改进年内展布法在漓江生态流量中的应用

梁荣军　王越隆　陈胜团　陈俊鸿　张帅普

摘 要：以漓江桂林、阳朔水文站为研究对象，根据年径流资料，将一年分为丰、平、枯3个时期，采用改进的年内展布法，分别计算各个时期90%保证率下的多年各月均值流量与该时段下的多年各月均值流量的同期均值比，结合多年各月平均流量计算出生态流量，最后采用Tennant法对改进前后的年内展布法计算的生态流量进行评价。结果显示，改进的年内展布法计算得到的生态流量过程更符合雨源型河流特征，且在一般用水期更适合河流用水需求。

关键词：生态流量;改进年内展布法;Tennant法;月径流;漓江流域

中图法分类号：P333                                           文献标志码：A

1    研究背景

近年来，由于漓江枯水期水量不足，导致沿岸城市供水不足，河流生态环境破坏，旅游观光航行受阻，对地方经济和生态造成严重影响。随着漓江上游青狮潭、斧子口、川江、小溶江等水库的建成，在有利于漓江防洪及补水的同时也带来一些影响。比如，阻断水体的自由流动、限制水流的扩散;河流天然流量过程趋于平坦化;切断了鱼类洄游通道，造成鱼类等生物的生存环境破坏，影响其生长繁殖，进而影响河流内的生物多样性;库区水流变缓，使得流速达不到漂流性鱼卵繁殖所需条件等。同时，随着水生态文明建设的推进，对水生态环境保护要求也越来越高，保障主要河段生态流量已成为社会高度关注的问题[1-3]。因此，为维护漓江健康，保障漓江水资源可持续利用，需要对其生态流量进行深入研究。

目前，研究者们对河流生态流量的计算提出了多种方法，按照依据理论和所需资料的不同，可以分为水文学方法、水力学方法、栖息地方法和整体分析方法[4]。其中，水文学法主要根据河流的历史径流资料计算生态流量，具有计算简单、所需数据少等优点，是目前使用最为广泛的生态流量计算方法[5]。在我国，由于大型河流水文监测站点较多，流量资料较长，所以采用水文学法计算生态流量较为可行。目前常用的研究方法主要有年内展布法、Tennant法、近10年最枯月平均流量法、不同频率最枯月平均值法、流量历时曲线法等 [6-8]，但这些传统水文学法以多年均值径流量确定百分比或在自然径流量的频率曲线上确定保证率为水文指标进行生态流量计算，存在主观性和经验性较强的不足。为了更好地体现河流天然径流的年内丰、平、枯时期变化过程，潘扎荣等[9]在2013年提出将年内展布法运用于淮河干流生态流量的计算，结果表明该方法能够达到河流生态目标功能对河流天然径流的实际需求，但该方法不适用于季节性河流以及无法避免极端水文条件影响的情况。针对这些问题，国内多位学者提出了改进计算方法，其中庄锦亮等[10]和朱晔等[11]提出的改进年内展布法较好地解决了计算极端水文情况下生态流量的情况，通过划分丰、平、枯月份使得计算结果更为合理。因此，本研究将改进的年内展布法应用于漓江生态流量计算，并通过Tennant法进行评价，减少极端水文情势的影响，使其能更好地满足各时段的生态流量。

2  改进的年内展布法

2.1  基本思路

首先对所用水文数据资料的可靠性、代表性和一致性进行审查和分析，确保计算的可靠性和合理性。为更好反映年内各时段的径流情况，依据漓江的年际径流资料划分丰、平、枯水期。在非极端条件下，90%保证率的河流径流量可以保持基本生态环境功能和达到生物对水量的基本要求。在极端水文情况下，具有90%保证率的各月径流量还能够避免极端值对生态流量的影响[12]，因此该方法能够科学地进行季节性河流生态流量计算。

2.2  计算过程

改进的年内展布法[11]计算过程如下：

（1）根据历年的河流径流量用距平百分率来划分丰水期、平水期、枯水期，并选用《水文情报预报规范》（GB/T 22482—2008）中距平百分率P的标准来划分径流丰、平、枯水期。划分标准分别为P>10%，-10%<P≤10%，P≤-10%。距平百分率。其中为某月多年平均径流量，代表多年各月平均径流量。根据漓江流域的水文情况，将P值进行相应的调整。

（2）分别计算多年各月平均径流量（i = 1，2，……，12），丰水期多年平均径流量，平水期多年平均径流量，以及枯水期多年平均径流量。

（3）根据皮尔逊-Ⅲ型频率曲线求90%保证率的多年各月平均径流量，计算丰水期、平水期、枯水期多年各月90%保证率的平均径流量、和。

（4）分别计算丰水期、平水期和枯水期多年各月90%保证率下的平均径流量多年平均径流量的比值，作为同期均值比，，。

（5）根据各月的多年月平均径流量计算出各月河流基本生态流量 。

3  应用实例

3.1  研究区域概况

漓江属珠江流域西江水系，地处东经109°45′～110°40′，北纬24°18′～25°41′，位于广西壮族自治区东北部，全长214 km，以桂林水文站为界限其上游集水总面积为2 762 km2，阳朔水文站以上集水总面积为5 579 km2[13-14]。漓江属于季节性河流，全年超过80%的降雨集中在3—7月;而1月月平均流量小于20 m3/s，豐水期与枯水期水量差异明显。

3.2  资料的“三性”审查

（1）可靠性检查。本文选取桂林和阳朔水文站为对象，桂林至阳朔段不仅是漓江旅游通航的核心段，还分别为桂林市核心城区与国家级水产种质资源保护区控制站点，因此确定其生态流量具有重要意义。资料均来源于桂林水文中心，其水位、流量等数据均按国家标准进行监测和整编，可靠性较高。

（2）代表性检查。整理了桂林站和阳朔站2010—2019年的径流资料，计算各月径流量累计均值模比系数的年度变化，其结果大部分在1.0左右，表明所选资料的代表性较好。

（3）一致性检查。通过Mann-Kendall法进行径流数据的审查，计算结果如图1所示，<1.96没有通过置信水平 95%的显著性检验，表明变化曲线趋势和突变不明显，数据一致性较好。

3.3  结果分析

3.3.1  改进年内展布法计算结果

根据计算结果确定4—7月为丰水期，3月和8月为平水期，1、2、9、10、11、12月份为枯水期。漓江两个站点生态需水量如表1、表2所示。

漓江桂林水文站和阳朔水文站改进前后年内展布法对比结果如图2、图3和表3所示。可知，改进后的年内展布法与原方法所计算的生态流量变化趋势基本相同，4—7月份改进的年内展布法生态流量高于原年内展布法，其他月份低于或者趋近于原年内展布法，其原因主要是漓江降雨集中于这个时期且占年总降雨量很大比重[15]，符合南方雨源型河流的水文特征。可以看出，改进的年内展布法可以更好地体现径流量的年内分布特点，适用于漓江季节性变化特征显著的状况。

3.3.2  Tennant法评判结果

由于Tennant法所需资料较少，仅通过评价资料建立的径流量和生态环境质量之间的对应关系便可确定生态流量，应用简单方便，计算结果能为水资源规划提供宏观指导意义，因此本文采用Tennant法作为评判标准[15]。每年农历3—4月河流水量上涨，陆续开始有鱼类往上游溯河产卵，到了农历6—7月洪涝汛期，本地鱼种开始大批的进行产卵[16]。因此本文以10月至次年3月作为一般用水期，4—9月作为用水敏感期，建立河道流量状况评价标准[15]，见表4。根据Tennant法的评价标准，评价了原年内展布法和改进后的年内展布法的计算结果，结果如表5所示。

由表5可知，改进后年内展布法的生态流量评价结果在桂林水文站检测到在一般用水期各月生态流量占年均径流量11.1～19.2%，Tennant法的评价结果为一般～良好，此时漓江流域的水文情况基本满足旅游观光、鱼类生存和生活用水的需求。原年内展布法在一般用水期的各月生态流量占年均径流量15.5～20.1%，Tennant法的评价结果为一般～很好。桂林站用水敏感期各月生态流量占年均径流量15.9～135.7%，Tennant法的评价结果为差～最大，其中8—9月评价为差，其它月份为最佳范围。原年内展布法用水敏感期各月生态流量占年均径流量22.9～103.6%，Tennant法的评价结果亦为差～最大。由于漓江汛期为3—8月，其中4—7月为降水集中期，此时漓江的生态流量能较好的满足旅游观光、鱼类产卵需求。8—9月降水量大为减少，导致河道内流量减小，生态流量评价结果较差。阳朔水文站的评价结果基本与桂林水文站相同。总体来看，改进的年内展布法的评价结果能保证漓江流域各个水期的生态用水，特别是在丰水期得到了较好提升，更符合南方河流的水文情况，因此采用改进的年内展布法是合适的。

4  结论

（1）通过将12个月份划分丰、平、枯3个时期，用90%保证率的多年平均各月径流量和多年平均各月径流量分别计算各个时期的同期均值比，對漓江流域原年内展布法进行改进。

（2）对比原年内展布法，用改进的年内展布法计算桂林站和阳朔站的各月生态流量，更符合季节性分布，也能体现河流年内各月平均径流量变化特征，同时避免了极端水文情况的影响。

（3）将采用改进年内展布法得到的计算结果用Tennant法标准进行评价，表明采用改进年内展布法得到的生态流量能更好的满足生物、环境对水量的需求，特别是在一般用水期更符合生态用水需求，有利于环境生态的持续发展。

参考文献：

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Application of an Improved Annual Distribution Method in the Calculation of Ecological Flow of Lijiang River

Liang Rongjun1，Wang Yuelong1，Chen Shengtuan1，Chen Junhong2，Zhang Shuaipu2

（1. College of Information Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China;

2. Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China）

Abstract：The ecological flow of Lijiang River was calculated based on annual runoff data at Guilin and Yangshuo hydrological stations. A year was divided into high water period，flat water period and low water period. The ratio of the monthly mean flow of each period under the 90% guarantee rate to the multi-year monthly mean flow in the same period was calculated，and the ecological flow was calculated in association with the monthly mean flow. Furthermore，the ecological flow calculated by the annual distribution method before and after modification was evaluated by using the Tennant method. The results showed that the ecological flow calculated by improved annual distribution method is more in line with the characteristics of rain-source rivers，and more suitable for river water demand in normal water use period.

Key words：ecological flow;improved annual distribution method;Tennant method;monthly runoff;Lijiang River basin

收稿日期：2022-03-20

基金項目：桂林理工大学大学生创新创业计划项目（202110596030）;广西科技基地和人才专项（桂科AD21220106）;桂林理工大学博士科研启动基金（GUTQDJJ2020083）

作者简介：梁荣军，男，主要研究智慧水利。E-mail：lrjunyan@qq.com

通讯作者：陈俊鸿，男，讲师，博士，主要从事水资源管理研究工作。E-mail：jhchen@glut.edu.cn