青海省生態(tài)需水量研究

龔 麗，陳東初，侯虹波

（北京中水新華國(guó)際工程咨詢有限公司，100070，北京）

青海省位于青藏高原東北部，境內(nèi)山脈高聳，地形多樣，水系比較發(fā)達(dá)。境內(nèi)河流縱橫，數(shù)量較多，流域面積在500 km2以上的河流有278條，河道長(zhǎng)度大于100 km的有65條，干支流總長(zhǎng)度約為28萬km。青海省南部和東部為外流水系，是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江三大江河的源頭和上游段，水系發(fā)育良好，河網(wǎng)分布密集；西北部為內(nèi)流河水系，所處地區(qū)干旱少雨，河流小而分散，流程短。

青海省獨(dú)特的地理位置、氣象條件及地貌特點(diǎn)使其水資源總量豐富，但水資源時(shí)空分布與土地、自然資源、人口的分布以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展格局不相適應(yīng)，資源性缺水與工程性缺水并存。隨著青海省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，部分地區(qū)水資源短缺、水污染加劇、水環(huán)境惡化等問題較為突出，局部河段生態(tài)用水得不到保障、生態(tài)環(huán)境較為脆弱，生態(tài)基流和敏感性生態(tài)需水量分配問題亟待解決。

一、生態(tài)需水量的計(jì)算方法

1.生態(tài)基流計(jì)算

（1）計(jì)算方法

結(jié)合青海省實(shí)際，根據(jù)已有水文資料，選用Tennant法和90%保證率最枯月平均流量法計(jì)算生態(tài)基流。Tennant法以多年平均流量的百分?jǐn)?shù)來描述生態(tài)基流，要維持生態(tài)系統(tǒng)正常功能，Tennant法推薦一般用水期（10月—次年3月）的基流為多年平均流量的10%，魚類產(chǎn)卵育幼期（4—9月）的基流為10%～30%。90%保證率法以90%保證率最枯月平均流量對(duì)生態(tài)基流進(jìn)行描述。

（2）控制斷面的選取

為了維持青海省河流健康，保障河流生態(tài)用水需求，根據(jù)氣候和水文特點(diǎn)，選取西北諸河干流重要控制斷面、黃河干流及主要支流入黃斷面、主要河流省界斷面、水利工程控制斷面、重要水生生物棲息地等敏感水域及開發(fā)利用程度較高的河段進(jìn)行分析，包括湟水、大通河、隆務(wù)河、巴音河、格爾木河、北川、南川、布哈河、沙柳河、黑河、瑪柯河、黃河干流貴德循化河段、長(zhǎng)江通天河直門達(dá)以上河段等13條河流（段）的19個(gè)斷面。

（3）計(jì)算結(jié)果

參考《全國(guó)水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》中生態(tài)基流計(jì)算推薦比值，結(jié)合青海省相關(guān)規(guī)劃和經(jīng)驗(yàn)取值，本次計(jì)算中Tennant法的非汛期生態(tài)基流按照多年平均流量的10%確定，汛期生態(tài)基流按照多年平均流量的20%確定。90%保證率最枯月平均流量法以各代表站90%保證率最枯月平均流量作為生態(tài)基流。計(jì)算結(jié)果見表1。

2.敏感生態(tài)需水量計(jì)算

（1）計(jì)算方法

此次計(jì)算共涉及三類生態(tài)敏感區(qū)，分別是河流濕地和河谷林地、河流直接連通的重要湖泊以及重要水生生物的生態(tài)敏感區(qū)。對(duì)這三類生態(tài)敏感區(qū)的需水量計(jì)算方法如下所示：

①河流濕地及河谷林草生態(tài)需水（WW）

河流濕地及河谷林草生態(tài)需水可用最小洪峰流量 （qw）、生態(tài)基流（qb）、豐水期天數(shù)（D）、必需的總洪水歷時(shí)（d）、輸沙需水量（W′）表征。 計(jì)算采用公式如下：

②湖泊生態(tài)需水（WL）

湖泊生態(tài)需水指入湖生態(tài)需水量及過程，其水量由湖區(qū)生態(tài)需水量（W湖區(qū)）和出湖生態(tài)需水量（W出湖）確定。

對(duì)吞吐型湖泊：

對(duì)閉口型湖泊：

湖區(qū)生態(tài)需水量包含采用最小生態(tài)水位法計(jì)算的湖區(qū)生態(tài)需水變化量和采用水量平衡法計(jì)算的湖區(qū)生態(tài)耗水量。

湖泊生態(tài)需水變化量（Wja）采用最小生態(tài)水位（Zj）、現(xiàn)狀水位（Z）、 j月的水面面積（Sj）表征。計(jì)算表達(dá)式如下：

j月湖區(qū)生態(tài)耗水量Wjb采用月均水面面積（F（j））、月湖面蒸散發(fā)量（E（j））、月湖面降水量（P（j））、土壤滲透系數(shù)（K）和湖泊滲流坡度（I）表征，計(jì)算表達(dá)式如下：

③重要水生生物生態(tài)需水（WB）

重要水生生物的生態(tài)需水計(jì)算采用生境模擬法，用適宜生態(tài)流量（qa）、繁殖期總天數(shù)（D）、需要達(dá)到適宜生態(tài)流量的天數(shù) （d）、生態(tài)基流（qb）、輸沙需水量（W′）表征，計(jì)算公式如下：

（2）生態(tài)敏感期的確定

生態(tài)敏感期的確定主要考慮以下時(shí)期：主要組成植物的水分臨界期，水生動(dòng)物繁殖、索餌、越冬期，水—鹽平衡、水—沙平衡控制期。確定生態(tài)敏感期的依據(jù)包括：有淹及岸邊的流量過程，可保持土壤水分；可保證魚類棲息生境需求；有一定水流刺激、水深及水面寬，水流連續(xù)；有一定流量級(jí)別的洪水發(fā)生。根據(jù)不同依據(jù)，分別對(duì)各敏感區(qū)確定了不同時(shí)段的生態(tài)敏感期。

（3）計(jì)算結(jié)果

根據(jù)敏感期確定結(jié)果以及各類型敏感生態(tài)需水計(jì)算所需參數(shù)，對(duì)三類生態(tài)敏感區(qū)需水量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別見表2～4。其中，對(duì)于特殊保護(hù)河段，原則上禁止開發(fā)，保持天然流量及流量過程。

表1 兩種方法所得生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果單位：m3/s

二、成果分析

1.青海省生態(tài)基流分析

從計(jì)算結(jié)果可以看出：Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法計(jì)算結(jié)果相差較大。從水文資料的精度要求來看，90%保證率最枯月平均流量法要求采用水文資料的月值計(jì)算，精度要求較高；Tennant法采用水文資料的年值計(jì)算，精度要求較低。

從生態(tài)安全角度考慮，選擇兩種方法得出的計(jì)算結(jié)果中的較大值作為生態(tài)基流，結(jié)果見表5。其中西寧、樂都、民和、享堂等斷面計(jì)算結(jié)果比相關(guān)規(guī)劃給出的生態(tài)基流規(guī)劃值小，在此取規(guī)劃值。從表5可以看出，除西北諸河流域中巴音河和格爾木河生態(tài)基流占多年平均流量比例較高外，其他分區(qū)各河流的生態(tài)基流占比均在10%～30%之間。巴音河和格爾木河地處柴達(dá)木盆地，該地區(qū)降雨量少，地表徑流主要由融雪補(bǔ)給，逐月徑流量較為平均，90%保證率下最枯月平均流量不會(huì)顯著偏小，故生態(tài)基流占比較高。

本次規(guī)劃成果中西北諸河區(qū)生態(tài)基流占多年平均流量比例最高，黃河區(qū)次之，長(zhǎng)江區(qū)最??；對(duì)比《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》中全國(guó)主要河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量配置成果，兩者結(jié)論一致，故本次對(duì)生態(tài)基流的計(jì)算結(jié)果是合理的。

表2 河流濕地及河谷林草生態(tài)需水計(jì)算結(jié)果

表3 湖泊生態(tài)需水計(jì)算結(jié)果

表4 重要水生生物生態(tài)需水計(jì)算結(jié)果

2.青海省敏感生態(tài)需水量計(jì)算

選取青海省各河流的典型河流濕地和河谷林地、河流直接連通的重要湖泊以及重要水生生物，采用各分類的計(jì)算方式分別計(jì)算得出了各類敏感區(qū)域的生態(tài)需水。從表2可知，各河流濕地及河谷林草敏感期大部分集中在6—8月，除長(zhǎng)江的直門達(dá)控制斷面屬于特殊保護(hù)河段，需保持天然水文過程不變，其他控制斷面的河谷林草生態(tài)需水量共30.32億m3；青海湖、克魯克湖和托素湖是青海省的重點(diǎn)湖泊，且受人類活動(dòng)影響較大，因此被選為此次計(jì)算的重點(diǎn)湖泊，從表3可知，這3個(gè)湖泊的生態(tài)需水量共25.43億m3；從表4可知，青海省各河流控制斷面所對(duì)應(yīng)的重要水生生物生態(tài)需水量共21.23億m3。綜上，青海省各河流敏感生態(tài)需水總量為 76.98億 m3。

表5 青海省生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果 單位：m3/s