大凌河水系敏感生态需水及生态基流评价分析

杨继忠

(北票市水资源办公室，辽宁 朝阳 122100)

1 控制断面

针对大凌河水系重要河段拟选取敏感生态需水典型控制断面和生态基流断面，结合流域水文特点、区域气候特征、重要河段控制断面，以及现场收集和实测资料，遵循以下原则合理确定控制断面：大中型水利工程和主要河流控制断面，综合考虑国际级湿地公园、水产资源保护区、全国重要饮用水源地和重要水生生物栖息地及湿地等敏感水域选取控制断面，断面的选取需与《大凌河河道治理保护规划报告》《凌河“三带”战略性规划》《凌河生态带总体规划》《凌河重点段生态综合治理工程项目库》等相关规划成果协调一致。

本文遵循以上原则拟定了8个重要河湖敏感生态需水控制断面和23个生态基流(水位)控制断面，如表1、表2。

表1 敏感生态需水控制断面

表2 生态基流(水位)控制断面

2 评价方法

2.1 敏感生态需水计算

(1)生态敏感区。本研究所涉及的生态敏感区特指珍稀濒危、特有、土著等重要经济鱼类或者重要水生生物“三场”分布区及栖息地(Ⅰ类)，河口(Ⅱ类)，河流直接连通的湖泊(Ⅲ类)，以河水为主要补给源的河谷林及有重要保护意义的河流湿地(Ⅳ类)[1-7]。

(2)生态敏感期。该时期内若生态系统无法获取足够的水量将给系统功能结构造成严重影响，敏感期主要有水生动物越冬、索饵、繁殖期，水沙平衡、水盐平衡控制期和植物的水分临界期等。一般地，以重要水生生物越冬、索饵、繁殖期所需的流量过程作为Ⅰ类生态系统敏感生态需水，以年生态需水总量和月均生态水量的形式给出Ⅱ类、Ⅲ类生态系统敏感生态需水，以丰水期洪水过程作为Ⅳ类生态系统敏感生态需水。

(3)敏感生态需水计算。实际上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类需水量及过程的外包就是敏感生态需水，河湖j月最低水位Zj的计算方法如式(1)：

Zj=min(Zij)

(1)

式中：Zj为河湖j月最低水位，m；Zij为长系列水位数据中第i年j月的月平均水位，m。

河湖j月的水生态环境需水量Wja和水生态环境耗水量Wjb的计算如式(2)～(3)：

Wja=(Zj-Z)×Sj

(2)

式中：Wja为河湖j月的水生态环境需水量，m3;Z为现状水位，m;Zj为维持j月河湖主要生态环境组分及生态系统各影响因子的最小月均水位，m；Sj为j月的水面面积，m2。

(3)

式中：Wjb为水生态环境耗水量，m3;Fj为j月河湖表面的月平均水面面积，m2；Ej为j月河湖表面的蒸散发量，m；Pj为j月河湖表面的降雨量，m；I为河湖渗流坡度，(°)；K为土壤渗透系数。

生态敏感期林草低及湿地生态需水量Ww、敏感期重要水生生物生态需水量WB和第i月受人为工程影响范围内总生态需水量W总i的计算如式(4)～式(6)：

Ww=(D-d)×max(qb,W′)+d×max(qw,W′)

(4)

式中：Ww为生态敏感期林草低及湿地生态需水量，m3；D为丰水期天数，d；d为总洪水历时，d；qb为生态基流；qw为最小洪峰流量，m3/s；W′为输沙需水量，m3。

WB=(D-d)×max(qb,W′)+d×max(qa,W′)

(5)

式中：WB敏感期重要水生生物生态需水量，m3；d为达到适宜生态流量的天数，d；qb为适宜生态流量，m3/s；qa为生态基流，m3/s；W′为输沙需水量，m3，河流不考虑输沙水量时该项取0。

W总i=max[WWi-WC W,

WB i-WC B,WL-WC L]

(6)

式中：W总i为第i月受人为工程影响范围内总生态需水量，m3；WC L、WC B、WC W为计算断面与敏感生态需水区间的产汇流，m3/s；qa、qw取0时,则WBi和WWi也为0。

2.2 生态基流计算

在满足生态基流数据要求的情况下，本研究尽量选用多种方法进行计算，然后利用能够反映流域实际情况的分析结果，不同方法的计算特点、适用条件及指标表达如表3，其中Tennant法推荐的基流标准(年平均流量百分数)如表4。

表3 生态基流计算方法适用条件

表4 Tennant法的基流标准 %

考虑到大凌河水系具有较丰富的水资源，按以上方法确定的生态基流应不小于天然径流量的10%和最枯月平均流量(90%保证率)的大值，也可利用Tennant法取不小于多年平均天然径流量的20%～30%，可应用定性与定量相结合的方法计算生态基流满足程度[8]。

3 结果与分析

3.1 敏感生态需水分析

研究范围内共有8个单元有敏感生态需水要求，涉及保护目标较多。其中，7个研究湖泊或河段的生态敏感区为珍稀濒危、特有、土著等重要经济鱼类或重要水生生物的“三场”分布区和栖息地，水生生物及其生境为敏感生态需水的主要保护目标。第二牤牛河敏感生态需水保护目标除有候鸟栖息地及维持河流自净能力所需的生态需水外，还有水生生物需水等。依据评价分析结果，第二牤牛河段、老虎山河段、凉水河段、牤牛河段、细河段的生态需水满足程度为良好，阎王鼻子水库、十家子河段的生态需水评价结果为优，而白石水库的劣。

3.2 生态基流分析

对23个控制断面利用最枯月流量法、最枯月平均流量法(90%保证率)及Tennant法进行计算，结果显示较Tennant法计算结果，最枯月流量法及90%保证率最枯月平均流量明显偏大[9]。这是由于受不同方法的使用范围和计算特点的限制，Tennant法的计算结果更加合理，故生态基流满足程度的最终参考依据取Tennant法计算结果，如表5。

表5 控制断面生态基流

结合计算结果，生态基流评价结果为优、良、中、劣的断面有6个、12个、4个、1个，占评价单元总数的26.1%、52.2%、17.4%、4.3%，总体上基本能够满足各控制断面生态基流，其中评价结果为优的断面主要分布于大凌河干流。从水系分布上，大凌河干流生态基流满足程度以优、良为主，而中下游和支流的生态基流满足程度相对较差，如十家子河的生态基流满足程度为劣甚至在非汛期出现河床裸露的现象[10-15]。

4 结 论

本文研究了大凌河水系敏感生态需水及生态基流，未来仍需进一步研究挤占大凌河流域生态基流的区域，在充分挖掘现状供水工程潜力的情况下对重要河道、湖泊湿地等，采取生态补水、江湖连通、调水引流、河控工程等工程保障措施及建闸补水措施进行生态修复保护，立足于大凌河水系现状进一步提出河湖敏感生态需水及生态基流保障措施和方案。