基于Tennant改进法的讨赖河生态流量分析与评价

李计生，于海超，张 扬，马金珠

(1.甘肃省水文局，兰州 730000；2.兰州大学 资源环境学院，西部环境教育部重点实验室，兰州 730000)

河流生态流量是为维持河流生态系统的结构和功能而必须保证的流量，当河流流量小于这一数值时，将导致河流水生生物生长和繁殖条件的破坏，生物量减少甚至灭失[1]。当前，关于河流生态流量的计算，国内外已提出很多方法[2-6]，但目前尚无统一的标准，而中国国家环保总局、水利部先后推荐了多年平均流量法、多年平均枯水时段法、Tennant 法、生态基流 Q95 法等近 10 余种计算方法，总体上可分为 3大类，即水文水力学法、生态环境法和整体法。钟华平等[7]在综合分析了水文学法、水力学法、整体分析法和栖息地生态环境法后，认为水文学方法最适合我国现阶段的河流研究。于松延等[8]通过对几种水文学法分析，得出 Tennant 法要优于其他方法。Tennant 法是美国学者Tennant提出的用来确定河道生态环境需水量的一种方法[5]，它以历史的流量数据来确定河流生态流量，操作简单、所需资料较少，主要适用于干旱区河流[7,9]。同时郑志宏等[10]通过中位数、众数理论对Tennant 法进行了改进，使其计算结果更加科学合理。

讨赖河为西北干旱区小型内陆河流，考虑其气候以及水资源特点，本文基于Tennant法确定河流生态流量，同时结合中位数法和众数法进行改进，最终确定了讨赖河更加科学合理的生态流量阈值，并且以2016年为例，定性评价了现状水平年讨赖河干流实际生态状况，本研究可为讨赖河河流生态环境评价和水资源合理利用提供一定的参考。

1 研究区概况

讨赖河地处河西走廊中部，是黑河的一级支流，流域东起马营河，西以嘉峪关的黑山为界，南与疏勒河流域毗邻，北以金塔盆地的马鬃山为界[11-13]，介于97°22′46″～99°27′11″E， 38°24′16″～40°56′08″N之间，涉及青海祁连县、甘肃省张掖市肃南县、高台县和嘉峪关市以及酒泉市肃州区、金塔县，流域总面积2.81 万km2[14,15]。讨赖河受降水及冰川融水补给，补给量较小[16,17]，多年平均径流量 6.24 亿m3，年最大径流量 11.2亿m3，年最小径流量 4.888 1 亿m3，Cv值为0.198[18]。自1947年鸳鸯池水库建成后，讨赖河在水库下游消失于金塔盆地。

2 材料与方法

2.1 数据来源

数据来源包括讨赖河干流的冰沟水文站(1948-2001年)、嘉峪关水文站(2002-2015年)和鸳鸯池水库站(坝上站1978-2015)的水文资料，其中，嘉峪关水文站位于冰沟水文站下游，且两站面积相差仅3%，因此本文计算了嘉峪关站至冰沟站的渗漏损失量，将嘉峪关站2002-2015年实测径流量加上渗漏损失量，修正为冰沟站2002-2015年径流数据。最终计算以冰沟站和鸳鸯池水库站为基准站，确定了讨赖河生态流量。

2.2 生态流量的计算方法

(1)Tennant法。考虑到讨赖河流域的特点，汛期是农业灌溉用水、鱼虾产卵的高峰期，所以河流最大径流量并不一定出现在汛期。因此，将分期确定为一般用水期和用水高峰期[19 ]。Tennant法以多年平均流量值为基准，其生态流量评价标准见表1，其中，对一般河流而言，若河流流量占多年平均流量60%～100%，此时的河宽、水深及流速等可为水生生物提供优良的生长环境；若流量占多年平均流量的30%～60%，此时大部分浅滩都能被水淹没[20-21]。而河流流量占多年平均流量10%，被认为是保持河流生态系统健康的最小流量[7]。

表1 Tennant法的生态流量评价标准

(2)中位数改进法。中位数不受极端值的影响，在出现了极端值的情况下，用中位数代替算术平均数更好[10]。讨赖河径流量受季节影响较大，同时年际间分布不均，因此采用中位数代替多年平均流量值，可以降低极端值造成的影响。

3 结果分析

3.1 讨赖河的生态流量

3.1.1 Tennant法计算

根据Tennant法，求得讨赖河不同时段的生态流量(表2)。其中，冰沟站一般用水期生态流量为1.366 m3/s，用水高峰期为2.773 m3/s；鸳鸯池水库站一般用水期生态流量为0.857 m3/s，用水高峰期为1.163 m3/s。下游生态流量较小主要是由于受到水库调蓄的影响。

表2 Tennant法计算的各站不同时期的生态流量 m3/s

3.1.2 中位数改进法计算

以冰沟站(1948-2015年)、鸳鸯池水库(坝上站1978-2015)还原后的天然径流量作为原始数据进行计算，降序排列后得到逐月中位数月平均生态流量(表3)。结果表明，冰沟站一般用水期生态流量为1.336 m3/s，用水高峰期2.558 m3/s；鸳鸯池水库站一般用水期生态流量为0.835 m3/s，用水高峰期为1.094 m3/s。

3.1.3 众数改进法计算

本研究将月平均流量最大值与最小值的差值平均分为3～7个区间，众数计算结果见表4。

采用该时段数据应用皮尔逊经验公式确定众数，选择经验值与试算值最为接近的一组数，即选定为众数，进而得到基于众数理论的生态流量(表5)。其中，冰沟站一般用水期生态流量为1.258 m3/s，用水高峰期为2.332 m3/s；鸳鸯池水库站一般用水期生态流量为0.778 m3/s，用水高峰期为0.989 m3/s。

3.1.4 3种方法计算结果对比

3种方法计算结果对比见表6，相比于中位数法和众数法，Tennant法确定的多年平均生态流量偏大，主要是由于极端值的出现而造成。因此，本次采用基于众数改进法确定的生态流量值，该方法明显降低了极端值的影响，计算结果更为合理，比较符合我国河西走廊水资源短缺的实际情况。

表3 中位数改进法计算的各站不同时期的生态流量 m3/s

表4 冰沟站众数试算结果

表5 众数改进法计算的各站不同时期的生态流量 m3/s

表6 3种方法计算结果对比 m3/s

3.2 现状年不同用水期流量与生态流量对比

3.2.1 不同用水期流量与生态流量对比

根据2016年冰沟站水文资料，冰沟站、鸳鸯池水库用水高峰期、一般用水期生态流量统计结果见表7。可以看出，冰沟站、鸳鸯池水库出库用水高峰期和一般用水期流量均可以达到最佳生态流量。

表7 冰沟站、鸳鸯池水库出库用水高峰期和一般用水期对比表 m3/s

3.2.2 一般用水期的日流量分析

统计分析2016年冰沟水文站(还原计算)、鸳鸯池水库站日流量，冰沟站无断流情况发生；鸳鸯池水库下游河段由于水库在6月21至6月27日出库流量为0而导致有七天发生断流。但用水高峰期一般为汛期，来水量大，因此用水高峰期河流实际流量基本满足生态流量。而一般用水期基本处于枯水期，水量小，因此本文进一步分析了一般用水期的日流量变化。

冰沟站-鸳鸯池水库段一般用水期内达到最佳生态流量的天数为181 d，极好生态流量为1 d。可满足河道一般用水期生态流量，详见表8。

而鸳鸯池水库下游，鸳鸯池水库水文站计算的一般用水期生态流量与鸳鸯池水库日出库流量进行对比，达到一般用水期最佳生态流量的天数为137 d，占一般用水期天数的74.5%；达到好的生态流量的天数为19 d，占一般用水期天数的10.4%；达到非常好的生态流量的天数为5 d，占一般用水期天数的3.1%；达到好的生态流量的天数为22 d，占一般用水期天数的12.0%，综上，讨赖河干流日流量基本可以满足枯水期河流生态流量，详见表9。

表9 鸳鸯池水库下游一般用水期生态流量与日流量对比表

4 讨 论

杨杰等[3]采用了Qp法、Tennant法对甘肃党河的生态流量进行了计算，发现当径流量的Cv值较大时，Qp法受极端值影响较大，Cv值较小时，Qp法与Tennant法计算结果一致。其最终采用了Tennant法确定党河的党河水库断面枯水期生态流量为1.35 m3/s，丰水期为5.08 m3/s。党河和讨赖河均为我国西北地区小型内陆河流，二者的枯水期生态流量较为相近。但党河的丰水期生态流量远高于讨赖河同期的生态流量。主要是由于党河的天然径流量年际、年内变化幅度较大，而Tennant法未考虑到极端值的影响。

为了减小 Tennant 法受极端值的影响，本文采用众数法对其改进，使其计算结果更加合理，但该方法没有考虑河流的形态对流量的影响，其计算结果的精度仍需探究[7]。

国内研究的河道生态流量大多停留在理论探讨阶段，计算方法多从国外引进, 还没有形成一套比较完全适合我国国情的生态需水计算方法。而不同的估算方法有其适用条件和适用范围，应根据当地的实际情况来确定计算方法，同时需要对其评价标准做进一步研究。

5 结 论

(1)通过对比Tennant法、中位数改进法、众数改进法，最终采用众数改进法，确定了冰沟水文站用水高峰期生态流量为2.332 m3/s，一般用水期为1.258 m3/s；而鸳鸯池水库站用水高峰期生态流量为0.989 m3/s，一般用水期则为0.778 m3/s。

(2)根据2016年现状水平年实测资料，冰沟水文站、鸳鸯池水库站用水高峰期、一般用水期月平均流量均可以达到最佳生态流量。

(3)在日尺度上，2016年冰沟水文站在一般用水期实测的径流量达到最佳生态流量的天数为181 d；极好生态流量为1 d；鸳鸯池水库站在一般用水期实测的径流量达到最佳、极好、非常好、好的生态流量的天数分别占74.5%、10.4%、3.1%、12.0%。因此，冰沟水文站、鸳鸯池水库站均可满足河道一般用水期生态流量。