渭河生態(tài)基流時空分異特征及保障率分析

王一艷，楊 濤，2，王 偉，張 倩

(1.陜西師范大學 地理科學與旅游學院，陜西 西安 710119；2.污染暴露與生態(tài)環(huán)境健康國際聯(lián)合研究中心，陜西 西安710062)

1 研究背景

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，水資源的過度開發(fā)利用，引發(fā)了水資源短缺、水土流失、水污染加劇以及河道徑流量銳減、生物多樣性降低、植被退化等生態(tài)環(huán)境問題，導致河流生態(tài)用水無法得到保證[1]，河流生態(tài)基流量優(yōu)化計算及配置成為國內(nèi)外流域水資源管理及生態(tài)恢復研究的熱點與難點問題。

國外對生態(tài)基流研究開展較早，研究主要集中在保護漁業(yè)資源和生物多樣性、美化生態(tài)環(huán)境、滿足游覽與通航需求、維護河流生態(tài)系統(tǒng)平衡以及流域生態(tài)保護可再生發(fā)展等幾個方面[2-5]，形成了相對成熟的計算方法及理論體系。我國河流生態(tài)基流的研究起始于20世紀70年代對西北干旱地區(qū)河流最小生態(tài)流量的計算和討論[6]，此后針對日益嚴重的斷流、水污染問題，我國開展了大量的河流生態(tài)基流研究，建立了相對完善的生態(tài)基流概念內(nèi)涵，但計算方法的研究相對較少。

目前河流生態(tài)基流量相關(guān)的估算方法可劃分為水文學法、水力學法、生境模擬法、綜合分析法、水文-生物分析法和其他方法[7-8]。水文學法對水文資料要求較少，計算過程簡單，應(yīng)用方便，但對河流狀況進行了簡化，沒有考慮生物信息及其相互影響，準確性不高[9]。生境模擬法需大量實測數(shù)據(jù)，但相關(guān)生物資料難以獲取，應(yīng)用受到限制。綜合分析法和水文-生物分析法[10-11]在河流生態(tài)基流評估實踐中的應(yīng)用較為廣泛。劉昌明等[12]針對現(xiàn)有方法的不足，提出了同時考慮河道信息和水生生物信息的生態(tài)水力半徑法。該法將河道內(nèi)滿足特征魚類產(chǎn)卵期的適宜流速作為生態(tài)流速，計算出河道過水斷面的生態(tài)水力半徑，根據(jù)該水力半徑計算得到的流量即為生態(tài)需水量。與傳統(tǒng)的水力法相比[13]，該法所涉及的水力學參數(shù)較多，可根據(jù)特征魚類在不同季節(jié)甚至不同月份的生態(tài)流速計算出相應(yīng)的生態(tài)需水量，能反映出生態(tài)需水量年內(nèi)時間變化特征。

渭河作為流經(jīng)關(guān)中地區(qū)的主要河流，受人為活動影響較大，上游河段由于受農(nóng)業(yè)活動的影響，生態(tài)基流量不足，中游河段水質(zhì)污染嚴重，下游河道泥沙淤積[14-15]。

本文根據(jù)渭河干流北道、林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣6個斷面的生態(tài)環(huán)境特征，對河流生態(tài)類型進行劃分，對渭河干流生態(tài)基流量進行優(yōu)化計算，并揭示生態(tài)基流量時空分異特征，擬為渭河水資源優(yōu)化配置和水生態(tài)恢復提供科學依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)域概況

渭河起源于甘肅省定西市渭源縣西南海拔3 495 m的鳥鼠山北側(cè)，是黃河右岸的最大一級支流，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西3個省，其中主要經(jīng)過今甘肅省的渭源、武山、甘谷、天水市北道區(qū)4縣(區(qū))、陜西省關(guān)中平原的寶雞、楊凌、咸陽、西安和渭南5市(區(qū))，渭河流域水系及主要水文站分布如圖1所示。渭河全長818 km，流域總面積為13.48×104km2，降水多集中在夏秋兩季，流域內(nèi)多年平均降雨量440～607 mm，年蒸發(fā)量1 271～1 657 mm。渭河在陜西境內(nèi)全長502.4 km，是陜西人民的“母親河”，在陜西乃至整個西北地區(qū)具有重要的戰(zhàn)略地位。然而，近年來由于水源不足、水質(zhì)污染等因素，渭河水資源嚴重短缺，日缺水量約55×104t[14]。據(jù)2007年完成的《陜西省黃河流域入河排污口普查登記報告》顯示，渭河廢污水年排放量達7.05×108t，大量未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)廢水破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，嚴重威脅到城鄉(xiāng)居民的飲水安全。水量短缺和生態(tài)基流量無法保障導致河道泥沙淤積、河流自凈能力不足，成為制約經(jīng)濟社會發(fā)展的主要問題。

圖1 渭河流域水系及主要水文站分布圖

2.2 數(shù)據(jù)來源

2.2.1 水文數(shù)據(jù) 本研究選取的渭河干流北道、林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣斷面1971-2014年的實測大斷面資料，包括月平均流量、月平均流速、河底高程、水位等，來源于中華人民共和國水文年鑒《黃河流域水文資料》。其中水力坡降J以及河道糙率n根據(jù)文獻資料[16]確定，如表1所示。

表1 各斷面所在河段的水力坡降及河床糙率取值

2.2.2 水質(zhì)指標 高強度的人類活動對渭河水質(zhì)產(chǎn)生了嚴重的負面影響，河流受到嚴重污染。渭河主要污染物為化學需氧量(COD)、氨氮(NH3—N)、5日生化需氧量(BOD5)、揮發(fā)酚和石油類。其中，作為地表水有機污染指標的COD濃度對河流水生生物構(gòu)成了嚴重威脅，并導致生態(tài)系統(tǒng)功能退化，在河流生態(tài)恢復研究中值得特別關(guān)注[15-16]。因此，本文將COD濃度作為渭河水質(zhì)污染的特征指標。按照2004年陜西省水利廳組織編制的《陜西省水功能區(qū)劃》，渭河干流主要斷面的COD濃度現(xiàn)狀值和目標值如表2所示。

表2 渭河干流主要斷面的COD濃度現(xiàn)狀值和目標值

2.2.3 泥沙資料 本文含沙量資料來自中華人民共和國水文年鑒《黃河流域水文資料》，從中選取了渭河干流各斷面1971-2014年的逐月平均含沙量。

2.3 渭河魚類產(chǎn)卵期生態(tài)流速的確定

2.3.1 特征魚類的確定 北京師范大學徐宗學教授團隊于2011-2013 年在渭河流域進行的 4 次魚類調(diào)查結(jié)果表明，鯉科魚類和鰍科魚類是渭河流域魚類群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢類群[17]，因此選擇鯉科的鯉魚和鯽魚以及鰍科的泥鰍[18-19]作為渭河河道內(nèi)保護的水生生物指示物種。

2.3.2 生態(tài)流速的確定 流速是影響魚類產(chǎn)卵繁殖的重要因素，根據(jù)渭河上、中、下游優(yōu)勢魚類，選取各河段特征魚類在產(chǎn)卵期所需流速的最大值，作為該河段的生態(tài)流速[20]。渭河3種常見魚類產(chǎn)卵期的流速要求見表3。

表3 渭河3種常見魚類產(chǎn)卵期的流速要求

根據(jù)表3中魚類的流速要求，同時結(jié)合這3種魚類產(chǎn)卵季節(jié)綜合分析[21-23]，所選取的渭河各主要斷面魚類所需生態(tài)流速(VE)可確定如下：鯉魚產(chǎn)卵期為4-7月，VE取0.30～0.80 m/s；鯽魚產(chǎn)卵期為4-6月，VE取0.30～0.60 m/s；泥鰍產(chǎn)卵期為5-6月，VE取0.30～1.04 m/s，其余非產(chǎn)卵期VE均取0.30～0.80 m/s[24-29]。

2.4 生態(tài)基流量分類評估方法

2.4.1 基于典型生態(tài)環(huán)境特征的河流生態(tài)類型劃分 渭河面臨的生態(tài)環(huán)境問題，主要表現(xiàn)在3個方面：一是水資源短缺嚴重，供需矛盾突出；二是水質(zhì)污染嚴重，多數(shù)斷面水質(zhì)達不到水域功能標準；三是水沙關(guān)系不平衡，下游河道泥沙淤積嚴重[30]。基于此，將河流生態(tài)類型劃分為3大類：

(1)生態(tài)修復型(E型)。林家村斷面處于渭河關(guān)中段上游，水質(zhì)較好，目前為II類水質(zhì)[15-16]，存在的問題是水量短缺。在用水高峰季節(jié)，由于生態(tài)基流量不足，造成河道干枯以致斷流，影響生物生存。該類型河段水生態(tài)恢復目標是恢復關(guān)鍵性魚類的棲息地。

(2)水質(zhì)污染型(W型)。渭河北道斷面位于甘肅天水段下游，靠近城鎮(zhèn)，近年來水質(zhì)污染較嚴重。魏家堡、咸陽斷面處于渭河中游，受人為活動影響大，斷面水質(zhì)為V類以上[31-32]，均不能滿足水質(zhì)標準，基本上喪失了水域功能要求。該類型河段水生態(tài)恢復目標是滿足水功能區(qū)水質(zhì)。

(3)泥沙淤積型(S型)。臨潼、華縣斷面處于渭河下游，由于三門峽水庫多年高水位蓄水運行造成回水影響等原因，河床淤積使河道不斷抬升，河道泥沙淤積嚴重，致使下游河道萎縮，主河槽過水斷面銳減，渭南以下的渭河成為名副其實的地上懸河[31]。該類型河段水生態(tài)恢復目標是減少泥沙淤積，提高斷面過水能力。

2.4.2 生態(tài)修復型(E型)河段生態(tài)基流量估算 生態(tài)修復型河段即林家村斷面達到河道生態(tài)基流量的要求，才能保持河床天然特征和水生生物多樣性。根據(jù)該修復目標應(yīng)用生態(tài)水力半徑法估算得到的生態(tài)基流量可為水資源優(yōu)化配置提供科學合理的參考，從而解決其河道斷流、生物棲息地被破壞及多樣性減少等問題。該類型河段生態(tài)基流量根據(jù)公式(1)～(2)計算，具體計算步驟見文獻[13]。

RE=n3/2VE3/2J-3/4

(1)

(2)

式中：VE為生態(tài)流速，m/s；QE為生態(tài)需水量(基流量)，m3/s；RE為生態(tài)流速所對應(yīng)的生態(tài)水力半徑，m；A為過水斷面面積，m2；n為河道糙率；J為水力坡度。

2.4.3 水質(zhì)污染型(W型)河段生態(tài)基流量估算 北道、魏家堡、咸陽斷面所在研究河段需滿足河道生態(tài)基流量的要求，才能恢復水體自凈功能和改善水質(zhì)，進而增加生物多樣性。因此，在該目標下采用生態(tài)水力半徑法與一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型結(jié)合估算生態(tài)基流量[33]，解決水污染嚴重和水質(zhì)惡化問題。控制斷面目標污染物濃度根據(jù)一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型[34]確定：

(3)

式中：C(x)為控制斷面目標污染物濃度，mg/L；C0為控制斷面現(xiàn)狀污染物濃度，mg/L；K為污染物降解的速率常數(shù)，d-1，本文取0.2/d[29]；x為排污口下游斷面距控制斷面縱向距離，m；VW為斷面平均流速，m/s。

根據(jù)公式(4)確定水質(zhì)污染型河段的生態(tài)流速：

Vo= max(VE，VW)

(4)

根據(jù)最優(yōu)流速得到最優(yōu)生態(tài)水力半徑，利用北道、魏家堡和咸陽斷面R-Q擬合關(guān)系，從而得到符合水質(zhì)目標條件下的生態(tài)基流量。

2.4.4 泥沙淤積型(S型)河段生態(tài)基流量估算 渭河屬于多沙河流，易于淤積，泥沙預計主要集中在下游，尤其是臨潼斷面以下的河段。臨潼、華縣斷面需達到一定量的河道生態(tài)基流，才能平衡水沙關(guān)系和保持河床自然形態(tài)，從而恢復河流健康。在該目標下采用生態(tài)水力半徑法與輸沙平衡結(jié)合估算生態(tài)基流量[35]，提高汛期流量，解決河道泥沙淤積、河床抬高及防洪安全等問題。

輸沙需水量計算關(guān)鍵是選擇水流挾沙力公式[36-37]，本文所采用的公式如下：

(5)

式中：S為某一河段或斷面平均含沙量，kg/m3；R為水力半徑，m；Vs為斷面平均流速，m/s；ω為懸移質(zhì)沉速，cm/s，在渭河下游河道挾沙力計算中，ω=0.004726 cm/s或ω=0.06426 cm/s，本文取0.004726 cm/s[37]。

再根據(jù)公式(6)計算泥沙淤積型渭河河段的生態(tài)流速：

Vo= max(VE，VS)

(6)

根據(jù)最優(yōu)流速得到最優(yōu)生態(tài)水力半徑，利用臨潼和華縣斷面R-Q擬合關(guān)系，從而得到河流輸沙所需生態(tài)基流量。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 渭河逐月生態(tài)基流量計算

3.1.1 渭河生態(tài)基流量計算結(jié)果 據(jù)上述優(yōu)化方法求得各個斷面多年月平均生態(tài)基流量，如圖2所示。由于生態(tài)基流量是保證生態(tài)系統(tǒng)健康的最低流量，因此選取各斷面枯水期的最小值作為生態(tài)基流量推薦值[38]，即渭河干流北道、林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣斷面的生態(tài)基流量推薦值分別為5.68、2.51、11.39、25.33、77.26、61.86 m3/s。從圖2可以明顯地看出汛期(7-9月)和非汛期(10-次年6月)的基流量變化過程。除汛期外，各斷面的生態(tài)基流量變化趨勢相同，臨潼、華縣斷面在汛期出現(xiàn)明顯的峰值，這是由于渭河屬于多沙河流，輸沙多集中在汛期，尤其是臨潼斷面以下的河段在汛期容易淤積。臨潼、華縣斷面汛期生態(tài)基流量較大，臨潼斷面汛期生態(tài)基流量最大值出現(xiàn)在7月，為505.66 m3/s，華縣斷面汛期生態(tài)基流量最大值出現(xiàn)在8月，為896.95 m3/s。

與徐宗學等[38]、武瑋等[39]的研究進行對比分析，本文各個斷面生態(tài)基流量計算結(jié)果偏大，尤其是魏家堡、咸陽、臨潼、華縣4個斷面，其原因為徐宗學等[38]選取了渭河流域受人類活動影響較小的1961-1985年的徑流資料。武瑋等[39]選取渭河流域受人類活動影響較小的1961-1980年的徑流資料，其多年平均生態(tài)基流量計算結(jié)果與本文相比，林家村斷面結(jié)果基本相符，咸陽、華縣斷面計算結(jié)果偏小。楊濤等[40]對渭河林家村斷面1960-2000年的實測流量進行計算，得到的林家村斷面生態(tài)基流量結(jié)果與本文相符。可見，本研究的計算結(jié)果符合渭河流域開展的相關(guān)研究，且能體現(xiàn)河流生態(tài)環(huán)境特征差異。同一條河流在不同時期受到不同因素的影響，其各個斷面所需生態(tài)基流量會隨之變化，因此水資源管理者應(yīng)及時對應(yīng)用后的河流生態(tài)基流量進行適應(yīng)性管理[38]，以便更好地維護河流生態(tài)健康。

3.1.2 渭河不同水平年生態(tài)基流量計算結(jié)果 生態(tài)基流量優(yōu)化法中未區(qū)分不同水平年的差異，對計算結(jié)果可能會產(chǎn)生一定影響。為此，對豐、枯水年兩種水平年分別進行計算。根據(jù)不同水平年分別計算逐月生態(tài)基流量，可以反映出河道年際徑流豐枯變化對生態(tài)基流量的影響，更符合實際。表4為各斷面不同水平年逐月生態(tài)基流量的計算結(jié)果，北道斷面豐、枯兩種水平年下非汛期平均生態(tài)基流量分別為4.95和4.45 m3/s，林家村斷面分別為8.39和4.77 m3/s，魏家堡斷面分別為37.53和15.67 m3/s，咸陽斷面分別為57.79和21.75 m3/s，臨潼斷面分別為93.11和59.20 m3/s，華縣斷面分別為114.13和57.94 m3/s。以林家村斷面在豐、枯水年下的生態(tài)基流量月際變化為例，如圖3所示，多年平均生態(tài)基流量與不同水平年徑流量的變化趨勢保持一致，豐水年基流量高于枯水年，區(qū)別最明顯的是汛期基流量的差異，同時月基流量汛期高于非汛期，這與實際情況相符。武瑋等[39]用Tennant法計算得出林家村斷面豐、枯水平年下的非汛期平均生態(tài)基流量分別為6.98和4.10 m3/s；咸陽斷面豐、枯水平年下的非汛期平均生態(tài)基流量分別為17.84和6.58 m3/s；華縣斷面豐、枯水平年下的非汛期平均生態(tài)基流量分別為21.59和8.90 m3/s，與本文相比，除林家村斷面基本相符，咸陽、華縣斷面整體差異較大。

表4 各斷面不同水平年逐月生態(tài)基流量計算結(jié)果 m3/s

3.2 渭河生態(tài)基流量時空分異特征

3.2.1 渭河生態(tài)基流量的逐月變化特征 由北道、林家村、魏家堡、咸陽、臨潼和華縣6個斷面的多年平均情形下的逐月生態(tài)基流量變化(圖2)可看出，除汛期外，渭河干流各斷面生態(tài)基流量月均值變化較一致。各斷面生態(tài)基流量年內(nèi)最大值均集中在汛期，非汛期均相差不大，反映出渭河干流汛期和非汛期的徑流變化過程。除汛期和非汛期生態(tài)基流量外，考慮到魚類產(chǎn)卵期，渭河上游代表魚類產(chǎn)卵期4-7月、渭河中游代表魚類產(chǎn)卵期4-6月、渭河下游代表魚類產(chǎn)卵期5-6月的生態(tài)基流量相對汛期較小，但相對其他月份較大。同時，運用相關(guān)分析統(tǒng)計方法可得，各斷面月均生態(tài)基流量除8月與1、2、3、4、6、10、11、12月差異不顯著(P>0.05)外，其余各月兩兩之間差異均顯著(P<0.05)。

圖2 渭河各斷面多年月平均生態(tài)基流量 圖3 林家村斷面不同水平年的生態(tài)基流量月際變化

3.2.2 渭河生態(tài)基流量的空間分異特征 渭河各斷面1-12月生態(tài)基流量空間分布如圖4所示，從圖4中空間分布特征來看，生態(tài)基流量總體呈上游低下游高的特征。其中汛期各斷面生態(tài)基流量排序為北道>林家村>魏家堡>咸陽>臨潼>華縣。魚類產(chǎn)卵期內(nèi)(4-7月)需要較大的生態(tài)基流量，排序為臨潼>華縣>咸陽>魏家堡>林家村>北道；非產(chǎn)卵期則為華縣>臨潼>咸陽>魏家堡>林家村>北道，各斷面生態(tài)基流量的差異主要是由于渭河各斷面特征魚類產(chǎn)卵期和生態(tài)流速不同，加之各斷面河道形態(tài)也不同。運用相關(guān)分析統(tǒng)計方法得，除魏家堡和華縣斷面月均生態(tài)基流量差異不顯著(P>0.05)外，其余各斷面之間差異均顯著(P<0.05)。

圖4 渭河各斷面1-12月生態(tài)基流量空間分布(單位：m3/s)

3.3 渭河生態(tài)基流量保障率分析

生態(tài)基流保障率反映渭河生態(tài)基流量的盈虧情況[41]。生態(tài)基流量月保障率公式為：

(7)

式中：Pn為月份n的生態(tài)基流量月保障率，%；QD為各站日平均流量，m3/s；QE為各站月均生態(tài)基流量，m3/s。

根據(jù)渭河各斷面1971-2014年日平均流量，以及汛期(7-9月)、非汛期(10-次年6月)和枯水期(12-次年3月)計算生態(tài)基流月保障率，計算結(jié)果如圖5所示。由圖5可看出，除北道斷面10月份日均流量能夠滿足生態(tài)基流量的要求外，其余各個斷面各個月份均不能滿足生態(tài)基流量的要求，各個斷面不同月份的生態(tài)基流量月保障率有著明顯的差異，除林家村斷面外，其余斷面汛期的生態(tài)基流量月保障率最高，非汛期保障率較低，枯水期問題最為突出，其中魏家堡斷面枯水期生態(tài)基流月保障率均不足10%，臨潼斷面的2月、華縣斷面的1、2和3月保障率為0，說明該河段生態(tài)基流量無法滿足泥沙沖淤的需求，影響了河段的基本水體功能。

進一步分析圖5可知，北道斷面最低生態(tài)基流量月保障率為33.33%，林家村斷面最低為35.12%，魏家堡斷面最低為5.38%，即每月僅2 d能夠滿足生態(tài)基流的要求，咸陽斷面最低為9.68%，即每月只有3 d能夠滿足生態(tài)基流的要求，而臨潼和華縣斷面生態(tài)基流量月保障率最低為0。其中林家村斷面生態(tài)基流量月保障率相對最高，平均保障率為66.51%，整體趨勢相比其他斷面差別較大，其中1、4和12月份比汛期生態(tài)基流量月保障率高，可能是渭河林家村河段上游寶雞峽引渭農(nóng)田灌溉工程無規(guī)律、大范圍的引水所致。究其根源，人為活動影響占主導作用。林家村斷面目前存在的主要問題是水量短缺，近年來降水量的減少導致渭河來水量減少，1年中最多有4個月處于斷流狀態(tài)，主要集中在2、3和5月，因此建議從外流域調(diào)水以保證河道不斷流，從而保護該河段具有經(jīng)濟價值的魚類，如鯉魚、鯽魚和鲇魚[36]。北道斷面位于城鎮(zhèn)附近，受人為活動影響更大，相比林家村生態(tài)基流量月的保障率較低。魏家堡、咸陽斷面周圍工業(yè)企業(yè)較多，目前水質(zhì)污染較為嚴重，均為劣Ⅴ類水，河流生態(tài)環(huán)境功能遭受破壞，應(yīng)考慮整改周圍企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境狀況以及對魏家堡水電站發(fā)電引水運行進行優(yōu)化調(diào)度，加大枯水期斷面下泄水量。臨潼、華縣斷面處于渭河下游，需要同時承接來自上游及支游的泥沙含量，因此河道泥沙淤積嚴重。為阻止下游淤積情況惡化，必須保證有足夠的輸沙水量，但輸沙需水量常常難以滿足，出現(xiàn)了生態(tài)基流量月保障率最低為0的情況，針對該情況應(yīng)考慮引江濟渭入黃調(diào)水工程的受水需求，以滿足渭河下游的供水目標，合理配置區(qū)域水資源。

圖5 渭河各斷面生態(tài)基流量月保障率

3.4 生態(tài)基流評價結(jié)果的驗證

為了進一步驗證本文所用方法的計算結(jié)果，同時采用Tennant法[13]對該6個斷面進行生態(tài)基流量的計算，然后將其與本文計算結(jié)果對比。Tenant法與本文對生態(tài)基流的優(yōu)化方法(簡稱AEHRA)計算結(jié)果對比如圖6所示。

圖6 渭河各斷面AEHRA與Tennant法生態(tài)基流量計算結(jié)果對比

圖6表明，渭河的降雨主要集中在7-9月份，這一時期為最大流量，AEHRA計算結(jié)果的最大流量均在這3個月份，符合實際。除北道外，其余各斷面逐月生態(tài)基流量趨勢變化較明顯，主要集中在汛期。除華縣汛期(7和8月)輸沙需水量較大，處于Tennant法標準的“最佳”～“最大”之間，其余斷面計算結(jié)果均介于Tennant法標準的“差”～“最佳”之間。其中林家村逐月生態(tài)基流量相差最大，尤其是汛期，林家村位于渭河關(guān)中段上游，建有寶雞峽引渭農(nóng)田灌溉樞紐工程[41]，受人為因素的影響，汛期相對需水量較大。臨潼、華縣逐月生態(tài)基流量相差較大，汛期最為突出，是因為渭河下游泥沙淤積嚴重，輸沙需水量大?？傮w而言，本文計算結(jié)果處于Tennant法的合理范圍內(nèi)，計算得到的生態(tài)基流量可以滿足河流基本生態(tài)功能的需要。

3.5 不確定性與適應(yīng)性討論

為了計算方便，本文選取產(chǎn)卵期、汛期具有代表性的時間段來說明計算，在實際的水資源管理調(diào)控中，還需要實踐來驗證。同時本文選取魚類作為指示生物，但所參考的水生生物資料有限，由過去年份實測資料而計算的生態(tài)基流量并不能反映未來的生態(tài)基流量趨勢，也不完全符合河流真實的生物組成情況，只能作為參考。因此選取魚類作為指示生物在實際中存在滯后性，這就決定了計算結(jié)果的不確定性。本文生態(tài)基流量的計算是以水生生物恢復、水體自凈和輸沙排沙3個功能目標為切入點來計算的，而Tennant法只以生物生存為切入點來計算，面向不同的水生態(tài)修復目標，需要選擇適宜的生態(tài)基流量計算方法。本文所采用的優(yōu)化計算方法適合于渭河“上游水少，中游水臟，下游水濁”的水環(huán)境特點，避免了Tennant法未考慮特征魚類對流速的需求以及計算標準設(shè)定的主觀性。

4 結(jié) 論

本文在識別渭河干流不同河段典型生態(tài)環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，針對不同類型的河流特點和修復目標對其進行生態(tài)基流量的優(yōu)化計算，分析渭河干流生態(tài)基流時空分異特征及保障率，得出以下主要結(jié)論：

(1)在統(tǒng)計1971-2014的水文資料基礎(chǔ)上，確定渭河干流北道、林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣斷面的生態(tài)基流量推薦值分別為5.68、2.51、11.39、25.33、77.26和61.86 m3/s。

(2)渭河干流各斷面月均生態(tài)基流最大值集中在汛期(7-9月)，最小值集中在枯水期(12-次年3月)。除汛期外，其余月均值變化軌跡整體一致，除8月與1、2、3、4、6、10、11、12月差異不顯著(P>0.05)外，其余各月兩兩之間差異均顯著(P<0.05)；從空間分布特征來看，林家村斷面1月生態(tài)基流量最小，華縣斷面8月生態(tài)基流量最大，體現(xiàn)出渭河上游生態(tài)基流量不足、下游河道泥沙淤積的生態(tài)環(huán)境特征。生態(tài)基流量總體上呈上游小下游大的特征，除魏家堡和華縣斷面月均生態(tài)基流量差異不顯著(P>0.05)外，其余各斷面之間差異均顯著(P<0.05)。

(3)根據(jù)生態(tài)基流量計算結(jié)果，對渭河干流各斷面進行生態(tài)基流量保障率分析，得出北道斷面年內(nèi)最低生態(tài)基流量月保障率為33.33%，林家村斷面最低為35.12%，魏家堡斷面最低為5.38%，臨潼和華縣斷面生態(tài)基流量月保障率最低為0，河流生態(tài)基流量在一定程度上難以得到保障。因此需要通過生態(tài)調(diào)度，從其他流域調(diào)水以及灌區(qū)節(jié)水等途徑解決，以促進河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復。

(4)本文所采用的計算方法經(jīng)過Tennant 法的驗證表明，除華縣汛期7 和8月外，其余斷面的計算結(jié)果均介于Tennant法的“差”～“最佳”之間，處于合理范圍內(nèi)。