上修建了大量的水库，这些水库起到了径流调节、蓄洪补枯的作用，使天然来水能在时间上和空间上较好地满足用水要求。但在河流上兴建水库，其下游河道水量将大幅度减少，特别是北方缺水地区，会造成下游河道长时间断流，破坏原始河流生态的连续性，使沿河地区的自然生态环境趋向恶化，生态平衡失调。因此水库在运行控制计划中应增加生态需水量约束，在协调水库各种用水保证率的同时，保证下游河道一定的生态环境用水，这对于保护水库下游河道的生态环境具有重要意义。

河道生态需水量是为满足河道生态系统的各种基本功能健康所需的用水，主要包括河道基流、河流水生生物需水量和保持河道水流泥沙冲淤所需输沙水量等。本文以高密市孟家沟水库为例，分析研究生态需水量的确定方法。

1 工程概况

孟家沟水库是利用胶河胶新铁路至张家庄河段两个天然弯道兴建的河道型水库，建设目的是最大限度地利用胶河上游高密市褚家王吴水库弃水及区间地表径流，提高地表水开发率，有效地缓解当地水资源供需矛盾。水库兴利库容为1 060万m3，总库容为2 089万m3，工程规模为中型水库，工程的主要内容包括均质围坝、每孔净宽10.0 m 的7 孔溢洪闸、提水泵站、拦砂坝等。

由于高密市缺水严重，孟家沟水库的建设只能缓解当地水源紧张，不可能完全解决水资源供需矛盾。因此如果孟家沟水库还按传统的水库来水扣除蒸发、渗漏后最大可能地满足城乡供水和农业用水的话，水库下游河道在非汛期会全部干枯，使沿河地区的自然生态环境严重破坏，因此合理确定下游河道的生态需水量，以便在兴利调节中增加生态需水的要求，对水库下游的生态保护是十分重要的。

2 径流分析计算

2.1 系列选用

《山东省水资源综合调查与评价》曾对红旗水文站控制流域天然径流量进行过还原，系列为1956—2000年。本次孟家沟水库入库径流量分析计算，根据红旗水文站天然径流量资料采用水文比拟法计算，红旗站停测和未建站年份移用红旗站年降雨径流关系线，依据孟家沟水库流域平均降水量进行推求。本次应用系列为1956—2007年，系列长度为52年。

2.2 天然径流量还原计算

红旗水文站控制流域水利工程较多，在采用水文比拟法分析计算孟家沟水库规划工程情况下的来水量时，必须先进行红旗水文站天然径流量的还原计算。

红旗水文站1956—2000年天然径流量采用《山东省水资源综合调查与评价》的分析成果，2000年以后天然径流量成果采用红旗站年降雨径流关系线，依据孟家沟水库流域平均降水量进行推求。

3 水库下游河道生态需水量分析

根据孟家沟水库流域1956—2007年52年天然径流资料，对河道最小生态需水过程、适宜生态需水过程进行了分析计算，并采用Tennant 法对上述计算成果进行了评价，确定孟家沟水库需要提供的下游河道生态用水量。

3.1 最小生态需水过程

以目标水体（河流、湖泊）处于生存危机临界状态的水分条件定义为维持地表水体生存的最小生态需水过程。在低于最小生态需水情况下，目标水体处在消亡的威胁之中，当流量持续小于这个数值时，河流将迅速消退直至干涸。

由于水体的最小生态需水过程是河流生存的分界线，所以可以河道历史的逐月最小径流量作为水体的最小需水过程。通过分析孟家沟水库流域52年天然径流成果，找出孟家沟水库库址建库前逐月最小的天然径流量（见表1），以此作为河道的最小生态需水过程。

表1 孟家沟水库库址处逐月最小径流过程

3.2 适宜生态需水过程

要保持河流生态系统健康和生物物种、种群结构的稳定，适宜生态径流量的多少也是必须关注的问题。河流径流过程是随机变化的,因时因地而异,适宜生态径流过程应具有明显的统计特征。

孟家沟水库所在的胶河是高密的母亲河，也是高密城市主要水源地，其来水大部分用于农业灌溉和居民生活。

结合胶河的水源特点，参考国内外适宜生态需水过程的计算方法和成果，确定以孟家沟水库建库前平水年（即50%保证率下）所对应的月天然径流量（见表2）的25%，作为水库下游河道的适宜生态需水过程（见表3）。

表2 50%保证率下水库天然径流量

表3 孟家沟水库下游河道的适宜生态需水过程

3.3 河道生态需水量确定的合理性

Tennant 法又称作蒙大拿法，是一种统计分析的方法，它是依据观测资料建立起流量和河道生态环境之间经验关系。Tennant 方法是将全年分为2个计算时段，根据多年平均流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系，直接计算维持河道一定功能的生态需水量。胶河地处北方缺水地区，对河道流量的叙述性描述应为一般或较差。因此，用Tennant 法，生态需水量枯水期应按多年平均流量的10%计算，丰水期按多年平均流量的30%计算，计算结果见表4。

表4 用Tennant 法确定的孟家沟水库下游河道生态需水过程

3.4 结果分析

对比以上3种方法确定的生态需水过程，发现适宜生态需水过程计算的河流生态需水量能满足胶河最小生态需水过程，也基本满足用Tennant 法确定的生态需水过程。

4 结 语

结合孟家沟水库建设，利用库址河道天然径流资料分别计算出库址处河道的最小生态需水量、适宜生态需水量、Tennant 法确定的生态需水量。通过分析认为：采用50%保证率所对应的月天然径流量的25%作为适宜生态需水过程既能符合北方地区河流的来水及运用特点，又能满足保护河道生态的需要。计算方法是合理的，可用于山东省其他大中型河道生态需水过程的确定。