木兰达河生态流量确定分析研究

2022-09-21杨琳琳

黑龙江水利科技 2022年8期

杨琳琳，刘莹，刘岩

(1.黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江水利科学研究院，哈尔滨 150000)

0 前言

河湖生态流量是指为了维系河流、湖泊等水生态系统的结构和功能，需要保留在河湖内符合水量要求的流量(水量、水位)及其过程[1]。由此可见生态流量既需保障水资源的可持续利用，又需维护河流的健康生命。生态流量的理论不断丰富，其计算方法主要包括水文学法、水力学法、栖息地评价法、整体分析法等。不同计算方法的适用范围及其适用条件存在一定差异[2]。因此以木兰达河为例，通过合理确定木兰达河流域生态流量保障目标，摸清木兰达河生态流量保障情况，解决目前流域生态流量监管在评估、监测、考核、保障等方面存在的突出问题，为流域组织开展生态流量保障工作提供技术支撑。

1 流域概况

1.1 自然地理

木兰达河位于黑龙江省哈尔滨市木兰县境内，是木兰县境内最大河流，为松花江左岸一级支流，该河共有154条支流。河出两源，一处为青峰岭南麓，一处为摩云顶子，汇合后西流，南折流入松花江。西北部与呼兰河分界，东邻岔林河及白杨木河。木兰达河流域面积1635km2，河流长度110km。木兰达河水系图，见图1。

1.2 气候特征

木兰达河流域地处中温带大陆性季风气候区，风大少雨，蒸发量大，易发生干旱；夏季暖空气活动旺盛，低气压往来频繁，受西风带影响显著，温湿多雨，易发生洪涝灾害；秋季雨雪交替，降温快，多早霜；冬季漫长，天气寒冷干燥，大风多，降水少。

1.3 径流特征

木兰达河流域夏汛洪水主要由暴雨形成，以7、8月居多。一次洪水过程约为3d，涨水历时约为1d。1d洪量约占3d洪量46%，洪水过程基本为单峰型，约占90%，双峰型只占10%，而且多为不完整的双峰。春汛洪水主要由融雪径流形成，发生时间为4-5月，当春汛发生迟而降雨提前时，在4、5月份也能产生中等级洪水。木兰达河支流有石门子河、姑子奄河、刘忠沟河、西北河、马鹿河、太平河、王守开河、青阳河、同玉福河、朝阳河等支流长208.3km，流域面积960.5km2。水系较密，水量充沛。

2 主要方法

2.1 Qp 法

Qp法，又称不同频率最枯月平均值法，以节点长系列天然月平均流量、月平均水位、或径流量(Q)为基础，用每年的最枯月排频，选择不同频率下的最枯月平均流量、月平均水位或径流量作为节点基本生态环境需水量的最小值。频率P根据河湖水资源开发利用程度、规模、来水情况等实际情况确定，取90%或95%[3]。由于木兰达河汛期和非汛期流量差异较大，从而分别对汛期、非汛期进行Qp法分析。

图1 木兰达河水系图

2.2 Tennant 法

Tennant法目前广泛用于我国河流生态径流的研究，在计算时根据流域实际径流特征将统计时段分为汛期和非汛期2部分，构建河道年内不同时段河道流量与生态质量之间的经验关系，并且按照汛期、非汛期2个时段来统计。依据观测资料建立的流量和河流生态环境状况之间的经验关系[4]，用历史流量资料就可以确定年内不同时段的生态环境需水量，使用简单、方便。该方法主要适用于北温带较大的、常年性河流，作为河流规划目标管理、战略性管理方法[5]。

3 数据来源

木兰达河流域内先后主要有六合屯、香磨山水库坝下、尖山子、丹东和新北五处水文站，此外流域上游有雨量站三处，即二合营雨量站、刘忠沟雨量站、石门子雨量站，木兰达河流域水系图，见图2，木兰达河流域内测站分布表，见表1。

表1 木兰达河流域内测站分布表

六合屯水文站位于香磨山水库上游，1970年设立，集水面积146km2，观测项目有水位、流量、降水，资料年限为1970-2010年共计41a，该站2011年撤销。香磨山水库1958年5月建站，同年水库开始修建。1959年初测流断面由鞠家店迁往水库临时溢洪道，并于左测渠道同时测流。1962年7月19日水库临时溢洪道决口，8月份测流断面改于决口下游附近。1970年水库续建后改为水库站，观测坝上水位，坝下流量、雨量、蒸发等资料，集水面积 388km2，本站至今有59a不连续资料。

尖山子水文站位于木兰达河中游尖山子山口处，集水面积1080km2，1957年1月开始建站，1992年该站撤消。丹东水文站位于黑龙江省木兰县利东镇，位于木兰达河中游，E127°50′35.4″，N46°04′40.7″。流域两面环山，一面濒松花江，北部和西部为山区，东部为丘陵，大体成北高南低的地势走向，河流总的走向东北流向西南，地处半山区[7]，森林面积占总面积的40.0%，植被良好。主槽宽86.5m，河床由砂石、淤泥组成，两岸均为农田，由沙土和腐植土组成。上游支流、沟子和弯道较多。下游大约50km处汇入松花江下。断面以上河长50km，至河口距离为50km，集水面积1527.8km2为省级专用水文站，属国家三类精度水文站，目前仍在监测。新北水文站位于黑龙江省木兰县新民镇，位于木兰达河中上游，E127°46′19.5″，N46°18′58.7″。流域两面环山，一面濒松花江，北部和西部为山区，东部为丘陵，大体成北高南低的地势走向，河流总的走向东北流向西南，地处半山区，断面以上长25km。至河口距离为80km，集水面积494.5km2为省级专用水文站，属国家三类精度水文站，目前仍在监测。

4 生态流量目标及确定

4.1 天然径流系列分析

木兰达河上香磨山水库坝下站资料系列完整可靠，可作为本次计算参证站，香磨山水库坝下站天然径流还原量采用第三次水资源调查评价的成果。尖山子水文站有还原后的1956-2000年天然径流系列，采用还原后年径流深成果与同期香磨山水库坝下还原后的年径流深建立R香-R尖相关关系，插补延长尖山子水文站2001-2016年年径流深系列，径流月旬分配采用香磨山水库坝下径流年内分配情况，进而得到完整的1956-2016年尖山子水文站天然径流系列。香磨山水库坝下与尖山子水文站年径流深相关关系曲线R香-R尖，香磨山水库坝下站与尖山子水文站年径流深相关关系曲线，见图3。

新北水文站与香磨山水库站利用面积比拟法，然后根据等值线修正得出新北水文站 1956-2016年年径流系列。丹东水文站与尖山子水文站利用面积比拟法，然后根据等值线修正得出丹东水文站1956-2016年径流系列。根据香磨山水库站的各年年内分配推算新北水文站的1956-2016年各年逐月径流量。根据尖山子水文站的各年年内分配推算丹东水文站的1956-2016年各年逐月径流量。

图3 香磨山水库坝下站与尖山子水文站年径流深相关关系曲线

对比分析香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面径流1980-2016年(短系列)与 1956-2000年(长系列)多年平均径流量，1980-2016年与1956-2000年多年平均径流量相比，香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面多年平均径流量分别减少了9.1%、9.0%、8.4%，变化幅度均<10%，误差均较小，故本次选取1956-2016年径流系列进行计算。香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面不同系列多年平均径流量对比情况，木兰达河考核断面不同系列多年平均径流量对比表，见表2。

表2 木兰达河考核断面不同系列多年平均径流量对比表

4.2 水资源演变情势分析

4.2.1 年际变化

对香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面1957-2016年共61a的径流系列资料进行分析计算，得到香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面径流的年际变化特征，木兰达河考核断面径流年际变化特征值表，见表3。

表3 木兰达河考核断面径流年际变化特征值表

香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面的多年平均径流量分别为11364万m3、14483万m3、29275万m3，径流系列的变差系数分别为0.46、0.46、0.43，极值比分别为7.76、7.76、6.91，不均匀系数分别为3.19、3.19、3.09。从变差系数、径流极值比和不均匀系数的计算结果表明香磨山水库坝下、新北水文站、丹东水文站断面径流系列年际间丰枯变化剧烈，年际变化幅度较大且不均匀。

4.2.2 年内分配

木兰达河流域径流以降水补给为主，受降水影响，径流的年内分配不均匀，主要集中在汛期6-9月份，约占全年径流的75%，最大径流量一般出现在8月，7-8月径流约占全年的50%。香磨山水库坝下断面多年平均径流量年内分配情况表，见表4；新北水文站断面多年平均径流量年内分配情况表，见表5；丹东水文站断面多年平均径流量年内分配情况表，见表6。