大富水最小生態(tài)需水量初探

伊郎　舒英　吳朝霞

【摘 要】用90%最枯月法和最小月流量平均法計算大富水最小生態(tài)需水量，得到值分別為74.4×106m3/a，73.1×106m3/a，用Tennant法檢驗結(jié)果合理性，兩值均在Tennant（10%）、Tennant法（20%）之間，即最小流量值滿足退化的或者貧瘠的棲息地條件，同時離保護(hù)水生生物棲息地標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距。根據(jù)大富水枯期多年來水情況，將兩者計算結(jié)果平均值73.8×106m3/a作為大富水最小生態(tài)需水量。

【關(guān)鍵詞】大富水；生態(tài)需水量；90%最枯月法；Tennant法；最小月流量平均法

1 大富水生態(tài)需水現(xiàn)狀

大富水是應(yīng)城市的母親河，早在上個世紀(jì)七八十年代起，大富水就是當(dāng)?shù)刂匾暮降?、交通、運(yùn)輸以及居民生活和工業(yè)用水的重要水源。隨著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的快速增長，水資源的需求量日益增大，作為應(yīng)城市主要的工業(yè)和生活用水的主要來源的大富水，其開發(fā)利用程度高，但因人們對水環(huán)境保護(hù)的意識不夠，水污染和水浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致水生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞。為解決大富水水生態(tài)環(huán)境問題，保持當(dāng)?shù)厣鐣掷m(xù)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對于大富水最小生態(tài)需水量的分析十分有必要。

大富水源出大洪山南麓，隨州市三里崗鎮(zhèn)黃狗山。南經(jīng)京山縣在應(yīng)城市天鵝鎮(zhèn)南垸入漢北河，全長168公里，集水面積1672平方公里，支流50條。大富水上下游河床高程分別為36.55米和20.4米，落差16米，平均自然降比為1∶ 5000；上游承雨面積大，下游河道曲折，水流不暢，70年代，配合天門河改道，開挖河道43.5公里，縮短了流程三分之一。流域內(nèi)建有高關(guān)大型水庫，中型水庫兩座。

2 生態(tài)需水量計算

生態(tài)需水量是針對河流、湖泊、沼澤、綠地、森林等而言，維持其正常生態(tài)系統(tǒng)、物質(zhì)循環(huán)的平衡和穩(wěn)定所需要的水量。其計算方法有水文學(xué)方法、水力學(xué)方法、棲息地法、綜合法[1-2]，其中比較簡單直觀的為水文計算法，水文學(xué)計算方法用頻率統(tǒng)計分析的方法，計算簡單，操作方便，但是需要時間較長的實測流量資料，只適用有水文資料的河流。

應(yīng)城水文站設(shè)立于1964年，是國家基本水文站，也是大富水區(qū)域代表站和控制站，有實測的水位和流量資料，資料系列長，且真實可靠，滿足水文學(xué)法計算的要求。應(yīng)城站位于大富水下游，具體位置見圖1，文中收集應(yīng)城站1980年至2013年34年的實測流量資料，采用水文法中的90%最枯月法、最小月流量平均法計算大富水最小生態(tài)需水量，并用Tennant法對計算結(jié)果進(jìn)行檢驗，得到合理的大富水最小生態(tài)需水量。

2.1 90%最枯月法方法

選擇河流代表性較好的34年長系列水文實測資料進(jìn)行排頻，選取90%保證率最枯月流量作為河道內(nèi)最小生態(tài)需水量[3]。對應(yīng)城站1980年至2013年最枯月流量資料作頻率曲線得到下圖：

由曲線查得，90%保證率下流量值為2.37m3/s，其年最小生態(tài)需水量W=74.4×106m3。

2.2 最小月流量平均法

最小月流量法又稱河流基本生態(tài)環(huán)境需水量計算法[5]，是以河流最小月平均實測徑流量的多年平均值作為河流的基本生態(tài)環(huán)境需水量，該方法屬于統(tǒng)計方法，具體計算公式為：

式中：WEb為河流基本生態(tài)流量（m3）；

Qimin為第i年實測最小月平均流量（m3/s）；

T為換算系數(shù)，其值為31.54×106；

n為統(tǒng)計年數(shù)。

用此法確定的年最小生態(tài)需水量WEb=73.1×106m3

3 結(jié)果分析

3.1 計算結(jié)果合理性檢驗

用Tennant法對計算結(jié)果進(jìn)行合理性檢驗，取年天然徑流量的百分比作為河流的生態(tài)需水量[4]，10%的年平均流量是退化的或者貧瘠的棲息地條件，20%的年平均流量提供了保護(hù)水生生物棲息地的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)，30%的那年平均流量接近最佳生物棲息地標(biāo)準(zhǔn)，一般將年平均流量的10%～20%作為最小的河流生態(tài)需水量[2]。

式中：

WR為多年平均條件下維持河道一定功能的需水量（m3）；

Mi為第i月天數(shù)（d）；Qi為第i月的多年平均流量（m3/s）；

k為月生態(tài)環(huán)境需水百分比；

k為10%時，計算得到年最小生態(tài)需水量WR=43.3×106m3

k為20%時，計算得到年最小生態(tài)需水量WR=86.6×106m3

上述兩種計算結(jié)果均在Tennant（10%）、Tennant法（20%）范圍內(nèi)，其水量在滿足退化的或貧瘠的棲息地條件基礎(chǔ)上，大致接近保護(hù)水生生物棲息地的標(biāo)準(zhǔn)的水量條件，符合最小生態(tài)需水量的定義要求，具有一定的合理性。

3.2 結(jié)果評價

90%最枯月法和最小月流量平均法計算結(jié)果結(jié)果相差不大，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.88%，在誤差允許范圍內(nèi)，計算得到其平均值為73.8×106m3/a，根據(jù)應(yīng)城市水文站實測流量資料，1980年至2013年大富水枯期多年平均流量5.97m3/s，最小流量為1.61m3/s，說明大富水存在枯期流量小于最小生態(tài)需水量的情況。

4 結(jié)論

按照90%最枯月法和最小月流量平均法計算結(jié)果，大富水最小生態(tài)需水量為74.4×106m3/a和73.1×106m3/a，其平均值為73.8×106m3/a，在Tennant（10%）和Tennant法（20%）計算值之間，占大富水多年平均徑流量的17.0%，具有一定的合理性。兩種方法計算簡單，理論清晰，計算結(jié)果較為符合實際情況，不足之處在于兩種方法均需要較長系列的實測資料，不適用無資料或缺少資料的河流，需要結(jié)合其他方法加以改進(jìn)。

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