遼河流域生態(tài)需水量計算及水資源分配研究

曾祥玲

（遼寧省生態(tài)環(huán)境保護科技中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

美國漁業(yè)與野生生物保護組織（United States Fish and Wildlife Service，USFWS）于20 世紀40 年代提出了河流生態(tài)需水量的概念并開始進行研究，當時的河流生態(tài)需水量是指避免河流生態(tài)系統(tǒng)退化的河道最小流量［1-3］。國內外早期關于河流生態(tài)需水量的研究主要是對河道枯水流量的研究，隨著研究的深入，河流生態(tài)需水量被賦予了更多的內涵與意義［4-8］。目前河流生態(tài)需水量是在河道最小生態(tài)流量的基礎上加入河道稀釋自凈需水量，河道輸沙需水量，河道水鹽平衡需水量，河口地區(qū)生態(tài)平衡需水量，水（濕）生生物棲息地需水量，地下水入滲補給需水量，河流系統(tǒng)中天然和人工植被耗水量，保持水體調節(jié)氣候、美化景觀等功能所損耗的蒸發(fā)量等［9-10］。

2 遼河生態(tài)需水量計算方法

由于水資源短缺，水資源開發(fā)利用率高，遼河流域的水環(huán)境問題應加以重視。合理分配河流生態(tài)需水比例，進行水資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，是進行水生態(tài)恢復的關鍵，而計算河流生態(tài)需水量成為首要解決的問題。

遼河流域的主要環(huán)境問題是河道斷流、泥沙淤積、地表水污染等［11］，因此，遼河流域應該以解決河道斷流、泥沙淤積、水體污染為近期的重要治理目標。根據流域存在的主要生態(tài)環(huán)境問題來確定河流生態(tài)需水量類型。遼河流域生態(tài)需水量由河流基本生態(tài)需水量、河流稀釋自凈需水量、河流輸沙需水量和河流蒸發(fā)需水量4 個部分組成。

2.1 河流基本生態(tài)需水量

河流基本生態(tài)需水量，又稱為河道最小生態(tài)流量，是指用以維持河流的基本形態(tài)和功能不受破壞，維持水生生物的生長與繁殖所需要的水量。采用月保證率法計算河流基本生態(tài)需水量，具體步驟為：根據水文數據，將河流的月天然徑流量進行排序。計算不同保證率（25%，50%，75%，95%）及多年平均狀態(tài)下所對應的各月的天然徑流量。以不同的月天然徑流量的百分比作為河流基本生態(tài)流量的等級，計算得出不同保證率及多年平均狀態(tài)下的月基本生態(tài)需水量。

2.2 河流稀釋自凈需水量

河流稀釋自凈需水量采用近10 年最枯（?。┰缕骄髁糠ㄓ嬎悖?2］，即用近10 年最枯（?。┰缕骄髁孔鳛楹恿飨♂屪詢粜杷?。該方法是由7Q10 法［13］修改而來的，計算公式如下：

式中，Wd為河流稀釋自凈需水量，m3；Wij為近10 年最枯（?。┰缕骄鶑搅髁?，m3。

2.3 河流輸沙需水量

河流輸沙需水量是指河流為了維持河道水沙平衡所需水量，每年6—9 月為遼河流域汛期，汛期的輸沙量約占全年輸沙總量的80%以上，因此可以以汛期輸沙需水量代替全年輸沙需水量，而非汛期的輸沙需水量可以忽略。計算公式為：

式中，Ws為河流輸沙需水量，m3；η 為輸沙效率，即入口斷面輸沙量與出口斷面輸沙量的比值；α 為指數，η＜1 時，取α＝1，η＞1 時，取α＝0；Ww為凈水量，m3；W為徑流量，m3；S 為輸沙量，108t；γs為泥沙容量，一般取2.65 t/m3。

2.4 河流蒸發(fā)需水量

河流蒸發(fā)需水量主要是指由于水面蒸發(fā)所需要的補水量。當河流水面蒸發(fā)量大于降水量時，河流蒸發(fā)需水量為兩者之差；當河流水面蒸發(fā)量小于降水量時，河流蒸發(fā)需水量為0。計算公式如下［14］：

式中，We為河流蒸發(fā)需水量，m3；A 為水面面積，m2；E 為水面蒸發(fā)量，mm；P 為降水量，mm。

2.5 河流生態(tài)需水量計算方法整合

河流的生態(tài)需水量按照其功能類型可分兩類，分別為非消耗型需水量和消耗型需水量，生態(tài)需水量則為這兩部分需水量之和。其中非消耗型需水量包括河流基本生態(tài)需水量、河流稀釋自凈需水量和輸沙需水量，計算時采用取大原則。消耗型需水量為蒸發(fā)需水量［15］。

3 數據來源與分析

本研究所用的數據來源于1996—2010 年中華人民共和國水文年鑒。研究選取遼河干流7 個水文站（福德店、通江口、鐵嶺、馬虎山、平安堡、遼中和六間房）、渾河干流4 個水文站（北口前、撫順、沈陽和邢家窩棚）、太子河干流5 個水文站（小市、本溪、遼陽、小林子和唐馬寨）的天然月徑流量、輸沙率、降水量和蒸發(fā)量等資料。根據遼河流域水文要素變化特征，6—9 月為汛期，7—8 月為主汛期，其他月份為非汛期，將遼河流域的需水過程分為汛期和非汛期，分別計算其生態(tài)需水量。

4 生態(tài)需水量計算

4.1 基本生態(tài)需水量

采用月（年）保證率法計算河流基本生態(tài)需水量，由于遼河流域水資源開發(fā)利用程度較高，采用河流天然徑流量的10%作為河流的基本生態(tài)需水量。河流在75%保證率下的基本生態(tài)需水量見表1。

表1 基本生態(tài)需水量 108 m3

4.2 河流稀釋自凈需水量

應用近10 年最小月平均流量法計算河流稀釋自凈需水量，結果見表2。

表2 稀釋自凈需水量 108 m3

4.3 河流輸沙需水量

遼河的輸沙功能可在6—9 月完成，根據這一特點，本研究只考慮6—9 月輸沙需水量，結果見表3。

表3 輸沙需水量 108 m3

4.4 河流蒸發(fā)需水量

以相鄰2 個水文站中間點為分界，分別計算各水文站的蒸發(fā)量，若該水文站沒有蒸發(fā)量和降水量的相應數據，則采用鄰近水文站的數據，結果見表4。

表4 蒸發(fā)需水量 108 m3

4.5 河流生態(tài)需水量整合

對各水文站區(qū)間的生態(tài)需水量進行類型整合，在基本生態(tài)流量、稀釋自凈需水量和輸沙需水量中選取最大值，再與蒸發(fā)需水量進行疊加，計算得出各水文站在75%保證率下的生態(tài)需水量，見表5。

表5 生態(tài)需水量 108 m3

5 生態(tài)需水與水資源優(yōu)化配置

遼河干流、渾河干流及太子河干流各水文站生態(tài)需水量（P＝75%）與多年平均徑流量的比值見表6。表6 中所得結果可用于各水文站水資源優(yōu)化配置，即在進行水資源規(guī)劃時，各水文站需留出大于該比值的水量，用于生態(tài)需水，以保證流域水生態(tài)系統(tǒng)健康。

表6 生態(tài)需水量與年均徑流量比值

6 結論與建議

（1）本研究計算了遼河、渾河及太子河干流的主要水文站的生態(tài)需水量，根據水文資料與生態(tài)需水量的對比，可以得出在天然徑流條件下，各水文站基本都能滿足生態(tài)需水量的要求，而且還有部分剩余水量，可作為河道外引用水。

（2）遼河、渾河及太子河干流具有明顯的季節(jié)性，充分利用汛期水量，既可以避免汛期洪水威脅，又可保證非汛期有水可用。因此應充分利用河流的上游水庫，在汛期蓄水，在非汛期或枯水年放水，以保持河流基本生態(tài)需水量，維持河流基本生態(tài)功能。

（3）各水文站生態(tài)需水量（P＝75%）與多年平均徑流量的比值，可用于各水文站水資源優(yōu)化配置，即在進行水資源規(guī)劃時，各水文站需留出大于該比值的水量，用于生態(tài)需水，以保證流域水生態(tài)系統(tǒng)健康。