河流生态流量确定方法分析

王鸿

摘要：采用生态基流法对陕西渭河生态基流进行了估算。该方法不仅考虑了满足水质要求的自净流量，还考虑了现有水生生物栖息地的流量要求。建立了一个水质模型，用于估算四种情况下的自净流量，包括目前的排放量和其他三种不同污染处理措施对应的情况。利用生物指示剂法计算了现有水生生物栖息地的需水量。综合这些流量需求，估算了陕西渭河的生态流量。并与其它方法，如坦南法、湿周法、R2ROSS法等进行了比较。结果表明，该方法具有较高的可靠性，更适合于陕西渭河生态基流的计算。

关键词：河流生态;流量确定方法;分析

引言：渭河是黄河最大的支流，对黄河流域生态环境的改善起着重要作用。陕西渭河流域面积6.71万平方公里，占总面积的50%，集中了61%的人口、56%的耕地、72%的灌溉面积和81%的工业产值。在过去的几十年里，渭河水体受到了严重的污染。另一方面，由于自然因素和人类活动的影响，渭河年径流量自20世纪80年代以来明显减少。由于这些原因，渭河河道生态系统遭到了严重破坏。大多数水生生物已濒临灭绝。如何改善渭河的生态环境，一直是政府和研究者关注的问题。

一、河流生态流量确定的意义

生态基流的确定具有重要意义。一般来说，生态基流方法可分为水文法、水力分级法、生境模拟法和整体法，以及组合法和其他方法。水文方法具有计算简单和易于处理的优点，其中包括坦南方法、7Q10方法和得克萨斯方法。水文方法是根据天然河流的特点发展起来的，在大多数应用中被用作粗略验证。水力评价方法，如湿润周长法[6]和R2CROSS法，在水力指标和水生生物栖息地之间建立了简单的关系。由于数据量小，水力分级方法得到了广泛的应用。但这种关系也是从天然河流中总结出来的。在调节河流中，使用水力评级方法可能无法评估生态基流。随着生态基流研究的深入，发展了生境模拟方法[8，9]、整体方法和组合方法。该方法考虑了水生生物栖息地和流域特征的更多信息，可以得到更准确的估算结果。但河流生态数据的缺乏往往是这些方法应用的主要障碍。渭河流域由于水库、河道、城市改道等人类活动的影响，河流流量受到很大影响，限制了水文方法的应用。由于侵蚀，断面形状不断变化，尤其是在下游。采用水力分级方法时，会引起估算误差。渭河污染严重，生态系统遭到严重破坏，制约了生境模拟方法、整体方法和组合方法的应用。本研究的目的是发展一种适用于渭河等重污染河流的生态基流方法。该方法既要考虑现有水生生物栖息地的流量需求，又要考虑自净流量满足水质需求，以恢复河道内生态系统。提出了一种实用的河流生态基流评价方法——水质模拟法（WQMA）。通过对渭河五个河段的Tennant法、最小月流量法、湿周法和R2ROSS法的应用对比研究，验证了所提方法的可靠性。[1]

二、比较模型

1.回顾

坦能方法坦能方法，也被称为蒙大拿方法，假设需要平均流量的一定百分比来维持健康的河流生态环境。通过对蒙大拿州、内布拉斯加州和怀俄明州11条河流的横断面数据进行分析，坦南发现河流宽度、水流速度和水深都从平均流量的0%迅速增加到10%，当流量超过10%时，增加率下降。它假设水流速度和深度在低于平均流量10%的情况下退化，这将为大多数水生生物提供短期生存。此外，平均流量的30%将为大多数水生生物提供满意的水流宽度、深度和流速。平均流量的60%为大多数人提供了极好的栖息地。[2]

2.湿周长法

湿周长法是以湿周长为指标来判断生境，从而估算最小生态水流量的方法。为了确保栖息地周围的湿润环境，水生生物得以生存[14]。基于上述假设，湿周与水生生物的栖息地有直接的联系。通过建立P-Q曲线和寻找变化点，可以得到最小生态基流。P-Q的关系可以从Manning公式（McCarthy 2003）得到。在重污染河流中，水质是影响生态系统的主要因素。針对这些特点，我们开发了一种实用的方法-水质模拟方法（WQMA），以有效地评估此类河流的生态基流。[3]重污染河流的生态流量Qh可分为两部分：满足生态系统水质要求的自净流量和保护河流内现有水生生境的最小流量，Qp为自净流;Qh是水生栖息地的流量。由于外部条件和生态系统功能的不同，不同河段的生态基流大小会发生变化。[4]

三、结语：

采用WQMA对代表不同污染物处理措施的三种情景进行了模拟。结果表明，采取这些措施可以减少生态流量，控制排放总量更有效。并与Tennant法、R2ROSS法和湿周法的结果进行了比较。结果表明，WQMA的结果明显大于这些结果。其原因是对重污染后果的自净需要更大的流量。从水量和水质两方面考虑，WQMA更适合模拟渭河等污染严重的河流。

参考文献：

[1]华祖林，董越洋，褚克坚.高度人工化城市河流生态水位和生态流量计算方法[J].水资源保护，2021，37（1）：140-144.

[2]季小兵，马玉其，王新友， 等.基于1960-2018年实测径流与水文学方法的开都河生态流量分析[J].水资源与水工程学报，2020，31（6）：17-23，30. DOI：10.11705/j.issn.1672-643X.2020.06.03.

[3]涂晶晶，陈森林，艾学山， 等.河流生态流量特征图及生态流量评价方法[J].水资源保护，2015，31（1）：99-105.

[4]严勰.利用生态环境需水评估方法确定引水式电站最小下泻流量[J].福建师范大学学报（自然科学版），2015，31（5）：99-107.

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