大連市復(fù)州河基于生態(tài)流量保障的水量調(diào)度

(大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116021)

大連市復(fù)州河基于生態(tài)流量保障的水量調(diào)度

胡娜

(大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116021)

為滿足復(fù)州河基本河道穩(wěn)定及生物多樣性，采用水文學(xué)法對(duì)復(fù)州河各典型斷面分析計(jì)算其生態(tài)基流量，并以此建立了不同保證率下各斷面各月份基于生態(tài)流量保障的水量調(diào)度方案。該方案符合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件，具有可操作性，對(duì)復(fù)州河流域生態(tài)修復(fù)、維持起到積極作用并可為類似研究提供科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)流量；水量調(diào)度；水文學(xué)法；復(fù)州河

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們不斷地追求經(jīng)濟(jì)利益的最大化，加之缺乏對(duì)生態(tài)環(huán)境演變與水資源開(kāi)發(fā)利用內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，形成了在水資源利用方面重城市及工業(yè)用水輕農(nóng)業(yè)用水，而又重農(nóng)業(yè)用水輕生態(tài)用水的局面，致使用于生態(tài)環(huán)境的水量嚴(yán)重不足，水生態(tài)系統(tǒng)功能降低、水土流失等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題相繼出現(xiàn)。這些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題迫使我們?nèi)嬲J(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，研究生態(tài)需水的理論和實(shí)踐。

本文以復(fù)州河典型斷面為例，利用水文學(xué)法計(jì)算了各斷面的生態(tài)基流量，并以此為依據(jù)建立了復(fù)州河基于生態(tài)流量保障的水量調(diào)度方案，以期對(duì)復(fù)州河流域生態(tài)修復(fù)、維持及類似研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 流域概況

大連市地處北半球暖溫帶，亞歐大陸東岸，具有海洋性特點(diǎn)的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季分明。受氣候及自然地理?xiàng)l件影響，大連市降水量地區(qū)分布、年際變化和年內(nèi)分配都極不均勻，差異很大。多年平均降水量為550～950mm，從地區(qū)分布看金州以南最少，莊河市東部最大。降水年際變化大，豐、枯水年相差懸殊。年降水量60%～70%集中于夏季，多以暴雨形成降水。

復(fù)州河為大連市境內(nèi)第二大河流，發(fā)源于大連市普蘭店區(qū)老帽山南麓，流經(jīng)普蘭店區(qū)同益及瓦房店市松樹(shù)、三臺(tái)子等10個(gè)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)，于三臺(tái)子鄉(xiāng)老羊頭注入渤海。復(fù)州河全長(zhǎng)137km，流域面積1638km2，干流上有松樹(shù)水庫(kù)及東風(fēng)水庫(kù)2座大型水庫(kù)，其中松樹(shù)水庫(kù)控制流域面積302.4km2，總庫(kù)容1.67億m3；東風(fēng)水庫(kù)控制流域面積360.6km2，總庫(kù)容1.42億m3，兩座水庫(kù)均為集防洪、供水、灌溉等綜合效益為一體的大(2)型水利樞紐。

2 生態(tài)基流量計(jì)算方法

近年來(lái)隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視，生態(tài)流量的研究也成為水資源及生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)流量計(jì)算方法大致可以分為水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地偏愛(ài)法及綜合法四大類。水文學(xué)法主要以歷史流量為基礎(chǔ)，根據(jù)簡(jiǎn)單水文指標(biāo)對(duì)設(shè)定河流流量，直接獲取歷史流量中年天然徑流量的百分?jǐn)?shù)作為河道生態(tài)流量的推薦值，典型方法有Tennant法、Texas法、7Q10、RVA法、NGPRP法和90%保證率最枯月平均流量法等。水文學(xué)法具有現(xiàn)場(chǎng)不需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)有資料，確定本文采用水文學(xué)法中的Tennant法及90%保證率最枯月平均流量法。

Tennant法也稱蒙大拿法[1]，通過(guò)分析河流多年天然平均流量百分比和河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況，建立河流流量和水生生物、河流景觀及娛樂(lè)之間的關(guān)系，在考慮保護(hù)魚(yú)類及有關(guān)環(huán)境資源流量狀況下，將多年平均流量的百分?jǐn)?shù)作為短期生存棲息地的最小瞬時(shí)流量。

由于復(fù)州河流域地處北方嚴(yán)寒地區(qū)，主要?dú)夂蝾愋蜑榕瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，季節(jié)性差異明顯，冬季較長(zhǎng)，雨量多集中于夏季。復(fù)州河流域魚(yú)類產(chǎn)卵育幼最佳時(shí)期為5月底至8月為活躍期，而且每年的12月至翌年3月河道處于冰凍期，故本文對(duì)Tennant法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修正[2],修正后河流流量狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 Tennant法河流流量狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)修正表

大連市地處北方，屬缺水城市，而多年平均天然徑流量的10%是保持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的最小流量，故本文將多年平均天然徑流量的10%作為生態(tài)流量的基值。

另《河湖生態(tài)需水評(píng)價(jià)導(dǎo)則(試行)》(SL/Z 479—2010)[3]提出，水質(zhì)需水計(jì)算應(yīng)遵照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》(GB/T 25173—2010)執(zhí)行，依據(jù)該規(guī)程計(jì)算納污能力所采用的設(shè)計(jì)水文條件為水質(zhì)需水。河流水域納污能力計(jì)算的設(shè)計(jì)水文條件為90%保證率最枯月平均流量。

3 生態(tài)基流量計(jì)算

3.1 計(jì)算資料及徑流量計(jì)算

本文采用復(fù)州河干流關(guān)家屯水文站1956—2000年徑流資料進(jìn)行分析計(jì)算。關(guān)家屯水文站建于1956年，位于復(fù)州河下游距入?？?1.0km處，屬流域下游控制站。控制流域面積1071km2，多年平均徑流量2.13億m3。為便于計(jì)算選擇復(fù)州河蔡房身大橋、復(fù)州河大橋、三臺(tái)子及入?？谒膫€(gè)斷面作為典型斷面分別進(jìn)行分析計(jì)算[4]。

由于豐枯年河道來(lái)水量不盡相同，須水庫(kù)補(bǔ)充的生態(tài)水量也有相應(yīng)變化，故本文根據(jù)不同保證率徑流量分別計(jì)算。由1956—2000年系列資料，分別得出關(guān)家屯水文站多年平均、20%保證率、75%保證率和90%保證率徑流量及月分配，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 關(guān)家屯水文站徑流量及月分配計(jì)算 單位：萬(wàn)m3

由于缺乏區(qū)間徑流資料，本文根據(jù)水文同步性利用簡(jiǎn)化的方式來(lái)確定區(qū)間徑流量，即將水文站以上控制流域面積與計(jì)算區(qū)間控制流域面積進(jìn)行對(duì)比，同倍放大得到區(qū)間徑流量，同時(shí)利用徑流深進(jìn)行校核。計(jì)算復(fù)州河各斷面各頻率徑流量及月分配成果，見(jiàn)表3～表6。

表3 復(fù)州河各斷面多年平均徑流量及月分配成果 單位：萬(wàn)m3

表4 復(fù)州河各斷面20%保證率徑流量及月分配成果 單位：萬(wàn)m3

表5 復(fù)州河各斷面75%保證率徑流量及月分配成果 單位：萬(wàn)m3

表6 復(fù)州河各斷面90%保證率徑流量及月分配成果 單位：萬(wàn)m3

由表2可以看出：復(fù)州河20%保證率徑流量是多年平均的1.33倍，75%保證率徑流量是多年平均的0.46倍，90%保證率徑流量是多年平均的0.17倍。說(shuō)明復(fù)州河豐枯年徑流量相差較大。

3.2 復(fù)州河典型斷面生態(tài)基流量計(jì)算

利用Tennant法和90%保證率最枯月平均流量法分別計(jì)算復(fù)州河典型斷面生態(tài)基流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。此數(shù)據(jù)為后續(xù)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度提供依據(jù)。

表7 復(fù)州河各斷面生態(tài)基流量計(jì)算值 單位：m3/s

由表7中數(shù)據(jù)可以看出復(fù)州河各斷面按Tennant法計(jì)算生態(tài)基流量為0.02～4.91m3/s，表中數(shù)據(jù)最小值出現(xiàn)在松樹(shù)水庫(kù)大壩斷面；各斷面1月生態(tài)基流量值最小，8月最大。

按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.09～0.35 m3/s，最小值亦出現(xiàn)在松樹(shù)水庫(kù)大壩斷面，且各斷面計(jì)算值均小于該斷面Tennant法計(jì)算6—10月的生態(tài)基流量值。

4 基于生態(tài)基流量的調(diào)度

根據(jù)復(fù)州河生態(tài)基流量計(jì)算成果設(shè)置預(yù)警生態(tài)流量，當(dāng)監(jiān)控?cái)嗝媪髁康陀陬A(yù)警生態(tài)流量時(shí)，通過(guò)調(diào)度演算，按調(diào)度水源工程與調(diào)度目標(biāo)的距離、小流量演進(jìn)時(shí)間、來(lái)水預(yù)報(bào)等，啟動(dòng)生態(tài)流量調(diào)度。

復(fù)州河生態(tài)流量均由水庫(kù)泄水補(bǔ)給，下游段首先考慮區(qū)間徑流，不足部分由水庫(kù)泄水補(bǔ)給。在調(diào)度過(guò)程中，如果水庫(kù)有棄水或?yàn)橄掠无r(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水，則相應(yīng)減少生態(tài)流量補(bǔ)給。根據(jù)生態(tài)流量計(jì)算方法特點(diǎn)及當(dāng)?shù)貙?shí)際情況[5]，本文采用以下調(diào)度方案，即在多年平均和20%保證率下，采用Tennant法計(jì)算生態(tài)基流量值控制水庫(kù)補(bǔ)給水量，在75%和90%保證率下，采用Tennant法計(jì)算生態(tài)基流量值與90%保證率最枯月平均流量值中較小值控制水庫(kù)補(bǔ)給水量。遵循此方案計(jì)算復(fù)州河各斷面需要水庫(kù)補(bǔ)充生態(tài)流量值見(jiàn)表8。

表8 復(fù)州河不同保證率下各斷面需要水庫(kù)補(bǔ)充生態(tài)流量值 單位：m3/s

注： ①代表保證率為多年平均及20%；②代表保證率為75%；③代表保證率為90%。

由表8中數(shù)據(jù)可以看出復(fù)州河各斷面需要生態(tài)補(bǔ)水的最大值均出現(xiàn)在水庫(kù)壩下斷面，這是由于水庫(kù)的修建截住了該處的天然徑流。松樹(shù)水庫(kù)最大生態(tài)流量補(bǔ)給值為1.23m3/s，出現(xiàn)在多年平均及20%保證率下的8月；東風(fēng)水庫(kù)最大生態(tài)流量補(bǔ)給值為2.42m3/s，亦出現(xiàn)在多年平均及20%保證率下的8月。

5 結(jié)論與建議

大連市水資源匱乏，用于生態(tài)補(bǔ)給的水量過(guò)多會(huì)影響正常社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，過(guò)少又會(huì)影響河流生態(tài)環(huán)境。本文分別利用Tennant法及90%保證率最枯月平均流量法計(jì)算復(fù)州河各典型斷面生態(tài)基流量，并以此為依據(jù)建立了復(fù)州河基于生態(tài)流量的調(diào)度方案。該方案符合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件，具有可操作性并對(duì)復(fù)州河生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及保持起到積極作用。

復(fù)州河各典型斷面應(yīng)做好水量、水質(zhì)等監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整水庫(kù)下泄補(bǔ)給生態(tài)流量。對(duì)于河道污染，應(yīng)以控制或削減污染物排放量的方式予以解決。如遇水質(zhì)污染等非常情況，各有關(guān)部門應(yīng)協(xié)同解決，以保障復(fù)州河流域生態(tài)健康。

[1] 徐志俠,董增川,周健康,等.生態(tài)需水計(jì)算的蒙大拿法及其應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2003,34(11)：15-17.

[2] 王強(qiáng),梁國(guó)華,何斌,等.碧流河水庫(kù)下游河道生態(tài)需水分析及應(yīng)對(duì)措施[J].南水北調(diào)與水利科技，2013,11(1)：97-100.

[3] SL/Z 479—2010 河湖生態(tài)需水評(píng)價(jià)導(dǎo)則(試行) [S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[4] 陳敏,陳啟慧,胡鳳姣,等.港口灣水庫(kù)對(duì)下游河道生態(tài)徑流的影響[J].水電能源科學(xué)，2011,29(8)：7-9.

[5] 陳菡,邵東國(guó),吳俊校,等.廣東省河道生態(tài)基流定量分析研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2011,9(1)：92-95.

WaterdispatchinDalianFuzhouRiverbasedonecologicalflowprotection

HU Na

(DalianWaterConservancyPlanningandDesignInstitute,Dalian116021,China)

Hydrological method is adopted to analyze all typical sections in Fuzhou River and calculating the ecological base flow to meet basic river channel stability and biological diversity of Fuzhou River. The water dispatch plan on the basis of ecological flow guarantee in all sections and all months under different assurance rates is established accordingly. The plan is in line with local climatic environment conditions, which is operable. It plays an active role to ecological restoration and maintenance of Fuzhou River basin, which provides scientific basis for similar studies.

ecological flow; water flow dispatch; hydrological method; Fuzhou River

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.011.016

TV214

A

2096-0131(2017)011-0059-05