不同水文学方法计算生态基流成果分析

2021-03-09朱俊海

四川水利 2021年1期

朱俊海

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐，830000)

河道生态基流是指为维持河流基本形态和生态功能、防止河道断流、避免河流水生态系统功能遭受无法恢复的破坏的河道内最小流量。对于一条常年性河流，具有流动的足够的水量是维持河道生态环境功能的最基本条件，如果发生河流断流，原有的水生环境遭受到严重破坏，即使再次复水，河道系统也很难恢复到原来的水生生态系统，甚至一些本地特有的物种将从此灭绝。因此，为了防止河道萎缩或断流，维持河道基本的生态环境功能，河道中常年都应该保持一定比例的基本流量[1]。河道生态基流的概念基于此而提出。

1 河流概况

库车河发源于天山山脉中段的科克铁克山莫斯塔冰川。上游干流称为乌什开伯西河，阿恰沟及大小龙池池水在库尔干汇入乌什开伯西河后始称为库车河。从源头至库尔干河流呈西北-东南走向；库尔干至库如力河流基本呈南北向；至库如力河流接纳东岸大支流科格纳克河后，转向南偏西，在库台克力克(阿艾)与西岸大支流卡尔塔西河交汇，连续两次转弯后南下经康村，穿过却勒塔格山，抵达兰干水文站。兰干站以上径流形成区面积2946km2，河长122km。

2 资料分析

选用兰干水文站1985-2010年连续26年逐日流量分析计算。兰干水文站属国家基本站，该站洪水资料符合国家行业规范要求。

表1 兰干水文站月平均流量统计单位：m3/s

3 生态基流计算方法[2]

3.1 Tennant法

Tennant法属于水文学计算法的一种，即将河流多年平均流量的10%～30%作为生态基流，该计算法适用于流量比较大且水文资料系列较长的河流。根据收集到的1985-2010年共26年实测数据，计算多年平均流量，详见表2。

表2 Tennant法计算铜场水库断面生态流量成果

3.2 流量历时曲线法

流量历时曲线法属于水文学计算法的一种，该计算法是将20年以上的水文观测资料进行整理和统计分析，通过逐月流量历时曲线，以90%保证率下的流量作为生态基流。根据收集到的1985-2010年共26年逐月实测数据，采用矩法对系列统计参数进行估算，再用适线法选配P-Ⅲ频率曲线，推求系列的统计特征值。经P-Ⅲ频率曲线适线，逐月频率计算成果见表3及图1。

表3 兰干水文站逐月不同保证率流量计算成果

图1 兰干水文站逐月流量频率曲线

3.3 保证率法

保证率法属水文学计算法的一种，一般采用90%保证率下最枯月平均流量作为生态基流。根据收集到的1985年-2010年共26年实测数据，采用矩法对系列统计参数进行估算，再用适线法选配P-Ⅲ频率曲线，推求系列的统计特征值。

经P-Ⅲ频率曲线适线，逐年频率计算成果见表4及图2。

表4 兰干水文站不同保证率年流量计算成果

图2 兰干水文站年流量频率曲线

选取典型年进行年内分配，确定90%保证率下最枯月平均流量为2.74m3/s。

3.4 最枯月流量法

最枯月流量法属水文学计算法的一种，通常采用最近10年最枯月平均流量作为生态基流。根据2001-2010年10年实测数据，统计月平均流量见表5。

表5 2001-2010年10年月平均流量成果统计单位m3/s

3.5 7Q10法

7Q10法属水文学计算法的一种，即将90%保证率下，连续最枯7天的平均流量作为生态基流。

选取最枯7天流量统计数据，详见表6。

表6 90%保证率下最枯7天流量统计

4 生态基流成果对比分析

根据北方河流尤其是新疆相似流域近年已建工程的环境影响评价报告，Tennant法取值为多年平均流量的20%。从分别采用不同水文学方法计算的河段生态基流成果来看，不同方法计算的生态基流成果有所差距，其中Tennant法计算的成果最大，7Q10法计算的成果最小。不同方法计算生态基流成果对比见表7。

表7 不同水文学方法计算的生态基流成果单位：m3/s

Tennant法计算步骤简单，可以快速确定数值，但是没有考虑河流的宽度、水深、流速以及形状等水文参数，忽略了水生生物对环境的需求，对于流量较小的河流，该计算法的使用具有一定的局限性。

流量历时曲线法同样具有简单快速的优点，由于使用了逐月流量历时曲线中的某个频率来确定生态基流，其灵活性亦更强，可以按照河流水生生物的实际需求确定流量大小，同时也考虑了各月流量间的变化和差异，适用性较强。唯一制约该法的因素是，目前对不同时期水生生物需水量方面的研究较少，因此在具体的频率设定过程中可供参考的成果不多。

保证率法比较适合水量较小，同时开发利用程度较高的河流，要求有较长序列(一般不低于20年)的水文观测资料。保证率法计算出来的生态基流在某种意义上维持了河流水质标准，更适合于生态环境需水要求。但保证率法是基于流量基础之上的一种方法，对水生生态学方面的因素考虑较少。

最枯月平均流量法需要的水文观测资料系列较短，其适用范围和局限性与保证率法基本一致，在计算河流纳污能力方面有独特的优势。

7Q10法同样适合水量较小，同时开发利用程度较高的河流，要求有较长序列(一般不低于20年)的水文观测资料。该法计算出来的生态基流能够维持河道不发生断流，但同样未考虑生物学因素，通常用于考量水环境容量。

从不同水文学计算方法特点及适用条件来看，Tennant法、流量历时曲线法和7Q10法相对较适应于库车河流域。根据北方河流尤其是新疆相似流域近年已建工程的环境影响评价报告来看，Tennant法运用的较为普遍，根据现有资料情况，确定库车河生态基流采用Tennant法计算成果，该法通过分析河流多年天然平均流量百分比和河道内生态环境状况，建立了河流流量和水生生物、河流景观及娱乐之间的关系，在考虑保护鱼类和有关环境资源的流量状况下，将多年平均流量的百分数作为短期生存本息地的最小瞬时流量。