猫跳河流域建坝前后水文生态累积影响研究

周靖楠 刘振男 龚云

摘 要：对贵州省猫跳河生态累积效应进行评价.以修文水库为例，采用RVA方法分析该站的日流量数据和IHA水文指标，剖析该河流的生态累积效应情况.研究结果表明：建坝后猫跳河流量的历时和频率等指标变化较大，极端流量事件的持续时间减少，说明建坝对该河流的中下游生态产生了较显著的影响.

关键词：水文情势;河道生态; RVA;评价;水库

[中图分类号]P341 [文献标志码]A

Study on the Cumulative Influence of Hydrologic Ecologybefore and after Damming in Maotiaohe River Basin

ZHOU Jingnan，LIU Zhennan，GONG Yun

（Guizhou Institute of Technology college of science，Guiyang 550001，China）

Abstract：The construction of reservoirs will change the hydrological regime of natural rivers，thus threatening the river ecosystem.Based on the middle reach Xiuwen reservoir，the study analyzed the daily flow data of the station，calculated 32 IHA hydrological indexes，and calibrated the changes of different indexes，thus analyzed the ecological accumulation effect of the river.The results show that the overall hydrological situation of Maotiaohe river changes greatly after damming，among which the indexes such as duration and frequency of flow change the most，and the duration of extreme flow events decreases，indicating that damming has a significant impact on the ecology of the middle and lower reaches of the river.

Key words：flow regime;river ecology;RVA;evaluation;reservoir

河流是維持自然系统有序循环的重要基础，是人类赖以生存的重要资源.人类活动对河流产生的生态影响日益明显，尤其是在河流上筑坝建库对河流生态健康产生的影响最为显著.针对河流健康评价的方法众多，Richter基于IHA指标体系给出了RVA（Rang of Variability Approach）方法.该方法可以对同一条河流不同时期的水文情势进行对比，从而判断河流生态系统的变化情况.由于RVA法能够准确的对河流生态系统具有表征意义的关键指标值进行计算和评价，因此，被广泛应用于河流的管理当中.[1]舒畅[2]等应用RVA方法对南水北调西线工程中的泥曲河的生态流量进行了估算.石佳[3]等利用RVA方法对三峡水库生态风险进行了评价，并给出了相应的管理措施.官云飞[4]等基于RVA方法对新安江-富春江的生态环境需水进行了计算，并给出了相应的最小生态环境流量、最大生态环境流量及适宜生态环境流量.本文运用RVA方法对猫跳河的生态健康情况进行分析评价，为当地河流管理提供参考.

1 RVA方法简介

1.1 RVA范围的确定

RVA方法基于一定的既定规则对每一项生态水文指标给出一个可接受的变动范围区间作为河流监测管理的依据.变动范围的确定主要是给出合理的上下界，通常有两种拟定方法：一是根据各指标的多年中值进行选定，二是根据各指标的多年统计参数，即均值和标准差进行选定.结合实际情况，适当调整上下界的具体取值.

VL=（1-η）VmedianVmean，若VL

VL=（1+η）VmedianVmean+lVs d，若Vup

式（1）和（2）中，Vmedian表示天然情况下各水文指标多年中值，Vmean表示影响后各水文指标多年均值，Vsd表示天然情况下各水文指标标准方差，VL表示各指标变动范围的下界，Vup表示各指标变动范围的上界，η表示百分数（一般取17%），l为大于零的整数（一般取1），Vmin表示各指标多年最小值，Vmax表示各指标多年最大值，V75%和V25%是将各指标的逐年平均值按照从大到小的顺序排列后位于75百分位和25百分位的指标值.

1.2 水文变化测度

收集整理河流受影响后的水文参数序列值，与已确定RVA法的区间进行比对，从而评价河流不同时期的水文情势变化.为了更加客观的对变化情况进行量化衡量，RVA方法给出了水文变化测度的概念.

R=Nobs-NexpNexp×100%.（3）

式（3）中，Nobs表示观测到的次数，Nexp表示期望出现次数，R为水文特征变化量，其绝对值越大，表明河流受影响后水文指标参数改变程度较大，否则较小.

1.3 水文变化度

水文变化测度为定量评价指标，反映各水文指标参数不同时期的变化程度.由于IHA指标体系涉及的水文参数较多，不同参数对于河流生态变化的敏感度不尽相同，因此，不同参数间的水文变化度亦有不同.Richter[5]等建议将水文变化度平均划分为3个等级，即[67%～100%]为高变化度，[33%～66%]为中变化度，[0%～32%]为低变化度.若水文变化测度低于33%，表示河流生态健康情况良好.Shiau[1，6]等对以下三种水文变化度情况进行了阐述：

（1）若所有的水文指标参数的R值均小于33%，则用所有IHA指标R的平均值进行评价.

Rw=132∑32i=1Ri.（4）

式（4）中，Ri为各指标水文变化测度值，如果Rw值低于33%，则代表整体改变度低.

（2）若32個IHA指标中至少有一个指标属于中度改变，但没有任何一个指标属于高度改变，采用（5）式计算：

Rw=33%+132∑N1i=1（Ri-33%）.（5）

式（5）中，N1为属于中度改变的IHA个数，Rw的数值介于33%～66%，代表整体改变度中等.

（3）若32个IHA计算结果中至少有一个指标属于高度改变，采用（6）式计算：

Rw=67%+132∑N2i=1（Ri-67%）.（6）

式（6）中，N2为属于高度改变的IHA个数，Rw的数值高于67%，代表整体改变度高.

2 实例研究

猫跳河位于贵州省境内，属乌江水系，全长约180公里，流域面积约3 200平方千米，是我国最早完成梯级开发的流域之一.自上而下分别修建了红枫湖水库、百花水库、李官水库、修文水库、窄巷口水库以及红林水库.修文水库位于六级梯级水库中间段，是承上启下的重要水利工程节点，对下游水文情势的影响较大.本文收集了修文水库1955-1980年的日平均流量资料，对该水库修建前后对猫跳河水文情势影响变化进行了分析.以修文水库1961年7月竣工为界，将水文资料进行了划分——建坝前（影响前）（1955-1961）与建坝后（影响后）（1962-1980）——利用RVA方法对猫跳河的水文情势进行剖析.

2.1 RVA方法分析结果

对修文水库建坝前与建坝后的径流均值、方差与最值进行统计，按照建坝前各水文指标的统计参数，即均值和标准差对RVA的上下界进行标定.11月的最小流量、1月的平均流量、最小流量的最小值均小于RVA的下界值，故将其所对应参数序列按大小排列后位于75%的值设定为RVA的下界值.具体的水文情势见表1.

由32项IHA指标的水文变化测度可知，水文测度值大于0.5的指标仅有3项，占比为9.4%，说明河流总体变化度并不剧烈.由水文改变度可知，高度变化的指标共有6项，中度变化的指标共有8项，低度变化的指标共有18项，说明河流总体水文情势变化并不显著.

2.2 建坝后水文情势影响分析

由表1可知，IHA的第一组与第三组指标参数均为中度和低度变化状态，IHA的第二组指标参数为高度、中度以及低度变化状态，而IHA的第四组与第五组指标参数为高度与中度变化状态.高度变化的指标参数大多为历时和频率，说明建坝对历时与频率的影响较大，其次为变化率和发生时间，最后是流量等级、历时及发生时间分布.就流量等级而已，极端流量较平均流量更易受到大坝的影响，且反应更加灵敏;就发生时间而言，建坝后年最大流量出现时间显现的变化程度较最小流量出现时间更为剧烈;就频率、变化率而言，水文逆转次数受建坝后的影响更为显著.水文参数指标基流受建坝影响较大，建坝前猫跳河当地的降水通过汇流会形成自然基流，从而保障了河道生态系统所需的基础流量，但是建坝后流域集水于水库，通过人工调节实现了径流的再分配，使河道生态系统对基础流量的保证率得到了进一步的提高.每年的径流高、低脉冲次数改变度较高，即建坝对河道次洪水以及水文过程产生了影响，这种影响关系到滩地与河岸水陆交汇处生态系统的健康发展.

3 结论

本文应用基于IHA指标体系的RVA方法对猫跳河中下游河流生态累积效应进行了分析.研究结果表明：猫跳河建坝后對中下游河道的水文情势产生了较为显著的影响，尤其体现在IHA指标当中的频率、历时以及变化率方面.这种影响严重破坏了当地河流的生态健康，应当被当地河流管理者所关注.研究也表明，RVA方法的计算结果为如何修复和改善河流生态提供了明确的目标.

参考文献

[1]Richter B，Baumgartner J，Wigington R，et al.How much water does a river need？[J].Freshwater biology，1997，37（1）：231-249.

[2]舒畅，刘苏峡，莫兴国，等.基于变异性范围法（RVA）的河流生态流量估算[J].生态环境学报（5）：149-153.

[3]石佳，纪昌明，张验科，等.基于 RVA 的建库后下游河流生态风险评价研究[J].中国农村水利水电，2013 （8）：7-11.

[4]官云飞，黄显峰，方国华，等.基于 RVA 框架的河流适宜生态环境需水研究[J].中国农村水利水电，2014 （1）：105-110.

[5]Richter B D，Baumgartner J V，Powell J，et al.A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems[J].Conservation biology，1996，10（4）：1163-1174.

[6]Shiau J T，Wu F C.Compromise programming methodology for determining instream flow under multi-objective water allocation criteria[J].Journal of The American Water Resources Association，2006，42（5）：1179-1191.

[7]范兴奎，闫洁，宋善洋. 基于模糊评价的深圳市人才吸引力水平研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019（1）：10-14.

[8]谢会萍，朱家明，张素素，等.基于 Leslie 模型的人口结构评价分级与预测[J]. 牡丹江师范学院学报： 自然科学版，2017 （3）：17-20.

编辑：琳莉

收稿日期：2019-12-17

基金项目：贵州省科技厅基金项目（黔科合LH字[2016]7096）

作者简介：周靖楠（1985-），女，黑龙江佳木斯人.副教授，硕士，主要从事微分动力系统研究;刘振男（1984-），男，山东东平人.讲师，博士，主要从事水文及水资源研究;龚云（1973-），男，贵州贵阳人.副教授，硕士，主要从事水工结构研究.