太子河上游河道内适宜生态需水分析

2021-05-24齐丽

黑龙江水利科技 2021年4期

齐丽

(法库县农业技术推广与行政执法中心，辽宁法库 110400)

0 引言

太子河为辽宁第一大河辽河的主要支流之一，太子河主要流经本溪、辽阳、鞍山地区，流域内河道生态需水的确定对于合理分配太子河水量，制定水量分配方案十分重要[1]。当前，对于河道内生态需水方法的研究主要为3种，第1种为模型方法，通过模型模拟河道内的生态需水量，这种方法需要数据较多，且参数确定一般较为困难，第二种方法为数据系列分析方法[5-8]，通过径流数据系列分析，可满足河道内生态环境状况的需水量，这种方法比较贴合河道内生态需水的实际状况，但是该方法需要进行长系列的数据资料作为支撑。第三种方法为水文学方法，通过设定不同时期生他用水保障率，来调整流域内河道最为适宜的生态需水量，这种方法原理较为简单，在许多地区河道内适宜生态需水的确定中得到应用，应用结果均表明该方法由于可设定不同时期生态用水保障率，适宜生态需水量制定结果较为合理[2-4]。该方法在太子河流域应用还较少，为此文章结合水文学方法，通过按照保证率为45%(丰水期)、75%(枯水期)、55%(平水期)，采用水文学方法对太子河上游适宜生态需水进行计算，并结合Tennant法对其生态状况进行评估，研究成果对于制定太子河上游河道内适宜生态需水量具有重要的研究意义。

1 适宜生态径流计算方法

天然状况下满足河流生态系统健康和稳定的径流过程为河流的生态径流。生态径流主要可归纳为最大、最小以及适宜生态径流。满足河流系统健康稳定需要的最小和最大流量为最小就最大生态径流。基于最小或最大生态径流得到的需水量为最小和最大生态需水量。满足河流稳定及物种多样性的适宜的径流为适宜生态径流，基于该径流的需水量为适宜生态需水量[5-7]。对于生态系统而言最小和最大生态径流是较为不利的条件。适宜生态径流过程是保持水生生物种群和河流生态系统健康适宜的生态径流量。当前国内外生态径流常用的计算方法主要为3种：①水文学方法，常用方法有Tennant法、最小连续30d平均流量法以及7Q10法、最大、最小生态径流法、适宜生态径流法；②水力学方法，常用的方法有IFIM法和CASIMIR法；③综合方法，常用的方法有澳大利亚的基准测量法以及南非的建块法。水文学方法仅需要较长序列的水文资料，而其他两种方法需要河道断面以及生物学资料，资料获取及方法操作的难易度都较高[8]。为此文章主要选用水文学方法中应用较为广泛的最大、最小生态径流以及适宜生态径流法，基于太子河上游南章党水文站、南口前水文站建站以来的天然来水数据，对太子河上游的最小、适宜生态径流进行计算，并基于生态径流计算结果，对其生态需水进行计算。

最小生态径流法：一般在超过20a的天然月径流系列中取最小值生态径流量为最小生态径流过程。该方法认为在天然条件下该最小的径流过程使得水生生物安全渡过且生态系统未被破坏。在这种流量条件下水生生物及种群结构可以得到有效恢复。最小生态径流过程与天然径流年内分配具有一定的相似性，才能使得水生生物中区对河流水位年内变化过程完全适应。最小生态径流过应具有丰、平、枯连续变化的特性，而不是稳定不变的。逐月最小生态径流方法可以满足丰、平、枯的连续变化，而最小连续30d平均流量法、7Q10法、Tennant法得到的最小生态径流不能满足连续变化的要求[9-11]。

逐月频率计算法：首先基于丰、平、枯三个历时时期的流量资料，对不同时期不同保证率下的径流量进行计算，得到适应生态径流过程。该方法可综合考虑河道生态水量以及不同时期生态系统需求。由于天然径流和生态系统是相适应的，因此需要对于生态系统不同时期的水量进行计算。结合不同时期径流变化特征、水生生物结构变化、生态系统稳定程度满足水文条件的需求。文章结合前人的研究基础以及太子河上游来水特征，对太子河上游丰水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪、辽阳、鞍山市水资源二次评价成果，将三个时期的保证率分别设定为丰水期为45%、枯水期为75%、平水期为55%，对太子河上游适宜生态径流进行计算[12]。

2 太子河上游生态需水计算

文章以太子上游的南甸和本溪为计算水文站点，南甸前水文站集水面积为265km2，本溪水文站集水面积为684.5km2，两个水文站分别为太子河上游主要控制水文站，且距离观音阁水库较近，为分析太子河上游适宜生态需水量，结合逐月频率计算方法，结合两个站点建站以来历年天然来水数据，对太子河上游最小和适宜生态需水量进行计算。

2.1 最小生态需水计算

采用最小逐月生态径流方法对太子河上游最小生态径流过程进行计算，并在此基础上进行最小生态需水量的计算，结果见表1。

表1 太子河上游最小生态径流及生态需水计算结果

2.2 适宜生态需水计算

分别按照将三个时期的保证率分别设定为丰水期为45%、枯水期为75%、平水期为55%，对太子河上游适宜生态径流进行计算。计算结果见表2。

表2 太子河上游适宜生态径流及生态需水计算结果

3 成果评价及分析

采用Tennant法对太子河上游南甸和本溪两站的适宜生态环境状况进行分析，评估分析结果如表3和表4所示。

表3 太子河上游最小生态径流量评价结果

表4 太子河上游适宜生态径流量评价结果

从太子河上游最小生态需水分析结果可看出，采用逐月最小径流计算的最小生态需水很难满足河流生态环境状况，在枯水期河流生态径流比重较低，使得河流生态环境状况较差，河流生态环境需水满足度较低，而进入丰水期，由于太子河上游来水量的增多，使得河道内水量比重较高，但是由于这一时期水库的调蓄作用影响，进入河道内生态需水很难得到有效满足，因此生态环境状况评估结果和枯水期较为相似，均为较差的生态环境状况。因此在太子河流域水量分配方案制定时，不应该以最小生态需水作为流域生态水量的分配，而应尽量提高河道内生态需水的满足度，尤其是在枯水期加大观音阁水库生态调蓄作用，改善河流生态环境状况。从太子河上游两站的适宜生态需水分析，太子河上游丰水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪、辽阳、鞍山市水资源二次评价成果，将三个时期的保证率分别设定为丰水期为45、枯水期为75%、平水期为55%，通过不同时期的适宜生态需水分析结果，可看出经过适宜生态需水分配后，枯水期和丰水期河道生态径流的比重加大，通过Tennant法评估，河道在枯水期和丰水期生态环境状况总体可达到好和较好的状况，这主要是因为适宜生态需水是基于丰、平、枯三个历时时期的流量资料，对不同时期不同保证率下的径流量进行计算，得到适应生态径流过程。该方法可综合考虑河道生态水量以及不同时期生态系统需求。由于天然径流和生态系统是相适应的，因此需要对于生态系统不同时期的水量进行计算。结合不同时期径流变化特征、水生生物结构变化、生态系统稳定程度满足水文条件的需求。