汾河入河口基本生态流量分析计算

张沛雷

（山西省运城市水文水资源勘测站，山西 运城 044000）

0 引言

基本生态流量是指维持河流、湖泊基本形态、生态基本栖息地和基本自净能力对应的生态环境功能不丧失，需要保留在河道内的最小流量及其过程。近年来，随着经济社会发展，人类活动及地下水超采等因素对汾河径流影响加剧，使泉水及河川径流出现严重衰减，甚至出现断流情况。本文通过分析计算汾河入河口基本生态流量，评价近年来汾河入河口基本生态用水满足程度。

1 流域概况

汾河是黄河第二大支流，山西省内第一大河流，发源于山西省神池县太平庄乡西岭村，穿越云中山和吕梁山之间的峡谷，至兰村以上为上游，中下游纵贯省境中部的太原、临汾两大盆地6 市29 县，在禹门口下游的万荣县荣河镇庙前村附近出境汇入黄河，河流长度713 km，流域面积39721 km2，河流平均比降1.10‰。

2 基本生态流量计算方法

基本生态流量是河湖生态环境需水要求的底限值，包括生态基流、不同时段生态流量、全年生态流量等指标。其中，生态基流是其过程中的最小值，用月均流量（或水量）表征；不同时段包括逐月，或汛期、非汛期等时段。

2.1 生态基流

生态基流选用Qp法、Tennant 法、近10 a 最枯月平均流量法3 种方法分析计算。

（1）Qp法（不同频率最枯月平均值法），选用控制断面大于等于30 a 系列天然月平均天然径流量，用每年的最枯月排频，选择90%或95%频率下的最枯月平均径流量作为控制断面生态基流。

（2）Tennant 法，选用控制断面多年平均径流量的百分比，计算年内不同月值，生态基流取其过程中的最小值。

（3）近10 a 最枯月平均流量法，用近10 a 最枯月径流量，即10 a 中的最小值，作为生态基流。

2.2 年内不同时段值

年内不同时段基本生态流量值，选用Tennant 法、频率曲线法、逐月最小径流计算法3 种方法计算。

（1）Tennant 法，选用控制断面多年平均径流量的百分比（比例取10%～20%），计算年内不同时段值。使用时，较枯较丰时段的划分，根据山西省汛期、非汛期时段划分确定。

（2）频率曲线法，用长系列水文资料的月平均径流量的历史资料构建各月水文频率曲线，将95%频率相应的月平均径流量作为对应月份的节点基本生态环境需水量，组成年内不同时段值，用汛期、非汛期各月的平均值复核汛期、非汛期的基本生态环境需水量。

（3）逐月最小径流计算法是根据历史月均径流资料，按月份进行系列划分，每个月系列取其最小值作为该月的生态流量的一种计算方法。

2.3 全年值

全年生态流量值根据不同时段值累加得到。

2.4 满足程度评价

对比2007 年～2016 年水文系列的实测径流量与生态基流、不同时段（汛期和非汛期）需水量、全年需水量，评价主要控制断面生态流量满足程度。用水文系列中实际径流量超过生态流量的月份数（或天数）与水文系列总时长的比值评价满足程度。

3 汾河入河口基本生态流量计算

选取汾河干流河津水文站断面作为汾河入河口生态流量控制断面。河津水文站，位于山西省河津市柏底村，至河口距离22 km，控制流域面积38726 km2，占汾河流域总面积的97.5%。

3.1 生态基流计算

3.1.1 Qp法（不同频率最枯月平均值法）

选用河津站1956 年～2016 年共61 a 修正后天然径流系列资料，选取每年最枯月径流量组成61 a 系列成果，见表1。采用P-Ⅲ型曲线（图1）对系列进行配线，确定断面径流量均值、CV、CS/CV。根据适线，90%和95%频率的径流量分别为3795 万m3、3468 万m3。月径流量除以时长得到的月平均流量可作为生态基流，生态基流成果见表2。

表1 河津站1956 年～2016 年最枯月系列成果表 单位：万m3

表2 Q p 法生态基流计算成果表

图1 最枯月P-Ⅲ型曲线配线成果图

3.1.2 Tennant 法

选用河津站1956 年～2016 年61 a 修正后天然月年径流量资料，年内分汛期（6 月～9 月）和非汛期（1 月～5 月、10月～12 月）2 个时段。生态流量计算时，汛期百分比取20%，非汛期百分比取10%。计算各月生态流量，得最小月径流量为773 万m3，发生在2 月，见表3。因此，生态基流值为3.19 m3/s。

表3 Te nnant 法生态基流计算成果表 单位：万m3

3.1.3 近10 a 最枯月平均流量法

分析河津站2007 年～2016 年近10 a 月年径流资料，最小月径流量为3874 万m3，发生在2009 年2 月，河津站断面生态基流值14.9 m3/s。

3.2 年内不同时段值计算

3.2.1 Tennant 法

选用河津站1956 年～2016 年61 a 修正后月年径流量资料,年内不同时段值以月为时间尺度进行分析计算，并按照汛期（6 月～9 月）和非汛期（1 月～5 月、10 月～12 月）2 个时段统计。生态流量计算时，汛期百分比取20%，非汛期百分比取10%。因此，基本生态流量汛期值为17520 万m3，非汛期值为9077 万m3。

3.2.2 频率曲线法

选用河津站1956 年～2016 年修正后月年径流量系列资料，用61 a 月径流量构建12 个月水文频率曲线，采用P-Ⅲ型曲线进行配线，确定各月径流量均值、CV、CS/CV、95%频率的各月基本生态径流量，结果见表4。故汛期基本生态径流量（6 月～9 月相加）为28746 万m3；非汛期基本生态量（1 月～5 月、10 月～12 月相加）为41913 万m3。

表4 频率曲线法年内不同时段值计算成果表 单位：万m3

3.2.3 逐月最小径流计算法

选用河津站1956 年～2016 年修正后月年径流量系列资料,划分12 个月份系列，计算逐月最小径流量，结果见表5。月径流量分汛期、非汛期分别求和可得到基本生态径流量汛期值与非汛期值，依次为23216 万m3、34042 万m3。

表5 逐月最小径流计算法生态基流计算成果表 单位：万m3

3.3 全年值计算

Tennant 法、频率曲线法、逐月最小径流计算法3 种方法计算汛期、非汛期生态流量值相加得全年生态流量值，见表6。

表6 基本生态流量全年值成果表 单位：万m3

3.4 满足程度评价

3.4.1 生态基流满足程度评价

对河津站生态基流满足程度进行评价，评价成果见表7。由表7 可知，满足程度最高是Tennant 法89.2%；其他计算方法满足程度均低于50%，现状条件下不能保证河道基本生态基流。

表7 生态基流满足程度评价成果表

3.4.2 年内不同时段值满足程度评价

对河津断面全年、汛期和非汛期各时段不同方法计算生态流量成果进行满足程度评价，结果见表8。其中Tennant 法能基本满足时段生态需水量；其他计算方法满足程度均低于50%，现状条件下不能保证不同时段基本生态流量。

表8 基本生态流量过程满足程度评价成果表 单位：万m3

4 结论

本文基于河津水文站控制断面61 a 实测天然资料，分析计算汾河入河口基本生态流量。生态基流，Tennant 法计算结果最小为3.19 m3/s，现状满足程度最高为89.2%；近10 a 最枯月平均流量法计算结果最大为14.9 m3/s，满足程度最低为46.7%。

汾河补水按照接近或大于3.19 m3/s 进行生态补水就可以满足基本生态水量要求，2020 年山西省将继续向汾河调引黄河水6 亿m3，按照枯水期不低于15 m3/s 实施生态补水，更好地维持了汾河生态流量。河津站可作为汾河入黄河河口控制断面，以日平均流量作为控制指标，建立预警机制，调节上游水资源配置，尽快维护和修复汾河河道健康的生态系统。