白河干流最小流量变化与生态基流计算研究

涂德顺，张宗敏，封光寅（水利部长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，441021，襄阳）

白河干流最小流量变化与生态基流计算研究

涂德顺，张宗敏，封光寅
（水利部长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，441021，襄阳）

河南省鸭河口水库修建后对白河干流最小流量变化产生了影响。为保障白河流域内生态可持续发展，根据新店铺水文站50多年的水文资料，采取Tennant法、90%保证率法和最小月平均流量法等3种水文学方法，对白河干流生态基流进行计算。通过对比分析，确定90%保证率法计算结果适用于白河干流的生态基流量。关键词：白河；鸭河口水库；水文学方法；最小流量；生态基流

白河发源于河南省伏牛山南麓的黄石垭，沿途流经南召县、南阳市城区、新野县，于翟湾进入湖北省襄阳市，经三合镇至两河口与唐河汇合。白河麦河口以下河道全长157 km，纵比降为1/1 500～1/4 000，流域面积12 224 km2。白河洪水河床一般约1 000 m，最宽处在2 000 m以上。白河的主要特点是滩多、河槽不稳定。在历史上曾经发生过两次改道性的变迁：一次是元末岗头决口，夺潦河成为现在的白河，老白河迄今犹存；一次是1945年瓦店决口，冲成现在的河道。白河主要支流多在右岸，如潦河、湍河、刁河等。

在白河上游建有鸭河口水库，其总库容13.16亿m3，兴利库容7.45亿m3，库区水面面积约120 km2，坝址位于南召县东抬头村附近，上距南召县城35 km，下距南阳市40 km，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养殖、城市供水及旅游等综合利用的大（1）型水利枢纽。大坝工程始建于1958年，1960年拦洪蓄水。鸭河口水库的修建运行，对坝下游的水文情势产生了重要影响，使原有的天然水文情势变为以人工调控为主的水文情势，最小流量和生态基流成为人们特别关注的水文要素。本文就白河干流最小流量变化及最小生态需水量的计算进行分析研究。

一、控制断面特征

1.控制断面的选取

水文控制断面是联系河流形态因子和水文因子的载体，选择对水文情势具有良好控制的断面，是分析最小流量变化及生态基流计算的基础。控制断面的选取应该遵循典型性、稳定性、实用性的准则，通常应选择具有控制性能较好的水文测验断面。在白河干流，具有较好控制性能的水文测验断面为布置在下游的新店铺水文站测验断面。

新店铺水文站建于1953年，位于河南省新野县新店铺镇，是长江流域唐白河水系白河干流基本水情控制站，属国家重要水文站，主要观测项目有水位、流量、悬移质泥沙、降水量等。1954年6月站址上迁270 m，1968年1月再上迁200 m，2000年1月又上迁1 000 m，集水面积10 958 km2。该站左岸为可耕滩地，宽约300 m，其中有50 m宽的柳林护坡，水位在82.5 m时开始漫滩；右岸为土坎，在基本水尺断面上下游先后筑有挑水坝4座，因此主流向左移动；河床为沙质组成，冲淤变化较大。新店铺站水文测验大断面图为U形，表明该

河段处于较为发育河段。

2.控制断面特性

在白河流域，暴雨洪水较多，但多被鸭河口水库拦蓄。受多种因素影响，该站水位—流量关系较为复杂，在高水时呈反时针绳套关系；中水时呈单一线关系；低枯水时呈多条临时曲线关系。

二、最小流量变化特征

最小流量是反映河流特性的重要特征值，是研究河道生态基流的基础。

1.年际变化特征

白河下游干流控制断面的最小流量变化与上游的鸭河口水库大坝泄水和区间支流来水情况相关。20世纪60年代以前，年最小流量波动和变幅较小；20世纪60年代以后，年最小流量波动和变幅显著增大。最小流量的多年平均值 （1953—2015年）为6.79 m3/s，其中鸭河口水库建库前（1953—1959年）为5.01 m3/s，建库后为7.01 m3/s。由此表明，鸭河口水库大坝泄水为白河干流最小流量年际变化的主要影响因素。

2.年内变化特征

白河下游干流控制断面最小流量年内变化特征：1—6月最小流量平均值比较接近，变幅平缓；8—9月变幅较大，最大值（8月份为45.9 m3/s）接近最小值（4月份为12.7 m3/s）的4倍。

三、生态基流计算

河流生态基流是指维持河流基本形态和基本生态功能、保证水生态系统基本功能正常运转的最小流量。在此流量下,河道可以保证不断流,水生生物群落能够避免受到不可恢复性的破坏。生态基流一是包括河流基本生态环境需水量，即维持河流系统最基本的生态环境功能所需要的最少水量；二是包括河流输沙排盐需水量，即维持河流形态和盐分的动态平衡，在一定输沙、排盐要求下所需的水量；三是包括湖泊洼地生态环境需水量，即维持湖泊洼地水体功能而消耗于蒸发的水量。

长系列水文资料是河道内生态基流计算的主要依据，因为河流生态系统已经适应了多年来形成的水流节律，是河流自身特点的真实反映，也最能反映河流生态系统对水量的基本需求。白河干流河道生态基流是以选取控制站实测长系列（1955—2015年）径流量资料为基础，分别采用Tennant法、90%保证率法和最小月平均流量法计算，然后进行分析。

1.Tennant法计算

Tennant法是美国目前使用的河道内生态流量确定方法,其河道内生态流量推荐值以预先确定的年平均流量的百分数为基础（见表1）。该法通常作为在优先度不高的河段研究河流流量推荐值使用,或作为其他方法的一种检验。

白河干流为常年性河流，具有较长水文历史资料，但生态资料比较缺乏。因此，比较适宜Tennant法计算，计算结果见表2。白河鱼类产卵期一般在5—8月份，根据白河最小流量变化规律，通常能满足“好”生态状况流量。因此，生态基流重点考虑一般用水期。

2.最小月平均流量90%保证率法计算

最小月平均流量90%保证率计算法，是把多年最小月平均流量按从大到小排序，按公式 Pn=n/（N+1）× 100%进行计算获得Pn值 （Pn为序列为n所发生的频率，n为序列号，N为总序列数），然后把Pn与对应的最小月平均流量拟合成频率曲线。由新店铺站（1954—2015年）最小月平均流量频率曲线图查得最小月平均流量90%保证率对应的生态基流为7.20 m3/s。

3.最小月流量平均法计算

最小月流量平均法是采用多年最小月流量的算术平均值。新店铺站最小月流量算术平均值（1954—2015年）为12.0 m3/s。

表1 河内流量与生态及相关环境资源关系

表2 Tennant法计算结果

4.计算结果分析

研究河流生态基流的目的是为了实现水资源优化配置和生态可持续发展，生态基流数值应依据河流最小流量的变化规律及实现目标的可行性来确定。在白河干流，上述3种方法中,Tennant法计算出的一般用水期“好”状态所对应的生态基流为12.0 m3/s，开始退化的临界流量为5.98 m3/s；最小月平均流量90%保证率法计算结果为7.20 m3/s；最小月流量平均法计算结果12.0 m3/s。由上述结果可以看出，Tennant法计算出的一般用水期“好”状态所对应的生态基流与最小月流量平均法计算结果相同，最小算结果较为适宜。

四、结语

鸭河口水库修建后，大坝泄水对白河干流最小流量变化产生了重要影响，使年际最小流量波峰和平均值增大。白河干流生态基流选择最小月平均流量 90%保证率法计算结果7.20 m3/s较为适宜，其结果体现了该地区河流水文基础特征，且在鸭河口水库大坝泄水的调控下能够容易实现这一目标。因此建议鸭河口水库在枯水季应加强生态调度，以满足下游生态需水及生态系统可持续发展。

[1]孟慧颖.河流生态基流的计算方法及其适用性分析[J].科技传播，2013（9）.

[2]T ENNAT D L,Instream flow regimes for fish,wildlife,recrea-tion and related environmental resources[J]. Fisheries,1976（1）.

[3]武玮，徐宗学，左德鹏.渭河关中段生态基流量估算研究[J].干旱区资源与环境，2011（10）.

[4]张强，崔瑛，陈永勤.基于水文学方法的珠江流域生态流量研究[J].生态环境学报，2010（8）.

责任编辑 张金慧

Change of minimum flow and calculation of ecological base flow of Baihe River mainstream

//Tu Deshun,Zhang Zongmin,Feng Guangyin

After the completion of Yahekou Reservoir in Henan Province,it has certain impact on the minimum flow of the mainstream of Baihe River.Based on more than 50 years hydrological data in Xindianpu Station,the ecological base flow of the mainstream of Baihe River were calculated with three methods of Tennant,90%guarantee rate and minimum monthly average flow rate.Through comparative analysis,it is found that the result of 90%guarantee rateis more suitable for the ecological base flow.

Baihe River;Yahekou Reservoir;hydrological method;minimum flow;ecological base flow

P33+X171

B

1000-1123（2016）17-0026-02

2016-05-24

涂德顺，技师。

水利部公益性行业科研专项项目（201001001）。