內(nèi)陸河不同方法的河流生態(tài)流量確定分析研究
——以張掖市黑河為例

甄玉龍

（張掖市水務(wù)局，甘肅 張掖 734000）

1 基本情況

張掖市地處河西走廊中段、黑河流域中游，屬溫帶干旱性氣候，年降水量110mm，蒸發(fā)量1400mm，境內(nèi)有年徑流量在百萬立方米以上的大小內(nèi)陸河40 條。全市可開發(fā)利用的河流26 條，可利用水資源量26.5 億立方米，人均水資源量1250m3，畝均327m3，分別為全國平均水平的75%和19%，屬中度缺水地區(qū)。水是經(jīng)濟社會發(fā)展的第一要素，特殊的地理位置和水源氣候條件決定水資源條件先天不足，水生態(tài)環(huán)境容量有限。張其昀《甘肅省河西區(qū)之渠工》這樣記載“河渠為河西之命脈，水至為良田，水涸為棄壤，有灌溉之利即成平疇綠野，否則為荒涼不毛之沙漠，昔日謂無黑河則無張掖。”

黑河是我國第二大內(nèi)陸河，發(fā)源于南部祁連山區(qū)，分東西兩支，東支為干流。黑河干流從祁連山發(fā)源到尾閭居延海，全長928km，流域內(nèi)由南向北分布為水源涵養(yǎng)生態(tài)區(qū)、牧業(yè)區(qū)、農(nóng)耕區(qū)、牧耕區(qū)、荒漠生態(tài)區(qū)[1]，以鶯落峽、正義峽為界，分上中下游?！端廴痉乐涡袆佑媱潯穼⑸鷳B(tài)流量納入水資源調(diào)度方案，是一個重大的制度創(chuàng)新。盡可能地減少人類活動對水生態(tài)環(huán)境的影響，加強江河湖庫水量調(diào)度管理，采取閘壩聯(lián)合調(diào)度、生態(tài)補水等措施，合理安排閘壩下泄水量和泄流時段，維持河湖基本生態(tài)用水需求，重點保障枯水期生態(tài)基流。[2]內(nèi)陸河由于徑流以降水補給為主，年內(nèi)分配不均，地表水～地下水多次轉(zhuǎn)換并重復利用，徑流產(chǎn)流、利用、消失分區(qū)明顯,導致生態(tài)流量定量問題非常復雜。本次黑河的河流生態(tài)流量確定，僅以黑河出山口國家一級水文站鶯落峽水文站1956 年至2016 年61 年系列水文資料開展確定分析研究。

2 河道生態(tài)環(huán)境需水量計算依據(jù)

2.1 理論依據(jù)

1）《水利水電建設(shè)項目水資源論證導則》[3]。水利部2011 年2 月發(fā)布，2011 年5 月開始實施的《水利水電建設(shè)項目水資源論證導則》（SL525-2011）要求，河道生態(tài)需水量的確定，原則上要按多年平均流量的10%～20%確定；季節(jié)性河流或干旱地區(qū)，需在保持現(xiàn)狀生態(tài)用水量的基礎(chǔ)上適度增加，即把保持這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀作為最低要求。

2）《河湖生態(tài)需水評估導則》[4]。水利部2010 年10 月發(fā)布，2011 年1 月開始實施的《河湖生態(tài)需水評估導則》（SL/Z479-2010）。河流生態(tài)需水計算方法包括水文學法、水力學法、棲息地評價法整體分析法等，其中水文學法又包括蒙大拿法、流量歷時曲線法、RVA 法等，并對生態(tài)需水計算方法的選用條件作出限定，同一地區(qū)的生態(tài)需水計算可以采用多種計算方法進行成果校核。

3）水電工程生態(tài)流量計算規(guī)范[5]。國家能源局2016 年12 月發(fā)布，2017 年5 月開始實施的《水電工程生態(tài)流量計算規(guī)范》（NB/T35091-2016)。河流生態(tài)流量的計算方法主要由水力學法、生態(tài)水文學法、生境分析法、水文學法。水力學法中濕周法適用于河床形狀穩(wěn)定的、寬淺矩形和拋物線型斷面的河道；R2-CROSS 法適用于非季節(jié)性小型河流；水文學法中的蒙大拿法適用于北溫帶較大的常年性河流；生態(tài)水力學法適用于多年平均流量大于等于150m3/s 的河流。

3 黑河的河流生態(tài)流量確定

黑河來水量是由降水形成的地表徑流、冰川融水量及少量的地下水回歸組成。分析1956 年至2016 年61 年系列水文資料，最小1973 年鶯落峽流量11.04 億m3，最大1989 年鶯落峽流量23.11 億m3，按算術(shù)平均法計算均值：，為N 年系列的年徑流量均值，Wi 為第i 年的年徑流量。計算出年徑流變差系數(shù)Cv 為0.17，年極值比2.09，說明黑河上游的年徑流變化相對穩(wěn)定。祁連山山前地帶受構(gòu)造特別是新構(gòu)造運動的控制，水位埋深變化劇烈，黑河出山口鶯落峽以后，流入山前沖擊扇，洪積扇頂部近山一側(cè)往往發(fā)育數(shù)條幾乎與山體走向相平行的隱伏斷層，使這一地帶水位埋深跌宕起伏，地下水水式中：量豐富。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)的特殊性，收集的水文資料情況，開展不同方法的生態(tài)流量分析。

3.1 蒙大拿法

雖然蒙大拿法適用于北溫帶較大的常年性河流，但按照《水利水電建設(shè)項目水資源論證導則》要求，河流生態(tài)流量的確定以多年平均流量的10%～20%確定。參考《甘肅省水利廳、甘肅省環(huán)境保護廳關(guān)于嚴格落實祁連山的地區(qū)水電站最小下泄流量的通知》（甘水河湖發(fā)〔2018〕189 號），選用61 年系列資料，確定平均流量16.56 億m3，日均流量52.5 m3/s，生態(tài)流量為5.25m3/s。

3.2 10 年最枯月平均流量法

61 年系列資料，選取近10 年（2007 年～2016 年）的最枯月平均流量，計算其平均生態(tài)流量11.57m3/s。

3.3 Q90 法

將61 年系列資料90%頻率（19.87 億m3）下的最小月平均流量11.57m3/s。

3.4 流量歷時曲線法

參照97 分水方案資料，用保證率方法劃分鶯落峽豐、平、枯水年。由于內(nèi)陸河的來水過程特殊性，將50%的累積頻率相應(yīng)的月平均流量作為生態(tài)基流，成果見表1。

表1 生態(tài)流量

4 總結(jié)與啟示

內(nèi)陸河的生態(tài)流量的劃定缺少相關(guān)的技術(shù)支撐，以上不同方法的生態(tài)流量確定成果差異較大。由于內(nèi)陸河徑流的特征，10 年最枯月平均流量法、Q90 法成果相同。但由于季節(jié)的約束，河川徑流量年內(nèi)分配不均，且冬季水量大多以冰的形式槽蓄在河道中，受季節(jié)的制約明顯。黑河已建成4 座水電站庫容0.8 億立方米，庫容達到2.95 億立方米黃藏寺水庫即將蓄水，調(diào)蓄工程蓄水量將占到61 年平均流量的23%，通過調(diào)蓄徑流調(diào)水期大流量下泄，其余時段按灌溉要求泄水，冬季泄水放生態(tài)基流兼顧發(fā)電的運行方式，將對黑河中游和下游進行水資源配置，河道水文過程產(chǎn)生較大影響。

生態(tài)流量的確定非常復雜，原則是盡可能地減少人類活動對水生態(tài)環(huán)境的影響。生態(tài)基流從定性上好說，但是從量上很難確定、評判。例如，對于最小生態(tài)基流，小到什么程度才合適？學術(shù)界關(guān)于生態(tài)基流的研究性成果很多，但是缺少系統(tǒng)的、全面的研究和評價。南北方的氣候條件不一樣，外流河和內(nèi)流河水資源稟賦差異，部分河流水生生物特殊的要求，需要綜合考慮流域的干支流情況、氣候條件，以及水生生物、魚類、植物等對水生態(tài)條件的特殊需求，將已有的水電站環(huán)評報告書中提到的生態(tài)基流數(shù)，科研機構(gòu)研究得出的生態(tài)基流數(shù)，放在一張圖上進行分析。通過大數(shù)據(jù)、人工智能綜合研判，找到一個平衡點，既能滿足水資源開發(fā)利用的需求，又不會從生態(tài)環(huán)境角度造成災(zāi)難性影響，實際上就達到了生態(tài)基流的要求，實現(xiàn)了保障水生態(tài)安全的最終目標。