白河干流最小流量變化與生態(tài)基流計(jì)算研究

涂德順，張宗敏，封光寅（水利部長江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測局，441021，襄陽）

白河干流最小流量變化與生態(tài)基流計(jì)算研究

涂德順，張宗敏，封光寅
（水利部長江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測局，441021，襄陽）

河南省鴨河口水庫修建后對白河干流最小流量變化產(chǎn)生了影響。為保障白河流域內(nèi)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)新店鋪水文站50多年的水文資料，采取Tennant法、90%保證率法和最小月平均流量法等3種水文學(xué)方法，對白河干流生態(tài)基流進(jìn)行計(jì)算。通過對比分析，確定90%保證率法計(jì)算結(jié)果適用于白河干流的生態(tài)基流量。關(guān)鍵詞：白河；鴨河口水庫；水文學(xué)方法；最小流量；生態(tài)基流

白河發(fā)源于河南省伏牛山南麓的黃石埡，沿途流經(jīng)南召縣、南陽市城區(qū)、新野縣，于翟灣進(jìn)入湖北省襄陽市，經(jīng)三合鎮(zhèn)至兩河口與唐河匯合。白河麥河口以下河道全長157 km，縱比降為1/1 500～1/4 000，流域面積12 224 km2。白河洪水河床一般約1 000 m，最寬處在2 000 m以上。白河的主要特點(diǎn)是灘多、河槽不穩(wěn)定。在歷史上曾經(jīng)發(fā)生過兩次改道性的變遷：一次是元末崗頭決口，奪潦河成為現(xiàn)在的白河，老白河迄今猶存；一次是1945年瓦店決口，沖成現(xiàn)在的河道。白河主要支流多在右岸，如潦河、湍河、刁河等。

在白河上游建有鴨河口水庫，其總庫容13.16億m3，興利庫容7.45億m3，庫區(qū)水面面積約120 km2，壩址位于南召縣東抬頭村附近，上距南召縣城35 km，下距南陽市40 km，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖、城市供水及旅游等綜合利用的大（1）型水利樞紐。大壩工程始建于1958年，1960年攔洪蓄水。鴨河口水庫的修建運(yùn)行，對壩下游的水文情勢產(chǎn)生了重要影響，使原有的天然水文情勢變?yōu)橐匀斯ふ{(diào)控為主的水文情勢，最小流量和生態(tài)基流成為人們特別關(guān)注的水文要素。本文就白河干流最小流量變化及最小生態(tài)需水量的計(jì)算進(jìn)行分析研究。

一、控制斷面特征

1.控制斷面的選取

水文控制斷面是聯(lián)系河流形態(tài)因子和水文因子的載體，選擇對水文情勢具有良好控制的斷面，是分析最小流量變化及生態(tài)基流計(jì)算的基礎(chǔ)?？刂茢嗝娴倪x取應(yīng)該遵循典型性、穩(wěn)定性、實(shí)用性的準(zhǔn)則，通常應(yīng)選擇具有控制性能較好的水文測驗(yàn)斷面。在白河干流，具有較好控制性能的水文測驗(yàn)斷面為布置在下游的新店鋪水文站測驗(yàn)斷面。

新店鋪水文站建于1953年，位于河南省新野縣新店鋪鎮(zhèn)，是長江流域唐白河水系白河干流基本水情控制站，屬國家重要水文站，主要觀測項(xiàng)目有水位、流量、懸移質(zhì)泥沙、降水量等。1954年6月站址上遷270 m，1968年1月再上遷200 m，2000年1月又上遷1 000 m，集水面積10 958 km2。該站左岸為可耕灘地，寬約300 m，其中有50 m寬的柳林護(hù)坡，水位在82.5 m時(shí)開始漫灘；右岸為土坎，在基本水尺斷面上下游先后筑有挑水壩4座，因此主流向左移動(dòng)；河床為沙質(zhì)組成，沖淤變化較大。新店鋪站水文測驗(yàn)大斷面圖為U形，表明該

河段處于較為發(fā)育河段。

2.控制斷面特性

在白河流域，暴雨洪水較多，但多被鴨河口水庫攔蓄。受多種因素影響，該站水位—流量關(guān)系較為復(fù)雜，在高水時(shí)呈反時(shí)針繩套關(guān)系；中水時(shí)呈單一線關(guān)系；低枯水時(shí)呈多條臨時(shí)曲線關(guān)系。

二、最小流量變化特征

最小流量是反映河流特性的重要特征值，是研究河道生態(tài)基流的基礎(chǔ)。

1.年際變化特征

白河下游干流控制斷面的最小流量變化與上游的鴨河口水庫大壩泄水和區(qū)間支流來水情況相關(guān)。20世紀(jì)60年代以前，年最小流量波動(dòng)和變幅較??；20世紀(jì)60年代以后，年最小流量波動(dòng)和變幅顯著增大。最小流量的多年平均值 （1953—2015年）為6.79 m3/s，其中鴨河口水庫建庫前（1953—1959年）為5.01 m3/s，建庫后為7.01 m3/s。由此表明，鴨河口水庫大壩泄水為白河干流最小流量年際變化的主要影響因素。

2.年內(nèi)變化特征

白河下游干流控制斷面最小流量年內(nèi)變化特征：1—6月最小流量平均值比較接近，變幅平緩；8—9月變幅較大，最大值（8月份為45.9 m3/s）接近最小值（4月份為12.7 m3/s）的4倍。

三、生態(tài)基流計(jì)算

河流生態(tài)基流是指維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能、保證水生態(tài)系統(tǒng)基本功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最小流量。在此流量下,河道可以保證不斷流,水生生物群落能夠避免受到不可恢復(fù)性的破壞。生態(tài)基流一是包括河流基本生態(tài)環(huán)境需水量，即維持河流系統(tǒng)最基本的生態(tài)環(huán)境功能所需要的最少水量；二是包括河流輸沙排鹽需水量，即維持河流形態(tài)和鹽分的動(dòng)態(tài)平衡，在一定輸沙、排鹽要求下所需的水量；三是包括湖泊洼地生態(tài)環(huán)境需水量，即維持湖泊洼地水體功能而消耗于蒸發(fā)的水量。

長系列水文資料是河道內(nèi)生態(tài)基流計(jì)算的主要依據(jù)，因?yàn)楹恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)了多年來形成的水流節(jié)律，是河流自身特點(diǎn)的真實(shí)反映，也最能反映河流生態(tài)系統(tǒng)對水量的基本需求。白河干流河道生態(tài)基流是以選取控制站實(shí)測長系列（1955—2015年）徑流量資料為基礎(chǔ)，分別采用Tennant法、90%保證率法和最小月平均流量法計(jì)算，然后進(jìn)行分析。

1.Tennant法計(jì)算

Tennant法是美國目前使用的河道內(nèi)生態(tài)流量確定方法,其河道內(nèi)生態(tài)流量推薦值以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)（見表1）。該法通常作為在優(yōu)先度不高的河段研究河流流量推薦值使用,或作為其他方法的一種檢驗(yàn)。

白河干流為常年性河流，具有較長水文歷史資料，但生態(tài)資料比較缺乏。因此，比較適宜Tennant法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。白河魚類產(chǎn)卵期一般在5—8月份，根據(jù)白河最小流量變化規(guī)律，通常能滿足“好”生態(tài)狀況流量。因此，生態(tài)基流重點(diǎn)考慮一般用水期。

2.最小月平均流量90%保證率法計(jì)算

最小月平均流量90%保證率計(jì)算法，是把多年最小月平均流量按從大到小排序，按公式 Pn=n/（N+1）× 100%進(jìn)行計(jì)算獲得Pn值 （Pn為序列為n所發(fā)生的頻率，n為序列號，N為總序列數(shù)），然后把Pn與對應(yīng)的最小月平均流量擬合成頻率曲線。由新店鋪站（1954—2015年）最小月平均流量頻率曲線圖查得最小月平均流量90%保證率對應(yīng)的生態(tài)基流為7.20 m3/s。

3.最小月流量平均法計(jì)算

最小月流量平均法是采用多年最小月流量的算術(shù)平均值。新店鋪站最小月流量算術(shù)平均值（1954—2015年）為12.0 m3/s。

表1 河內(nèi)流量與生態(tài)及相關(guān)環(huán)境資源關(guān)系

表2 Tennant法計(jì)算結(jié)果

4.計(jì)算結(jié)果分析

研究河流生態(tài)基流的目的是為了實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)基流數(shù)值應(yīng)依據(jù)河流最小流量的變化規(guī)律及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性來確定。在白河干流，上述3種方法中,Tennant法計(jì)算出的一般用水期“好”狀態(tài)所對應(yīng)的生態(tài)基流為12.0 m3/s，開始退化的臨界流量為5.98 m3/s；最小月平均流量90%保證率法計(jì)算結(jié)果為7.20 m3/s；最小月流量平均法計(jì)算結(jié)果12.0 m3/s。由上述結(jié)果可以看出，Tennant法計(jì)算出的一般用水期“好”狀態(tài)所對應(yīng)的生態(tài)基流與最小月流量平均法計(jì)算結(jié)果相同，最小算結(jié)果較為適宜。

四、結(jié)語

鴨河口水庫修建后，大壩泄水對白河干流最小流量變化產(chǎn)生了重要影響，使年際最小流量波峰和平均值增大。白河干流生態(tài)基流選擇最小月平均流量 90%保證率法計(jì)算結(jié)果7.20 m3/s較為適宜，其結(jié)果體現(xiàn)了該地區(qū)河流水文基礎(chǔ)特征，且在鴨河口水庫大壩泄水的調(diào)控下能夠容易實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此建議鴨河口水庫在枯水季應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)調(diào)度，以滿足下游生態(tài)需水及生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

[1]孟慧穎.河流生態(tài)基流的計(jì)算方法及其適用性分析[J].科技傳播，2013（9）.

[2]T ENNAT D L,Instream flow regimes for fish,wildlife,recrea-tion and related environmental resources[J]. Fisheries,1976（1）.

[3]武瑋，徐宗學(xué)，左德鵬.渭河關(guān)中段生態(tài)基流量估算研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011（10）.

[4]張強(qiáng)，崔瑛，陳永勤.基于水文學(xué)方法的珠江流域生態(tài)流量研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010（8）.

責(zé)任編輯 張金慧

Change of minimum flow and calculation of ecological base flow of Baihe River mainstream

//Tu Deshun,Zhang Zongmin,Feng Guangyin

After the completion of Yahekou Reservoir in Henan Province,it has certain impact on the minimum flow of the mainstream of Baihe River.Based on more than 50 years hydrological data in Xindianpu Station,the ecological base flow of the mainstream of Baihe River were calculated with three methods of Tennant,90%guarantee rate and minimum monthly average flow rate.Through comparative analysis,it is found that the result of 90%guarantee rateis more suitable for the ecological base flow.

Baihe River;Yahekou Reservoir;hydrological method;minimum flow;ecological base flow

P33+X171

B

1000-1123（2016）17-0026-02

2016-05-24

涂德順，技師。

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201001001）。