河道內(nèi)生態(tài)需水量計算方法探討

李想

摘要：河道內(nèi)的生態(tài)需水量是滿足魚類產(chǎn)卵生存和保持河道生態(tài)健康的最低需水量，是維護(hù)河流健康和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的基本條件，保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)才留住綠水青山，才能將其變?yōu)椤敖鹕姐y山”。因此，探討河道內(nèi)生態(tài)需水量的計算方法，使其更好地應(yīng)用于實踐，具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：河道;生態(tài)需水量;計算方法

河道內(nèi)的生態(tài)需水量最早是美國漁業(yè)和野生動物保護(hù)組織提出的[1]。是為維護(hù)和保護(hù)河流的最基本生態(tài)功能不被破壞所必須在河道內(nèi)保留的最小的水量，具有優(yōu)先滿足性。工程實踐中，水利工程的建設(shè)都需要考慮河道的生態(tài)環(huán)境需水量，避免河道斷流，影響河流的生態(tài)環(huán)境和功能。河道生態(tài)需水量是維持河道生態(tài)健康可持續(xù)發(fā)展的必要條件。

河道內(nèi)生態(tài)需水量的計算涉及多門學(xué)科，目前還沒有統(tǒng)一的計算方法，目前計算方法中的使用較廣泛有歷史流量法和水力學(xué)法，歷史流量法主要包括蒙大拿法、7Q10法，水力學(xué)法主要包括R2cross法和濕周法[2]。

1河道內(nèi)生態(tài)需水量研究現(xiàn)狀

目前我國用于河道生態(tài)需水量的計算方法大多由國外引進(jìn)，在實際計算河道生態(tài)需水量的過程中，大多都只是從水文數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)據(jù)出發(fā)，偏重于宏觀尺度，而對生態(tài)信息的關(guān)注度較少。國內(nèi)河道內(nèi)生態(tài)需水量研究主要集中于北方干旱區(qū)域，對南方濕潤地區(qū)的河流的關(guān)注度較少。應(yīng)逐步完善河流生態(tài)需水量計算方法的適用性分析和試驗研究。通過實地調(diào)查和實驗相結(jié)合，尋求適合國內(nèi)不同河流的生態(tài)流量的計算方法。

2歷史流量法介紹

2.1蒙大拿法（Tennant法）

Tennant法是一種更多地依賴于河流流量統(tǒng)計的方法，建立在歷史流量統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，將多年平均天然流量的百分比作為生態(tài)基流的一種方法，該方法是對美國東部和西部許多河流的12種生境和用途參數(shù)進(jìn)行廣泛現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上提出的。

蒙大拿法是依據(jù)水文資料建立的流量與棲息地質(zhì)量之間的經(jīng)驗關(guān)系，僅僅使用歷史流量數(shù)據(jù)資料就能確定河道內(nèi)生態(tài)需水量，使用簡單、方便，但作為一種經(jīng)驗關(guān)系，具有地區(qū)差異，在使用之前，一般需要對其所定的標(biāo)準(zhǔn)在本地區(qū)的適用性進(jìn)行分析和檢驗[3]。例如，中國北方地區(qū)，生態(tài)需水量要考慮季節(jié)性河流豐枯變化頻繁和魚類產(chǎn)卵育苗生物活動周期，結(jié)合自然河流豐平枯水文情勢變化特征，采用不同頻率典型年的月徑流量來計算河道的生態(tài)需水量[4]。

2.2 7Q10法

該方法是從控制污染源排放的角度出發(fā)，以90%保證率最枯連續(xù)7天的平均水量作為河道的最小的生態(tài)需水量。一般來說，河流的天然來水量基本上會超過7Q10流量，滿足這個要求就能滿足自然狀態(tài)下的排污要求，7Q10流量一般會小于10%保證率年的平均流量，因此采用此方法所確定的生態(tài)需水量對河流生態(tài)的保護(hù)作用是不夠的。我們國家目前利用該方法的思路是采用近10年的最枯月的平均流量或者90%保證率最枯月的平均流量作為河道生態(tài)需水量的設(shè)計值。也有人采用河流最小月徑流量多年平均值作為河流的生態(tài)需水量。

3水力學(xué)法介紹

3.1濕周法

該方法的一種假設(shè)條件為保護(hù)好臨界區(qū)域的水生生物棲息地的濕周也將對非臨界區(qū)域的棲息地提供良好的保護(hù)。采用濕周作為棲息地的質(zhì)量指標(biāo)，通過現(xiàn)場搜集渠道的幾何尺寸和流量數(shù)據(jù)，繪制臨界棲息地區(qū)域（通常是淺灘）濕周與流量的關(guān)系曲線，根據(jù)濕周和流量關(guān)系圖中的轉(zhuǎn)折點來確定河道內(nèi)的生態(tài)需水量值。用此種方法需要注意的是多斷面的資料要比單斷面的資料更具有代表性，河道的形狀對計算結(jié)果的影響較大，該方法適用于濕潤河網(wǎng)地區(qū)和河槽穩(wěn)定并且不隨時間變化的河道，大部分用于寬淺型河道[5]。

3.2 R2cross法

該方法以曼寧公式為基礎(chǔ)，適用于淺灘河流棲息地類型，該方法的河道內(nèi)的生態(tài)需水量基于一種假設(shè)，即淺灘是最臨界的河流棲息地類型，而保護(hù)淺灘棲息地也能保護(hù)其他的水生生物棲息地。通過水域生態(tài)系統(tǒng)平衡分析，根據(jù)水生生物生產(chǎn)量與平均水深、流量、河寬等的關(guān)系，由曼寧公式計算所需的生態(tài)水量。曼寧公式如下：

公式中：V為水流流速;n為糙率（使用時可根據(jù)實際河流情況查表，也可由實驗測得）;R為水力半徑，是流體面積與濕周長的比值;S為明渠的水力坡度。

4計算方法的優(yōu)缺點比較

（1）歷史流量法是以河道的水文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以天然徑流量的百分比作為河流生態(tài)流量，認(rèn)為流量是能維持現(xiàn)存的生命形式，該方法使用簡單，易懂，對于數(shù)據(jù)的要求不高，但是沒有結(jié)合河流的實際情況，也沒有考慮生物的具體需求和生物間的相互影響。也沒有結(jié)合地形條件，只能在優(yōu)先度不高的河流使用，粗略的估計河流的生態(tài)需水量。

（2）水力學(xué)法結(jié)合了具體河道的斷面情況和棲息地環(huán)境，以維持河道基本形態(tài)和足夠的水量為目標(biāo)，以河道的具體水力參數(shù)確定河流所需的生態(tài)流量，與歷史流量法相比，包含了很多河流信息，優(yōu)點是只需要進(jìn)行簡單的現(xiàn)場測量河道斷面，不需要詳細(xì)的物種信息，數(shù)據(jù)較容易獲取，但此方法并未考慮其他的棲息地類型，只是針對了具體的測量斷面。此種方法多數(shù)用于生態(tài)瀕危地區(qū)，為其他方法提供水力學(xué)依據(jù)。

5建議

國內(nèi)目前的計算方法較多是應(yīng)用傳統(tǒng)的水文及水力學(xué)思想，而應(yīng)用生態(tài)學(xué)信息建立的物理實驗?zāi)Ｐ头椒ㄝ^少，而國外恰恰將此作為重點去研究河道內(nèi)的生態(tài)環(huán)境需水量，河道內(nèi)的生態(tài)需水量應(yīng)該重點考慮生態(tài)環(huán)境的變化和發(fā)展，詳細(xì)研究環(huán)境的生態(tài)信息，應(yīng)側(cè)重生物學(xué)信息研究。

河道內(nèi)的生態(tài)需水量不能單單考慮水量，還需要結(jié)合水質(zhì)及成本價值，從生態(tài)環(huán)境的功能要求出發(fā)，結(jié)合水質(zhì)改善目標(biāo)，考慮生態(tài)系統(tǒng)能夠容納的最差水質(zhì)，也要從用于生態(tài)環(huán)境而失去用在其他方面應(yīng)該產(chǎn)生的效益方向出發(fā)，來分析生態(tài)需水量的費用效益問題。

參考文獻(xiàn)

[1]王珊琳，叢沛桐，王瑞蘭.生態(tài)環(huán)境需水量研究進(jìn)展與理論探析[J].生態(tài)學(xué)雜志，2004，23（6）：111- 115.

[2]史方方，黃薇.河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水量計算方法研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008，14（10）：779-781.

[3]門寶輝，劉昌明.Tennant法計算標(biāo)準(zhǔn)的修正及其應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，40（3）：479-482.

[4]劉樹春，劉永鵬.大伙房水庫下游河道內(nèi)最小生態(tài)需水量研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012，（1）：261-263.

[5]林超，何杉.海河流域生態(tài)現(xiàn)狀用水量調(diào)查和生態(tài)需水量計算方法[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2003，（2）：11-18.