漢江干流漢中(二)水文站斷面河道內(nèi)生態(tài)基流計算分析

曹苗苗

(漢中水文水資源勘測中心，陜西漢中723000)

河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水是為了維持河流生態(tài)系統(tǒng)一定形態(tài)和一定功能、平衡河流開發(fā)利用和保護(hù)的關(guān)系，所需保留在河道內(nèi)的水量。為滿足河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及水資源開發(fā)利用的要求，分別用生態(tài)基流、生態(tài)環(huán)境下泄水量來表示各控制節(jié)點不同情況下應(yīng)該保留在河道內(nèi)的水量。生態(tài)基流是指維持河床基本形態(tài)，保障河道輸水能力，防止河道斷流、保持水體一定的自凈能力的最小流量，是維系河流的最基本環(huán)境功能不受破壞，必須在河道中常年流動著的最小水量閾值，生態(tài)基流一般用流量表示。

1 漢中(二)水文站基本情況

漢中水文站設(shè)立于1971年6月，所在地為漢臺區(qū)天漢大橋斷面，是漢江干流的國家重要控制站之一。流域控制面積9329 km2,至河口距離1383 km。漢中水文站2020年1月上遷至上游4.8 km的龍崗大橋斷面，更名為漢中(二)水文站，流域控制面積8622 km2，至河口距離為1387.8 km。測驗任務(wù)有水位、流量、降水、蒸發(fā)、墑情等工作任務(wù)，長期收集漢江上游流域各項水文特征值，掌握該河段來水量變化規(guī)律，為下游防汛抗旱服務(wù)，為防汛減災(zāi)提供依據(jù)；為漢江流域水利工程的規(guī)劃、設(shè)計和綜合治理、開發(fā)利用水利資源、編制水資源供需計劃及水資源管理提供基本數(shù)據(jù)。漢中水文站建站以來最大流量9520 m3/s，出現(xiàn)在1981年8月22日。實測最大流量8470 m3/s，最高水位506.63 m,最大流速4.35 m/s，最大水深6.1 m,出現(xiàn)在1990年7月6日。

2 河道內(nèi)生態(tài)基流計算

依據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境生態(tài)需水計算規(guī)范》(SL/Z 712-2014)，生態(tài)基流量共有19種計算方法，結(jié)合漢中水文站實際情況，本次分析計算采用Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%頻率曲線法四種方法計算漢中水文站下游河道基流量，再通過水文比擬法確定漢中(二)水文站斷面河道內(nèi)生態(tài)基流量。由于漢中(二)水文站僅在漢江干流上遷4.8 km，流域面積僅減少7.6%，下墊面條件基本一致，因此只需要進(jìn)行面積修正。

2.1 Q90法

依據(jù)漢中水文站1981年～2019年共39年最枯月平均流量資料系列進(jìn)行頻率計算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線適線，經(jīng)矩法計算和計算機適線后確定的統(tǒng)計參數(shù)為：多年平均最枯月流量Q均=16.7 m3/s，變差系數(shù)CV=0.44，偏態(tài)系數(shù)按CS=0.53。

漢中水文站1981年～2019年不同頻率多年平均流量頻率分析成果見表1，漢中水文站1981年～2019年最枯月平均流量頻率曲線圖1。由表1可知，漢中水文站控制斷面處漢江90%頻率枯水流量為7.81 m3/s，根據(jù)水文比擬法計算得漢中(二)水文站90%頻率枯水流量為7.22 m3/s。

表1 漢中水文站不同頻率最枯月平均流量表 單位：m3/s

圖1 漢中水文站1981年～2019年月平均流量頻率曲線圖

2.2 多年平均流量的10%～20%

依據(jù)《全國水資源調(diào)查評價水生態(tài)調(diào)查補充技術(shù)細(xì)則》生態(tài)基流計算可以用非汛期的生態(tài)基流占多年平均天然徑流量的比例不低于10%，汛期比例不低于20%來確定。漢中水文站實測1981年～2019年多年平均天然年徑流量為33.42億m3，變差系數(shù)CV=0.54，偏態(tài)系數(shù)按CS=1.36。多年平均流量為106 m3/s，河道基流年需水量為3.342億m3，河道內(nèi)生態(tài)基流為10.6 m3/s～21.2 m3/s。根據(jù)水文比擬法計算得漢中(二)水文站河道內(nèi)生態(tài)基流為9.79 m3/s～19.6 m3/s。漢中水文站1981年～2019年多年平均徑流量頻率曲線見圖2。

圖2 漢中水文站1981年～2019年多年平均徑流頻率曲線圖

2.3 近十年最枯月平均流量

根據(jù)水文年鑒資料，計算出漢中水文站2010年～2019年10年最枯月平均流量為20.7 m3/s(見表2)，根據(jù)水文比擬法計算得漢中(二)水文站控制斷面以上近10年最枯月平均流量為19.1 m3/s。

表2 漢中水文站近10年最枯月平均流量統(tǒng)計表 單位：m3/s

2.4 95%頻率曲線法

依據(jù)漢中水文站1981年～2019年長系列水文資料的月平均流量構(gòu)建各月水文頻率曲線，將95%頻率相應(yīng)的月平均流量作為對應(yīng)月份的節(jié)點基本生態(tài)環(huán)境需水量，組成年內(nèi)不同時段值，用汛期、非汛期各月的平均值復(fù)核汛期、非汛期的基本生態(tài)環(huán)境需水量。根據(jù)水文比擬法計算得漢中(二)水文站控制斷面95%頻率相應(yīng)的月平均流量，結(jié)果見表3、表4。

由表3可以看出漢中(二)站年內(nèi)生態(tài)基流分配情況，表4可以看出非汛期漢中(二)水文站生態(tài)基流13.4 m3/s，汛期漢中(二)水文站生態(tài)基流20.1 m3/s，年平均生態(tài)基流16.8 m3/s。

表3 95%頻率相應(yīng)的月平均流量統(tǒng)計表 單位：m3/s

表4 95%頻率相應(yīng)的各時段流量統(tǒng)計表 單位：m3/s

3 漢中(二)站生態(tài)基流確定

(1)Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%頻率曲線法計算的漢中(二)站生態(tài)基流分別為7.22 m3/s、9.79 m3/s～19.6 m3/s、19.1 m3/s、16.8 m3/s，以上四種計算方法由于選取資料的不同計算的生態(tài)基流量相差較大。

(2)Q90法以39年實測最枯月平均流量資料系列進(jìn)行頻率計算，取90%頻率的最枯月流量作為生態(tài)基流，此種方法著重考慮枯水期流量，適合作為漢中(二)水文站旱警流量。

(3)多年平均流量的10%～20%法分別確定了非汛期和汛期生態(tài)流量。

(4)近十年最枯月平均流量法資料系列較短，只考慮了近期河道來水量情況，代表性相對較差。

(5)95%頻率曲線法反應(yīng)了漢江干流漢中水文站控制斷面以上各月來水實際情況，最小流量出現(xiàn)時間為枯水期12月～3月，灌溉用水量很少，且上游褒河石門水庫枯水期進(jìn)行除險加固，而上游農(nóng)業(yè)灌溉用水主要集中在5月～6月，因此5月～6月實際來水流量偏小。非汛期漢中(二)水文站生態(tài)基流13.4 m3/s，汛期漢中(二)水文站生態(tài)基流20.1 m3/s。滿足非汛期的生態(tài)基流占多年平均天然徑流量的比例不低于10%(9.79 m3/s)，汛期比例不低于20%(19.6 m3/s)。且95%頻率曲線法確定的漢中水文站生態(tài)基流18.1 m3/s與2014年水利部長江水利委員會《漢江流域水量分配方案》確定的漢中水文站最小下泄流量22.4 m3/s，計算方法類似、結(jié)果相近，選取的資料系列不一致，本次分析計算選取的資料系列最新最全。因此認(rèn)為95%頻率曲線法確定的漢中(二)水文站生態(tài)基流最為合理。

4 結(jié)語

本文在調(diào)查漢中(二)水文站流域現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，依據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境生態(tài)需水計算規(guī)范》(SL/Z 712-2014)，結(jié)合漢中水文站實際情況選取四種計算方法，并用相似流域水文比擬法確定漢中(二)水文站生態(tài)基流。結(jié)果表明，四種計算方法所得的結(jié)果雖然不盡一致，但都有理有據(jù)，最終采用95%頻率曲線法確定的漢中(二)水文站非汛期生態(tài)基流13.4 m3/s，汛期生態(tài)基流20.1 m3/s，年平均生態(tài)基流16.8 m3/s。為維護(hù)河道生態(tài)平衡，進(jìn)行水量控制、調(diào)度管理提供技術(shù)支撐。