河流生態(tài)流量確定方法分析

王鴻

摘要：采用生態(tài)基流法對(duì)陜西渭河生態(tài)基流進(jìn)行了估算。該方法不僅考慮了滿足水質(zhì)要求的自凈流量，還考慮了現(xiàn)有水生生物棲息地的流量要求。建立了一個(gè)水質(zhì)模型，用于估算四種情況下的自凈流量，包括目前的排放量和其他三種不同污染處理措施對(duì)應(yīng)的情況。利用生物指示劑法計(jì)算了現(xiàn)有水生生物棲息地的需水量。綜合這些流量需求，估算了陜西渭河的生態(tài)流量。并與其它方法，如坦南法、濕周法、R2ROSS法等進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，該方法具有較高的可靠性，更適合于陜西渭河生態(tài)基流的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：河流生態(tài);流量確定方法;分析

引言：渭河是黃河最大的支流，對(duì)黃河流域生態(tài)環(huán)境的改善起著重要作用。陜西渭河流域面積6.71萬(wàn)平方公里，占總面積的50%，集中了61%的人口、56%的耕地、72%的灌溉面積和81%的工業(yè)產(chǎn)值。在過(guò)去的幾十年里，渭河水體受到了嚴(yán)重的污染。另一方面，由于自然因素和人類活動(dòng)的影響，渭河年徑流量自20世紀(jì)80年代以來(lái)明顯減少。由于這些原因，渭河河道生態(tài)系統(tǒng)遭到了嚴(yán)重破壞。大多數(shù)水生生物已瀕臨滅絕。如何改善渭河的生態(tài)環(huán)境，一直是政府和研究者關(guān)注的問(wèn)題。

一、河流生態(tài)流量確定的意義

生態(tài)基流的確定具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)基流方法可分為水文法、水力分級(jí)法、生境模擬法和整體法，以及組合法和其他方法。水文方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單和易于處理的優(yōu)點(diǎn)，其中包括坦南方法、7Q10方法和得克薩斯方法。水文方法是根據(jù)天然河流的特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的，在大多數(shù)應(yīng)用中被用作粗略驗(yàn)證。水力評(píng)價(jià)方法，如濕潤(rùn)周長(zhǎng)法[6]和R2CROSS法，在水力指標(biāo)和水生生物棲息地之間建立了簡(jiǎn)單的關(guān)系。由于數(shù)據(jù)量小，水力分級(jí)方法得到了廣泛的應(yīng)用。但這種關(guān)系也是從天然河流中總結(jié)出來(lái)的。在調(diào)節(jié)河流中，使用水力評(píng)級(jí)方法可能無(wú)法評(píng)估生態(tài)基流。隨著生態(tài)基流研究的深入，發(fā)展了生境模擬方法[8，9]、整體方法和組合方法。該方法考慮了水生生物棲息地和流域特征的更多信息，可以得到更準(zhǔn)確的估算結(jié)果。但河流生態(tài)數(shù)據(jù)的缺乏往往是這些方法應(yīng)用的主要障礙。渭河流域由于水庫(kù)、河道、城市改道等人類活動(dòng)的影響，河流流量受到很大影響，限制了水文方法的應(yīng)用。由于侵蝕，斷面形狀不斷變化，尤其是在下游。采用水力分級(jí)方法時(shí)，會(huì)引起估算誤差。渭河污染嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，制約了生境模擬方法、整體方法和組合方法的應(yīng)用。本研究的目的是發(fā)展一種適用于渭河等重污染河流的生態(tài)基流方法。該方法既要考慮現(xiàn)有水生生物棲息地的流量需求，又要考慮自凈流量滿足水質(zhì)需求，以恢復(fù)河道內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)。提出了一種實(shí)用的河流生態(tài)基流評(píng)價(jià)方法——水質(zhì)模擬法（WQMA）。通過(guò)對(duì)渭河五個(gè)河段的Tennant法、最小月流量法、濕周法和R2ROSS法的應(yīng)用對(duì)比研究，驗(yàn)證了所提方法的可靠性。[1]

二、比較模型

1.回顧

坦能方法坦能方法，也被稱為蒙大拿方法，假設(shè)需要平均流量的一定百分比來(lái)維持健康的河流生態(tài)環(huán)境。通過(guò)對(duì)蒙大拿州、內(nèi)布拉斯加州和懷俄明州11條河流的橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，坦南發(fā)現(xiàn)河流寬度、水流速度和水深都從平均流量的0%迅速增加到10%，當(dāng)流量超過(guò)10%時(shí)，增加率下降。它假設(shè)水流速度和深度在低于平均流量10%的情況下退化，這將為大多數(shù)水生生物提供短期生存。此外，平均流量的30%將為大多數(shù)水生生物提供滿意的水流寬度、深度和流速。平均流量的60%為大多數(shù)人提供了極好的棲息地。[2]

2.濕周長(zhǎng)法

濕周長(zhǎng)法是以濕周長(zhǎng)為指標(biāo)來(lái)判斷生境，從而估算最小生態(tài)水流量的方法。為了確保棲息地周圍的濕潤(rùn)環(huán)境，水生生物得以生存[14]?；谏鲜黾僭O(shè)，濕周與水生生物的棲息地有直接的聯(lián)系。通過(guò)建立P-Q曲線和尋找變化點(diǎn)，可以得到最小生態(tài)基流。P-Q的關(guān)系可以從Manning公式（McCarthy 2003）得到。在重污染河流中，水質(zhì)是影響生態(tài)系統(tǒng)的主要因素。針對(duì)這些特點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了一種實(shí)用的方法-水質(zhì)模擬方法（WQMA），以有效地評(píng)估此類河流的生態(tài)基流。[3]重污染河流的生態(tài)流量Qh可分為兩部分：滿足生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)要求的自凈流量和保護(hù)河流內(nèi)現(xiàn)有水生生境的最小流量，Qp為自凈流;Qh是水生棲息地的流量。由于外部條件和生態(tài)系統(tǒng)功能的不同，不同河段的生態(tài)基流大小會(huì)發(fā)生變化。[4]

三、結(jié)語(yǔ)：

采用WQMA對(duì)代表不同污染物處理措施的三種情景進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，采取這些措施可以減少生態(tài)流量，控制排放總量更有效。并與Tennant法、R2ROSS法和濕周法的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，WQMA的結(jié)果明顯大于這些結(jié)果。其原因是對(duì)重污染后果的自凈需要更大的流量。從水量和水質(zhì)兩方面考慮，WQMA更適合模擬渭河等污染嚴(yán)重的河流。

參考文獻(xiàn)：

[1]華祖林，董越洋，褚克堅(jiān).高度人工化城市河流生態(tài)水位和生態(tài)流量計(jì)算方法[J].水資源保護(hù)，2021，37（1）：140-144.

[2]季小兵，馬玉其，王新友， 等.基于1960-2018年實(shí)測(cè)徑流與水文學(xué)方法的開(kāi)都河生態(tài)流量分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2020，31（6）：17-23，30. DOI：10.11705/j.issn.1672-643X.2020.06.03.

[3]涂晶晶，陳森林，艾學(xué)山， 等.河流生態(tài)流量特征圖及生態(tài)流量評(píng)價(jià)方法[J].水資源保護(hù)，2015，31（1）：99-105.

[4]嚴(yán)勰.利用生態(tài)環(huán)境需水評(píng)估方法確定引水式電站最小下瀉流量[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，31（5）：99-107.

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