淮河流域重要控制断面生态流量调度时空需求探讨

水艳 李丽华 喻光晔

淮河流域重要控制断面生态流量调度时空需求探讨

水艳 李丽华 喻光晔

一、引言

生态环境是人类生存发展的最基本自然条件，是经济、社会发展的基础。它即受到自然发展规律的制约，也为人类的社会经济活动所约束。“保护和改善生态环境”已经成为21世纪国际社会“环境与发展”与“和平与发展”两个同等重要主题的内容之一，是实现可持续发展的重要途径。“水是生命之源，生产之要，生态之基”，对维持人类赖以生存的社会环境和生态环境起着决定性的作用。

国家“水污染防治行动计划”提出：“当前，我国一些地区水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题十分突出，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展”，并明确要求“科学确定生态流量。在黄河、淮河等流域进行试点，分期分批确定生态流量（水位），作为流域水量调度的重要参考。”

淮河在我国的自然地理上是一条重要的界限，淮河以北属于暖温带半湿润季风气候区，以南属亚热带湿润季风气候区。淮河流域水资源时空分布不均，主要受降水影响。降水的主要因素是季风，降水特点是地区分布不均，年内分布集中，年际变化大，导致年径流的时空分布具有地区变化剧烈、年内分配集中和年际变化大的特点。

本文从国家对生态环境的总体部署及淮河流域的实际出发，根据已有的生态流量研究基础，以提高重要控制断面生态流量保证率为目标，科学分析调度流量及调度时空分布的需求。

二、研究范围与生态控制断面

根据“十二五”国家重大水专项研究课题研究需要，选择淮河流域洪泽湖以上区域作为研究范围，并分别在淮河干流、颍河、涡河设置王家坝、鲁台子、蚌埠、小柳巷、界首、蒙城6个重要生态控制断面。

三、生态流量现状保证率

1.“淮河法”生态流量成果

“淮河法”是《淮河流域生态用水调度研究报告》中提出的生态水量综合计算方法，该方法充分利用淮河流域的相关研究成果，通过对国内外方法的总结，提出以水文学方法为主，考虑生态系统分析的计算方法。该方法的成果被《淮河流域综合规划（2012）》采用。

“淮河法”计算了最小生态流量过程和适宜生态流量过程，成果见表1。

表1　重要河流控制断面分时段最小生态流量成果表

河道最小生态流量是指为维持现有河道生态系统不再恶化、保障河道天然生态系统关键物种不消亡，从而保证河道生态系统基本功能不严重退化，必须在河道中常年流动着的最小临界水量。

适宜生态流量是指水生态系统的生物完整性随水量减少而发生演变，以生态系统衰退临界状态的水分条件定义为维持水体生物完整性的需水。适宜生态流量考虑目标水体水生生物主要是鱼类的生存、繁衍对水域水文、水力特性的要求。

2.生态流量满足程度

生态断面历时保证率是指多年期间能够满足生态断面流量要求的历时（日、旬或月）占总历时的百分比，即：

根据各个断面多年（1956～2010年）实测日平均流量，与计算得到的最小、适宜生态流量作比较，分析现状实际生态用水满足程度，如表2所示。

计算结果表明：干流断面的保证程度明显高于支流断面。干流对最小生态流量的日保证率可以接近或超过90%，对适宜生态流量日保证率可以达到75%以上。重要支流最小生态流量的保证率为50%～80%，适宜生态流量的保证率约50%～70%。

四、控制断面75%保证率生态流量限值

基于生态断面历时保证率计算公式，本次研究中通过各个控制断面多年（1956～2010年）实测日平均流量进行保证率的计算，按由大到小的顺序对各断面每天的日平均流量进行排序，选取前75%天数下的最小流量，作为生态基流保障率达到75%的日平均流量限值，即计算出的生态流量过程超过限值过程则无法满足保证率要求，需要进行调控加大实际流量。

由此计算出的75%保证率下的各生态控制断面每日的生态流量限值过程，结果见图1～图6。

图1　王家坝断面75%保证率最大生态流量限值

图2　鲁台子断面75%保证率最大生态流量限值

图3　蚌埠断面75%保证率最大生态流量限值

图4　小柳巷断面75%保证率最大生态流量限值

图5　界首断面75%保证率最大生态流量限值

图6　蒙城断面75%保证率最大生态流量限值

五、优化调度时空分布需求

1.调度需求

根据生态流量满足程度分析结果，干流上，由于大部分时段内都能保持10%～20%的生态流量，因此具有足够的河宽、水深和流速维持水生生态的健康发展，单纯水量调度对干流的进一步改善影响不大，可以综合考虑水量、水质和水生态的协作发展，保障入流水质条件和水生生物需水环境等。

支流的生态流量保障程度相对较低，最小生态流量作为保证河道生态系统基本功能不严重退化的最小临界水量，必须通过工程调度来得到保障，若河道流量长时间处于或低于这个状态，河道生态系统将走向崩溃。因此对于重要支流而言，也有必要通过压缩社会经济用水量等来满足适宜生态用水保证率。

2.推荐调度规则

根据各控制断面多年实际流量过程计算出75%保证率的生态流量限值，对比分析实际流量（采用近似平水年2010年实测流量）过程、“淮河法”最小生态流量过程和适宜生态流量过程，若现状实际流量过程大于75%保证率限值及最小生态流量、适宜生态流量，则无需调度；若最小生态流量流量、适宜生态流量若低于75%保证率流量限值，则满足75%保证率，在现状流量满足现状生态流量的基础上无需调度，不满足生态流量的情况下需要进行调度；若最小生态流量、适宜生态流量不满足75%保证率，且实际流量过程不满足生态流量过程，则需要通过闸坝调度加大实际流量，提高保证率。

淮河干流和颍河实际流量较大，生态流量保障程度较高，为更好地保护流域的生态环境，推荐按照适宜生态流量结合75%保证率流量限值考虑调度规则。

涡河蒙城以下断流较严重，必须保障河道的最低生态环境用水量，在断流期间按照最小生态流量进行调度。具体调度规则见表3。

表3　推荐生态流量调度规则表

3.时间分布

根据设定的调度规则，对比分析各控制断面的实际流量、75%生态流量最大限值、最小生态流量、适宜生态流量，得出各断面需要进行流量调度的具体时间。

以近似平水年2010年的实际流量过程为例，淮河干流的控制断面仅需调度3～6d，集中在枯水期2月和12月。其中王家坝在2月份需要调度3d，平均调度流量为2.5m3/s，为实际流量的7.6%；鲁台子与蚌埠断面需要在12月份调度4d和6d，调度流量均值分别为9.3 m3/s、42.9m3/s，为实际流量的12.6%和53.4%。

支流的调度时间跨度明显较干流大。颍河的界首断面调度时段分布在1～5月和11月，调度流量月均值为6.3～12.3 m3/s，相对于实际流量较大，约为实际流量的3～14倍；蒙城断面由于断流严重，整个枯水期均需要按照最小生态流量控制下泄。

4.空间分布

根据各生态控制断面75%保证率生态流量限值与实际流量过程、最小生态流量和适宜生态流量的对比分析，日常需要通过调度使生态流量满足要求的断面为淮河干流王家坝、鲁台子、蚌埠断面，颍河的界首断面，以及涡河的蒙城。

以2010年为例，淮河干流的几个断面需要调度的时间较短，在枯水期仅有3～6d时间需要调度，可以通过适当加大断面以上闸坝的下泄流量来满足调度要求。

颍河界首断面2010年需要调度13d，时间较短，但是相对于实际流量过程，调度流量较大。分析生态流量主要依靠上游的大型水库进行水量调度，如白沙水库、昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库、燕山水库。

蒙城断面由于非汛期断流较严重，需一直按照最小生态流量进行下泄，为了保障蒙城闸上的用水需求，生态流量主要依靠上游的大型控制蓄水闸进行水量调度，如玄武闸、付桥闸、大寺闸、蔡桥闸、涡阳闸、蒙城节制闸等。

六、总结

时空分布需求与生态流量的计算方法及大小息息相关，不同的计算方法及生态流量的年内展布方式直接影响到调度的闸坝和时间段以及调度的流量大小。根据调度时空分布分析结果可以进一步检验计算方法是否适合淮河流域的实际情况，对生态流量的年内展布进行更合理的调整。

本次仅采用《淮河流域综合规划》中的“淮河法”设置各控制断面的生态流量，下一步需结合相关课题的“生态法”流量过程，确定更科学的生态流量过程，进一步分析确定闸坝调度的时空分布需求，为保障流域生态环境的健康发展，为积极推进闸坝水量—水质—水生态多目标联合调度体系建设提供切合实际的分析依据

（作者单位：淮河流域水资源保护局淮河水资源保护科学研究所233001）