面向河流生態(tài)完整性的黃河下游生態(tài)需水過(guò)程研究

尚文繡，彭少明，王 煜，鄭小康，武 見(jiàn)，劉柏君

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司博士后科研工作站，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

河流生態(tài)系統(tǒng)為人類社會(huì)提供了水資源、水能、氣候調(diào)節(jié)等豐富的生態(tài)服務(wù)，是人類社會(huì)發(fā)展的重要支撐［1-2］。但在徑流調(diào)節(jié)、取水等人類活動(dòng)的影響下，很多河流生態(tài)系統(tǒng)已遭到嚴(yán)重破壞［3-4］。徑流是河流的主要組成要素，是河流物質(zhì)流、能量流、信息流的主要載體，提供生態(tài)流量成為當(dāng)前河流生態(tài)保護(hù)的主要手段［5-6］。

圍繞生態(tài)需水，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，形成了水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地模擬法和整體分析法4 大類數(shù)百種評(píng)估方法［7-8］。其中，棲息地模擬法基于物種對(duì)棲息環(huán)境的偏好評(píng)估生態(tài)需水，建立了徑流與生物間的直接聯(lián)系［9］，物理機(jī)制明確，且能夠給出具有豐枯變化的生態(tài)需水過(guò)程而非固定的最小生態(tài)需水［10-11］，在生態(tài)需水評(píng)估中得到了廣泛應(yīng)用［12-14］。但棲息地模擬法存在一些弊端：首先，棲息地模擬法主要關(guān)注流速、水深等水力學(xué)要素，忽略了水溫、溶解氧等重要理化要素，使其準(zhǔn)確性受到質(zhì)疑［15-16］；其次，棲息地模擬法一般選擇一種或數(shù)種生物作為指示物種，但指示物種對(duì)棲息環(huán)境的需求可能與其它土著物種的棲息需求存在沖突［13，17］；第三，棲息地模擬法主要關(guān)注塑造生物棲息地所需的流量條件，忽略了觸發(fā)關(guān)鍵生命活動(dòng)的生命節(jié)律信號(hào)，例如高流量脈沖。盡管已有數(shù)十年的研究基礎(chǔ)，維持河流土著水生生物群落的生態(tài)需水過(guò)程仍未得到有效解答［18］。

黃河水少沙多，徑流年內(nèi)年際分布不均，且社會(huì)經(jīng)濟(jì)需水量持續(xù)增長(zhǎng)，生態(tài)需水被擠占的問(wèn)題突出，造成河道斷流、水環(huán)境污染、濕地萎縮和生物多樣性銳減等，使黃河成為我國(guó)生態(tài)破壞最嚴(yán)重的河流之一［19-20］。黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已成為重大國(guó)家戰(zhàn)略，“治理黃河，重在保護(hù)，要在治理”，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)是未來(lái)黃河治理的主要任務(wù)。黃河生態(tài)需水成果眾多，但以固定的“最小流量”和“適宜流量”為主；部分研究雖考慮了個(gè)別土著物種，但對(duì)生態(tài)完整性考慮 不 足［21-22］。

在大量觀測(cè)數(shù)據(jù)與研究成果的支撐下，天然水文情勢(shì)常被視為最適宜土著生物生存繁衍的流量條件［23-24］。本文以維護(hù)河流土著生物群落完整性為目標(biāo)，以棲息地模擬法為主要研究方法，以天然水文情勢(shì)為參照，提取天然水文情勢(shì)特征值對(duì)棲息地模擬結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和修正，以黃河下游利津斷面為例開(kāi)展了實(shí)例應(yīng)用。

2 面向河流生態(tài)完整性的生態(tài)需水評(píng)估方法

2.1 河流生態(tài)完整性內(nèi)涵與保護(hù)方法生態(tài)完整性（ecological integrity）是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)支撐與維護(hù)近似天然狀態(tài)的區(qū)域生物群落的能力，是生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能的衡量指標(biāo)，包括物理完整性、化學(xué)完整性和生物完整性等方面［25］。

河流生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、非平衡和非線性的系統(tǒng)，主要包括河流生命系統(tǒng)和生命支持系統(tǒng)兩部分［26］。生命支持系統(tǒng)和生命系統(tǒng)間存在復(fù)雜的相互作用，生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性和豐度的維護(hù)離不開(kāi)非生物環(huán)境的支撐。生態(tài)完整性對(duì)于河流健康和人類社會(huì)至關(guān)重要，具有生態(tài)完整性的河流不僅能夠維持河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生態(tài)過(guò)程的正常運(yùn)行，還能提供氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、生物多樣性維護(hù)、資源產(chǎn)出等多種生態(tài)服務(wù)。想要維持河流的生態(tài)完整性，需要塑造適宜的非生物環(huán)境來(lái)支撐和維護(hù)河流土著生物群落。對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)，具有變化性的水文情勢(shì)是土著生物群落生存繁衍的必要條件［27］，因此提供生態(tài)流量成為河流生態(tài)保護(hù)的主要方法之一。在河流生態(tài)完整性的引導(dǎo)下，河流生態(tài)需水需要支撐和維護(hù)土著水生生物群落。

為了維護(hù)河流的生態(tài)完整性，本文建立了一種新的生態(tài)需水評(píng)估方法，以棲息地模擬法為核心，建立具有明確水文-生態(tài)機(jī)制的生態(tài)需水過(guò)程；天然水文情勢(shì)常被視為最適宜土著生物棲息的流量條件，反映了土著生物對(duì)水文條件的耐受范圍和所需的生命節(jié)律信號(hào)［23］，因此本文以天然水文情勢(shì)為參照系統(tǒng)，補(bǔ)充生命節(jié)律觸發(fā)信號(hào)和土著生物群落對(duì)流量的耐受范圍，完善生態(tài)需水成果，從而得到保障指示物種生存繁衍和土著生物群落基本生存的生態(tài)需水過(guò)程。

2.2 指示物種棲息地模擬魚類一般位于河流生態(tài)系統(tǒng)生物鏈的頂端，且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，常被作為河流健康的指示物種［12，16］。將魚類作為指示物種進(jìn)行棲息地模擬，綜合考慮研究河段土著魚類的生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、瀕危程度和數(shù)據(jù)獲取難度，選擇合適的魚類作為指示物種。通過(guò)調(diào)研相關(guān)研究成果或開(kāi)展實(shí)地觀測(cè)，明確指示物種生長(zhǎng)期、越冬期和產(chǎn)卵期對(duì)水深和流速的需求范圍。

通過(guò)MIKE21 建立二維水力學(xué)模型模擬研究區(qū)域的水力條件，得到不同流量下研究區(qū)域的水深及流速分布。將模擬結(jié)果輸入ArcGIS，篩選出水深及流速滿足要求的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格面積，得到指示物種棲息地分布及面積，建立流量與指示物種棲息地面積的關(guān)系曲線。黃河下游灘區(qū)分布著大量居民和耕地，一旦漫灘可能會(huì)造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，因此本文不考慮漫灘洪水形成的棲息地。

指示物種生長(zhǎng)期棲息地面積的峰值為H1，max，本研究將棲息地面積達(dá)到峰值面積的1/3 時(shí)對(duì)應(yīng)的流量范圍作為最小生態(tài)流量的取值范圍，即生長(zhǎng)期的最小流量范圍為G1，min～G1，max；將棲息地面積達(dá)到峰值面積的1/2 時(shí)對(duì)應(yīng)的流量范圍作為適宜生態(tài)流量的取值范圍，即生長(zhǎng)期的適宜流量范圍為G2，min～G2，max（圖1）。流量范圍的選擇主要參考了蒙大拿法對(duì)棲息地質(zhì)量的評(píng)估：蒙大拿法認(rèn)為天然多年平均流量下棲息地質(zhì)量最佳；流量達(dá)到天然多年平均流量的20% ～40%時(shí)棲息地質(zhì)量為較好；流量達(dá)到天然多年平均流量的40%～60%時(shí)棲息地質(zhì)量為很好［28］。因此本文選擇了1/3 和1/2 來(lái)判定最小生態(tài)流量范圍和適宜生態(tài)流量范圍。同理，指示物種越冬期棲息地面積的峰值為H2，max，最小流量范圍為W1，min～W1，max，適宜流量范圍為W2，min～W2，max；產(chǎn)卵期棲息地面積的峰值為H3，max，最小流量范圍為S1，min～S1，max，適宜流量范圍為S2，min～S2，max。

圖1 指示物種生長(zhǎng)期流量-棲息地面積關(guān)系曲線

2.3 水文參照系統(tǒng)構(gòu)建與特征值提取將天然水文情勢(shì)作為參照系統(tǒng)，提取特征值對(duì)棲息地模擬結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和修正。將水文測(cè)站上游未修建水庫(kù)時(shí)的實(shí)測(cè)水文情勢(shì)近似視為天然水文情勢(shì)，將這一時(shí)段的實(shí)測(cè)日徑流系列作為水文參照系統(tǒng)［29］。水文參照系統(tǒng)特征值主要集中于最小流量和高流量脈沖兩方面。由于黃河下游灘區(qū)分布著大量居民、房屋和農(nóng)田，為了保障灘區(qū)生命財(cái)產(chǎn)安全，本文不統(tǒng)計(jì)漫灘洪水特征值。

（1）最小流量。將天然情況下的最小流量視為土著生物群落生存的極限條件，統(tǒng)計(jì)水文參照系統(tǒng)在指示物種生長(zhǎng)期、越冬期和產(chǎn)卵期的最小流量作為各時(shí)段生態(tài)需水的下限值，分別為NG，min、NW，min和NS，min。

（2）高流量脈沖。相關(guān)研究顯示，高流量脈沖帶來(lái)了強(qiáng)烈的生命節(jié)律信號(hào)，具有引發(fā)生物發(fā)育、洄游、繁殖等功能［18，23］，這些生態(tài)作用已在生態(tài)流量試驗(yàn)中得到了證實(shí)［30-31］。天然情況下發(fā)生的高流量脈沖曾有效觸發(fā)過(guò)土著物種的發(fā)育和繁殖，對(duì)水文參照系統(tǒng)漲水期發(fā)生的高流量脈沖的特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括每年高流量脈沖的發(fā)生次數(shù)（Pn）和每一個(gè)高流量脈沖的發(fā)生時(shí)機(jī)（Pt）、峰值流量（Pf，max）、平均流量（Pf，mean）、持續(xù)時(shí)間（Pd）、流量上升速率（Prate，ri）和流量下降速率（Prate，fa）。

2.4 結(jié)合方法

（1）指示物種生長(zhǎng)期生態(tài)需水

式中：EG，min為生長(zhǎng)期最小生態(tài)需水，m3/s；EG，fit為生長(zhǎng)期適宜生態(tài)需水，m3/s。如果發(fā)生NG，min＞G1，max的情況，說(shuō)明天然水文情勢(shì)沒(méi)有給指示物種提供較適宜的水文條件，但能夠保證指示物種的基本生存繁衍。河流是多種生物的棲息場(chǎng)所，并不能為每一個(gè)物種都提供最適宜的棲息環(huán)境，一些小流量過(guò)程雖有利于指示物種生存繁衍，但可能會(huì)對(duì)其它物種造成不利影響。

（2）指示物種越冬期生態(tài)需水

式中：EW，min為越冬期最小生態(tài)需水，m3/s；EW，fit為越冬期適宜生態(tài)需水，m3/s。

（3）指示物種產(chǎn)卵期生態(tài)需水

式中：ES，min為產(chǎn)卵期最小生態(tài)需水，m3/s；ES，fit為產(chǎn)卵期適宜生態(tài)需水，m3/s。

（4）高流量脈沖。高流量脈沖發(fā)生在產(chǎn)卵期，主要作用在于為生物提供關(guān)鍵的生命節(jié)律信號(hào)，觸發(fā)生物發(fā)育、繁殖、洄游等生命活動(dòng)。由于生物資料的缺乏，難以從生物角度明確觸發(fā)關(guān)鍵生命活動(dòng)所需的流速、水深等條件，而天然情況下發(fā)生的高流量脈沖曾成功觸發(fā)了關(guān)鍵生命活動(dòng)，因此采用天然水文情勢(shì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)高流量脈沖。將水文參照系統(tǒng)各特征值的均值作為生態(tài)需水中高流量脈沖特征值的理想值，將各特征值的1/3 分位數(shù)至2/3 分位數(shù)的區(qū)間作為生態(tài)需水中高流量脈沖特征值的參考變化區(qū)間，考慮研究區(qū)域水資源短缺程度，設(shè)計(jì)高流量脈沖。

3 黃河下游生態(tài)需水過(guò)程評(píng)估

3.1 研究區(qū)域概況選擇黃河下游利津斷面作為生態(tài)需水過(guò)程研究區(qū)域（圖2）。利津斷面位于黃河入?？诟浇屈S河下游的控制性斷面。由于黃河流域水資源匱乏，過(guò)去幾十年間經(jīng)濟(jì)社會(huì)需水持續(xù)增長(zhǎng)，1970年代—1990年代下游頻繁斷流，近年來(lái)水文情勢(shì)趨于坦化，下游土著魚類種群數(shù)量銳減，且呈現(xiàn)出小型化、低齡化特點(diǎn)［32］。

圖2 研究區(qū)域水系示意圖

3.2 棲息地模擬結(jié)果考慮土著物種、生態(tài)價(jià)值、瀕危程度、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等，選擇鯉魚作為利津河段生態(tài)需水評(píng)估的指示物種。黃河鯉魚不同生命階段所需的流速和水深條件如表1所示。通過(guò)MIKE21模擬不同流速下利津斷面附近約20 km 河段的主槽及灘區(qū)。

表1 黃河鯉魚棲息地環(huán)境因子［33］

利津河段黃河鯉魚棲息地模擬結(jié)果如圖3和圖4所示。在生長(zhǎng)期：流量較小時(shí)適宜黃河鯉魚棲息的水域遍布整個(gè)河槽，而大流量時(shí)棲息地逐漸向河流水域邊緣轉(zhuǎn)移（圖3（a））；隨著流量的增加，棲息地面積迅速增大，在200 ～1000 m3/s 流量區(qū)間內(nèi)棲息地面積維持在較高水平；隨后隨著流量的增加棲息地面積逐漸減?。▓D4（a））；最小流量范圍為30 ～2500 m3/s，適宜流量范圍為50 ～1600 m3/s。在越冬期：棲息地面積始終隨著流量的增加而增大，在0 ～200 m3/s 流量區(qū)間內(nèi)棲息地面積增速較快（圖3（b）、圖4（a））；最小流量范圍為不低于120 m3/s，適宜流量范圍為不低于200 m3/s。在產(chǎn)卵期：在小流量時(shí)棲息地面積較大，隨著流量的增加棲息地逐漸轉(zhuǎn)移到水域邊緣（圖3（c）），面積迅速減小，流量超過(guò)1000 m3/s 后棲息地面積穩(wěn)定在較低水平（圖4（b））；最小流量范圍為30 ～400 m3/s，適宜流量范圍為50 ～300 m3/s。

圖3 不同流量下指示物種棲息地分布模擬結(jié)果

圖4 模擬得到的流量-棲息地面積曲線

3.3 水文參照系統(tǒng)特征值黃河干流利津斷面以上最早建設(shè)運(yùn)行的水利樞紐是三門峽水庫(kù)（1957年動(dòng)工），且1957年前黃河流域人口相對(duì)較少、生產(chǎn)力低下，水資源開(kāi)發(fā)利用率低，因此將1957年前利津斷面實(shí)測(cè)日徑流作為水文參照系統(tǒng)。

對(duì)于利津斷面，天然情況下黃河鯉魚生長(zhǎng)期（7─10月）最小流量為700 m3/s，越冬期（11月─次年3月）最小流量為74 m3/s，產(chǎn)卵期（4─6月）最小流量為280 m3/s。

圖5 1957年前利津斷面漲水期日均流量過(guò)程

表2 1957 前年利津斷面漲水期高流量脈沖特征值

表3 利津斷面生態(tài)需水過(guò)程評(píng)估成果

黃河干流漲水期為4─6月。由于6月臨近洪水期，中下旬易發(fā)生不屬于脈沖過(guò)程的高流量，因此分析時(shí)段為4月1日至6月10日。1957年前利津斷面日均流量過(guò)程顯示說(shuō)明高流量脈沖主要集中于4月上旬和5月上中旬（圖5）。將流量超過(guò)1220 m3/s（天然時(shí)期漲水期累積頻率25%的流量）且持續(xù)時(shí)間超過(guò)3 d 的流量事件視為高流量脈沖，統(tǒng)計(jì)1957年前利津斷面高流量脈沖發(fā)生情況，結(jié)果如表2所示。

3.4 利津斷面生態(tài)需水過(guò)程評(píng)估綜合考慮棲息地模擬結(jié)果和天然水文情勢(shì)的關(guān)鍵特征值，采用式（1）～（6）得到利津斷面生態(tài)流量過(guò)程（表3）。利津斷面4─6月、7─10月和11月─次年3月最小生態(tài)需水分別為280 m3/s、700 m3/s 和120 m3/s。適宜生態(tài)需水在4─6月和7─10月與最小生態(tài)需水相同，黃河鯉魚越冬期（11月─次年3月）比最小生態(tài)需水高80 m3/s。全年需提供1～2 次高流量脈沖，提供時(shí)間為4月上旬或5月上中旬，持續(xù)時(shí)間不低于7 d，峰值流量約2000 m3/s，平均流量約1500 m3/s。計(jì)算得到利津斷面全年最小生態(tài)需水量119 億m3，適宜生態(tài)需水量130 ～137 億m3，非汛期生態(tài)需水量占全年生態(tài)需水量的38% ～46%。

4 討論

4.1 與現(xiàn)有成果的對(duì)比得到國(guó)務(wù)院批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃》（簡(jiǎn)稱《黃流規(guī)》）中提出：利津斷面非汛期（11─6月）生態(tài)需水量約50 億m3，汛期輸沙需水量約170 億m3，全年生態(tài)需水量220 億m3；利津斷面4─5月最小生態(tài)需水75 m3/s、適宜生態(tài)需水120m3/s，6月最小生態(tài)需水150 m3/s、適宜生態(tài)需水250m3/s。本文得到的非汛期生態(tài)需水量與《黃流規(guī)》成果接近；水生生物繁殖關(guān)鍵期（4─6月）的生態(tài)需水量高于《黃流規(guī)》給出的適宜生態(tài)需水；《黃流規(guī)》汛期輸沙需水量較大，可以滿足本文的汛期生態(tài)需水量。

《黃河干支流重要河段功能性不斷流研究》綜合考慮黃河鯉魚棲息地和生態(tài)供水能力，提出了利津斷面生態(tài)流量［33］：4─6月、7─10月、11─次年3月最小生態(tài)需水分別為90 m3/s、350 m3/s和80 m3/s，適宜生態(tài)需水分別為270 m3/s、700 m3/s 和230 m3/s。該研究得到的最小生態(tài)需水考慮了歷史上黃河下游河道內(nèi)生態(tài)供水實(shí)際情況，因此最小生態(tài)需水取值較?。贿m宜生態(tài)需水兼顧了黃河鯉魚棲息需求和歷史保證率，與本文成果接近。

預(yù)警流量是預(yù)防黃河斷流、避免嚴(yán)重生態(tài)破壞的下限流量。利津斷面現(xiàn)行的預(yù)警流量為30 m3/s。本文提出的各時(shí)段的生態(tài)需水均高于利津斷面預(yù)警流量，具有合理性。

4.2 生態(tài)需水保證率分析分析1960─2016年實(shí)測(cè)日流量過(guò)程對(duì)本文提出的生態(tài)需水過(guò)程的保證率。天數(shù)保證率Rd計(jì)算公式如下：

式中：Ts為計(jì)算時(shí)段內(nèi)滿足生態(tài)需水的天數(shù)，d；Tt為計(jì)算時(shí)段總天數(shù)，d。

計(jì)算利津斷面全年以及年內(nèi)不同時(shí)段的生態(tài)需水天數(shù)保證率，適宜生態(tài)需水量按照1年提供1 次高流量脈沖計(jì)算，取表3中的下限值。結(jié)果顯示：全年最小生態(tài)需水天數(shù)保證率均值66%、適宜生態(tài)需水天數(shù)保證率均值61%；非汛期最小生態(tài)需水天數(shù)保證率均值69%、適宜生態(tài)需水天數(shù)保證率均值61%；生長(zhǎng)期生態(tài)需水天數(shù)保證率均值62%；越冬期生態(tài)需水天數(shù)保證率較高，最小生態(tài)需水天數(shù)保證率均值84%、適宜生態(tài)需水天數(shù)保證率均值72%；產(chǎn)卵期生態(tài)需水天數(shù)保證率最低，均值44%。

圖6 不同時(shí)段生態(tài)需水天數(shù)保證率

利津斷面1960─2016年生態(tài)需水天數(shù)保證率變化過(guò)程如圖6所示：1961─1970年間各時(shí)段生態(tài)需水天數(shù)保證率均較高；除產(chǎn)卵期外，其他時(shí)段的生態(tài)需水天數(shù)保證率在1970年代─1980年代間波動(dòng)較大，且整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但均值相對(duì)較高；1970年代─1980年代間產(chǎn)卵期天數(shù)保證率波動(dòng)劇烈，整體較低，個(gè)別年份接近0；1990年代至2000年代初，各時(shí)段生態(tài)需水天數(shù)保證率均較低，個(gè)別年份天數(shù)保證率極低，如1997年和2002年；2004年后各時(shí)段生態(tài)需水天數(shù)保證率均顯著提高，但個(gè)別年份仍然較低，如2011年和2016年。

統(tǒng)計(jì)利津斷面全年以及年內(nèi)不同時(shí)段的實(shí)測(cè)水量，與生態(tài)需水量對(duì)比。1960─2016年利津斷面年均水量267 億m3，高于最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量。各年統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示，除產(chǎn)卵期外，其他時(shí)段77%以上的年份均能滿足生態(tài)需水量，缺水年份主要集中于1997─2002年之間；一半以上的年份產(chǎn)卵期實(shí)測(cè)水量小于生態(tài)需水量，缺水年份集中于1980年代至2000年代初。

表4 1960─2016年利津斷面實(shí)測(cè)水量不低于生態(tài)需水量的年數(shù)及占比

4.3 高流量脈沖分析4─6月份是黃河下游魚類繁殖的高峰期，這一時(shí)段內(nèi)發(fā)生的高流量脈沖不僅對(duì)黃河鯉魚十分重要，對(duì)其它水生生物的發(fā)育和繁殖也具有重要的作用。如圖7所示，三門峽水庫(kù)修建前的近天然時(shí)期，利津斷面日均流量過(guò)程在4月上旬和5月上中旬有兩個(gè)明顯的峰值，說(shuō)明這兩個(gè)時(shí)段是高流量脈沖的高發(fā)時(shí)段；1991─1998年間，日均流量顯著減小，部分時(shí)段流量接近0，沒(méi)有高流量脈沖的高發(fā)時(shí)段；2010年后4─6月日均流量有較明顯的回升，但過(guò)程平緩，也沒(méi)有高流量脈沖的高發(fā)時(shí)段。

圖7 利津斷面不同時(shí)期4-6月日均流量過(guò)程

圖8 利津斷面典型年4-6月日流量過(guò)程

對(duì)典型年4月1日至6月10日流量進(jìn)行分析，結(jié)果如圖8所示。1955年利津斷面水文情勢(shì)近似天然狀態(tài)，平均流量1065 m3/s，最高流量2690 m3/s；4月初發(fā)生高流量脈沖，持續(xù)時(shí)間10 d，平均流量1633 m3/s，峰值流量2690 m3/s。1997年利津斷面斷流26 d，平均流量144 m3/s，最高流量773 m3/s，沒(méi)有發(fā)生高流量脈沖。2012年利津站實(shí)測(cè)徑流量283 億m3，是1990年以來(lái)徑流量最大的年份，比1987─2000年均值偏大98%；4月1日至6月10日平均流量522 m3/s，最高流量1250 m3/s；雖然流量變化范圍較大，但未發(fā)生高流量脈沖。

4.4 生態(tài)水量保障策略近年來(lái)利津斷面實(shí)測(cè)徑流過(guò)程不能滿足生態(tài)需水過(guò)程，需要加強(qiáng)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度、塑造適宜的流量過(guò)程。首先，黃河產(chǎn)水區(qū)主要在上游，因此需要強(qiáng)化水量統(tǒng)一調(diào)度，特別是發(fā)揮龍羊峽水庫(kù)多年調(diào)節(jié)作用，實(shí)現(xiàn)蓄豐補(bǔ)枯，保障枯水年和年內(nèi)枯水期河道內(nèi)生態(tài)水量；其次，4─6月是下游引黃灌區(qū)灌溉高峰期，也是生物繁殖的關(guān)鍵期，水庫(kù)需要提前預(yù)留水量，加大該時(shí)段下泄流量，保障農(nóng)業(yè)安全和生態(tài)健康；第三，需要在4月上旬或5月上中旬塑造1～2 次高流量脈沖，為生物提供生命節(jié)律信號(hào)。生態(tài)需水保證率分析結(jié)果顯示，利津斷面水量較充足，在科學(xué)的水量調(diào)度和充足的水利工程的保障下，利津斷面可以完全滿足生態(tài)需水過(guò)程。

4.5 存在的問(wèn)題受到人力物力限制，本文并未對(duì)棲息地模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。且黃河含沙量大，沖淤變化頻繁，不同年份河床形態(tài)變化大，棲息地模擬結(jié)果的適用性受到限制。這也是本文采用天然水文情勢(shì)特征值對(duì)棲息地模擬結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和修正的重要原因。

本文通過(guò)水文參照系統(tǒng)特征值對(duì)棲息地模擬成果進(jìn)行完善，補(bǔ)充了生命節(jié)律觸發(fā)信號(hào)和土著生物群落對(duì)流量的耐受范圍，但并未直接改進(jìn)棲息地模擬模型，僅模擬了流速和水深，沒(méi)有考慮水溫、溶解氧等。此外，黃河含沙量大，特別是調(diào)水調(diào)沙期間高含沙水流造成水生生物窒息死亡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，含沙量也應(yīng)成為模擬的關(guān)鍵要素。本文這一不足將在未來(lái)的研究中進(jìn)行完善。

5 結(jié)論

本文以維護(hù)河流生態(tài)完整性為目標(biāo)，結(jié)合棲息地模擬結(jié)果和水文參照系統(tǒng)特征值，提出了一種新的生態(tài)需水過(guò)程評(píng)估方法，以黃河下游利津斷面為例進(jìn)行生態(tài)需水評(píng)估，得到以下結(jié)論：

（1）利津斷面4─6月、7─10月和11月至次年3月最小生態(tài)需水分別為280 m3/s、700 m3/s 和120 m3/s，適宜生態(tài)需水分別為280 m3/s、700 m3/s 和200 m3/s；每年在4月上旬或5月上中旬需提供1 ～2次持續(xù)時(shí)間不低于7 d、流量不低于1220 m3/s 的高流量脈沖；年最小生態(tài)需水量119 億m3，適宜生態(tài)需水量130 ～137 億m3。

（2）1960─2016年利津斷面水量較充足，但年際和年內(nèi)分布不能滿足本文提出的生態(tài)需水過(guò)程，生物繁殖關(guān)鍵期（4─6月）生態(tài)需水天數(shù)保證率較低，且缺少高流量脈沖。

（3）黃河生態(tài)保護(hù)中需加強(qiáng)水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度，通過(guò)蓄豐補(bǔ)枯塑造適宜的生態(tài)流量過(guò)程，并適時(shí)塑造高流量脈沖。