河道內(nèi)生態(tài)需水量研究

林 煒 褚 麗

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的需求越來越多，河道內(nèi)生態(tài)需水量往往得不到滿足，造成河流生態(tài)環(huán)境逐步退化。河道內(nèi)生態(tài)需水量指為維護(hù)河流基本生態(tài)環(huán)境功能或改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，天然水體必須儲(chǔ)存和消耗的最小水量，它具有優(yōu)先滿足性[1]。研究河道內(nèi)生態(tài)需水量有利于遏制由河道斷流和流量減少造成的生態(tài)環(huán)境惡化，有利于實(shí)現(xiàn)人水和諧，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 河道內(nèi)生態(tài)需水量的確定原則

河道內(nèi)生態(tài)需水量與河段位置、河流特性和河道功能有關(guān)，其確定應(yīng)遵循以下原則：

1)分河段計(jì)算。

河流的不同河段在河道比降、斷面形態(tài)和河勢等方面存在很大差異，不同河段的用水量要求也不相同，因此，不同河段的河道內(nèi)生態(tài)需水量應(yīng)分別計(jì)算。

2)優(yōu)先滿足主要功能。

在不同的時(shí)段和河段，河流各項(xiàng)生態(tài)功能的優(yōu)先程度也不同。當(dāng)各項(xiàng)功能存在用水矛盾時(shí)，優(yōu)先滿足占主導(dǎo)地位的主要功能的需水量[2]。

3)全河段綜合優(yōu)化。

在分河段討論的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步對整個(gè)河段的河道內(nèi)生態(tài)需水量進(jìn)行綜合分析，確定全河段河道內(nèi)生態(tài)需水量。

2 河道內(nèi)生態(tài)需水量的確定方法

國內(nèi)外針對河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的研究還未形成共識，理論和方法都有待進(jìn)一步完善[3]。目前應(yīng)用的主要包括水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地評價(jià)法、整體分析法等。各方法的計(jì)算原理及適用條件見表1[4]。

3 沙河河道內(nèi)生態(tài)需水量分析

沙河支流眾多，河床淺窄，河道平均比降約為1‰，山區(qū)約占總流域面積的1/3。

3.1 分析斷面選擇

水文站斷面多布設(shè)在河床順直、穩(wěn)定、水流集中、枯水部分沒有深坑的河段，且避開了變動(dòng)回水、急劇沖淤變化、分流、斜流、嚴(yán)重漫灘等不利因素，因此對順直段河床橫斷面形態(tài)具有代表性；同時(shí)，由于彎道處河床水深一般大于順直河段，在枯水季節(jié)比順直河道更利于生物棲息。因此，選擇水文站斷面作為分析斷面推求的最小生態(tài)流量對生物是安全的[5]。

表1 河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法的計(jì)算原理及適用條件

3.2 河道內(nèi)生態(tài)需水量計(jì)算

考慮到沙河水系含沙量較大，汛期應(yīng)滿足輸沙需水量，防止河道泥沙淤積、維持河道基本形態(tài)，汛期采用輸沙需水量作為河道內(nèi)生態(tài)需水量，非汛期采用水文學(xué)方法中的蒙大拿法計(jì)算河道內(nèi)生態(tài)需水量[6]。

3.2.1蒙大拿法

蒙大拿法是Tennant，D.L等人于1976年提出的，將全年分為兩個(gè)計(jì)算時(shí)段，4月～9月為豐水期，10月～次年3月為枯水期，不同時(shí)期流量百分比有所不同[7]，采用年平均流量的百分比作為生態(tài)需水量(見表2)。

表2 河道內(nèi)流量與魚類、野生動(dòng)物、娛樂及相關(guān)環(huán)境資源的關(guān)系

根據(jù)蒙大拿，生態(tài)需水量計(jì)算式如下：

式中：WR——多年平均條件下生態(tài)需水量，m3；

Mi——第i月天數(shù)，d；

Qi——第i月多年平均流量，m3/s；

Pi——第i月生態(tài)需水百分比。

對沙河黃莊站斷面2003年—2012年逐日流量資料進(jìn)行分析，按照蒙大拿法的標(biāo)準(zhǔn)，10月～次年3月平均流量百分比取10%，4月～9月平均流量百分比取30%，河道生態(tài)需水量計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 河道生態(tài)需水量計(jì)算表

3.2.2輸沙需水量

河道輸沙需水量是指為保持河道水流泥沙沖淤平衡所需要的水量，與上游來水來沙特性、泥沙顆粒組成及河道形態(tài)等因素有關(guān)。對北方河流而言，來沙量主要集中在汛期，可根據(jù)汛期輸送單位泥沙所需的水量來計(jì)算輸沙需水量[6]。輸沙需水量計(jì)算公式：

式中：Ws——年輸沙需水量，m3；

Sl——多年平均輸沙量，kg；

Scw——多年平均汛期含沙量，kg/m3。

統(tǒng)計(jì)沙河黃莊斷面1966年—2010年共45年的泥沙資料，多年平均輸沙量20.2萬t，多年平均汛期含沙量7.85 kg/m3，經(jīng)計(jì)算，汛期輸沙需水量2 183.78萬m3。

3.2.3計(jì)算結(jié)果

汛期河道內(nèi)生態(tài)需水量取輸沙需水量2 183.78萬m3，非汛期河道內(nèi)生態(tài)需水量取912.38萬m3，全年河道內(nèi)生態(tài)需水總量為3 096.16萬m3。

4 結(jié)語

通過分析各種河道內(nèi)生態(tài)需水量計(jì)算方法的原理及適用條件，以沙河為例，分析水文站斷面對整個(gè)河段的代表性，選擇黃莊水文站斷面，采用蒙大拿法進(jìn)行計(jì)算結(jié)果作為非汛期河道內(nèi)生態(tài)需水量；汛期采用輸沙需水量作為河道內(nèi)生態(tài)需水量[7]。通過該方法計(jì)算的河道內(nèi)生態(tài)需水量既保證了多沙河流汛期輸沙需水要求，又滿足了非汛期維持河道基本自然功能和社會(huì)功能的要求，為本流域及同類型的河流水資源管理確定合理的生態(tài)基流量提供了參考，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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