南汀河河道內(nèi)適宜生態(tài)流量計(jì)算

陳 榮，徐曉鵬，馬建頂

（云南省水文水資源局臨滄分局，云南 臨滄 677000）

1 研究背景

生態(tài)流量指水流區(qū)域內(nèi)保持生態(tài)環(huán)境所需要的水流流量，其目的是維持下游生物及植物的生存生態(tài)[1]。2005年水利部發(fā)布《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》，規(guī)定其對(duì)河道內(nèi)生態(tài)需水量原則上按多年平均流量的10%～20%考慮[2]，2006年國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理司發(fā)布《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南》，也明確提出生態(tài)基流下限不得低于多年平均天然徑流量的10%[3]，2008年《水資源供需預(yù)測(cè)分析技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“生態(tài)基流一般取控制節(jié)點(diǎn)的90%頻率最小月平均流量”[4]，這些規(guī)定對(duì)生態(tài)流量設(shè)施建設(shè)及監(jiān)測(cè)起到了很好的指導(dǎo)作用。隨著水電開發(fā)趨近敏感河段，國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求愈來愈高，現(xiàn)行建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)辦法中確定的河流生態(tài)流量，已不能滿足實(shí)際需求，給生態(tài)流量工程措施的執(zhí)行帶來了一定的困難。針對(duì)這些問題，為維持河流系統(tǒng)健康，保障其基本功能正常發(fā)揮，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就河流生態(tài)環(huán)境需水量，用水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地定額法、整體法[5-16]等開展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。

本文針對(duì)南汀河中上游河段引水式電站梯級(jí)開發(fā)引起天然河道脫水以及《臨滄市南汀河保護(hù)管理?xiàng)l例》第三十二條規(guī)定：“下泄生態(tài)流量不低于多年平均流量的10%”不能真實(shí)反映河流水量隨季節(jié)性變化的實(shí)際情況，基于南汀河大文站55年、姑老河站60年日平均流量數(shù)據(jù)，運(yùn)用水文學(xué)方法中的Tessman法和月流量變動(dòng)法計(jì)算了南汀河各河段適宜生態(tài)流量。

2 計(jì)算方法

2.1 Tessman法[17]

Tessman法又稱改進(jìn)的蒙大拿法，其生態(tài)流量的計(jì)算規(guī)則為：當(dāng)月平均流量≤40%年平均流量時(shí)，將月平均流量作為生態(tài)流量；當(dāng)月平均流量＞年平均流量時(shí)，將40%的月平均流量作為生態(tài)流量；當(dāng)40%年平均流量＜月平均流量≤年平均流量時(shí)，將40%的年平均流量作為生態(tài)流量。

2.2 月流量變動(dòng)法[17]

根據(jù)水期特點(diǎn)設(shè)定不同的生態(tài)流量閾值，即規(guī)定30%～80%的月平均流量以及多年平均流量作為生態(tài)流量判定值。其計(jì)算規(guī)則為：當(dāng)月平均流量≤40%的年平均流量時(shí)，將60%的月平均流量作為生態(tài)流量；當(dāng)月平均流量＞80%的年平均流量時(shí)，將30%的月平均流量作為生態(tài)流量；當(dāng)40%的年均流量＜月平均流量≤80%的年均流量時(shí)，將45%的月平均流量作為生態(tài)流量。

3 研究區(qū)域

南汀河為怒江左岸的一級(jí)支流，全長(zhǎng)293.6 km，其中，中國(guó)境內(nèi)河長(zhǎng)272.9 km，緬甸國(guó)20.7 km。流域面積9079 km2，其中，中國(guó)境內(nèi)8145.8 km2，緬甸國(guó)933.2 km2[18]。

大文站位于臨翔區(qū)忙畔街道辦事處文偉村小街組，處于南汀河干流上游段，集水面積657 km2，是南汀河干流的起始斷面，距離零江一級(jí)電站僅1 km，用大文站流量資料分析計(jì)算南汀河中上游河段梯級(jí)開發(fā)河道內(nèi)適宜生態(tài)流量代表性較好。姑老河站位于耿馬縣孟定鎮(zhèn)姑老河村，處于南汀河干流下游段，集水面積4185 km2。由于南汀河干流幸福電站取水口以下無(wú)較大的取用水工程，因此用姑老河站流量資料分析計(jì)算幸福電站取水口以下南汀河干流河段適宜生態(tài)流量符合該河段對(duì)生態(tài)流量的實(shí)際需求。選取大文站1965—1999年、姑老河站1960—1999年的日平均流量作為兩種水文學(xué)方法的計(jì)算依據(jù)，選取兩個(gè)站2000—2019年的日平均流量作為滿足率的評(píng)估依據(jù)。研究區(qū)域見圖1，各斷面名稱及徑流面積見表1。

表1 研究區(qū)各斷面名稱及徑流面積

圖1 研究區(qū)域概況示意圖

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 需水量分析

大文站和姑老河站不同水文學(xué)方法計(jì)算的各月生態(tài)流量結(jié)果見表2。

從表2可以看出，生態(tài)流量大小方面，月流量變動(dòng)法計(jì)算的各月生態(tài)流量小于Tessman法；生態(tài)流量隨季節(jié)變化方面，兩種方法的計(jì)算結(jié)果均能反映流量的季節(jié)性變化；生態(tài)需水量方面，在來水量相對(duì)較少的3—5月，月流量變動(dòng)法計(jì)算的生態(tài)需水量之和占3個(gè)月天然徑流量之和的63.7%，而Tessman法占到92.9%，出現(xiàn)接近天然月平均流量的現(xiàn)象，這勢(shì)必會(huì)增加生態(tài)流量的保障壓力。因此，南汀河這類徑流量隨季節(jié)性變化較大的河流，不宜采用Tessman法計(jì)算生態(tài)流量。

表2 大文站和姑老河水文站兩種水文學(xué)法計(jì)算年生態(tài)需水量表

4.2 月平均流量變化趨勢(shì)分析

大文站及姑老河站天然月平均徑流量和適宜月平均生態(tài)流量的變化趨勢(shì)分布見表3和表4。

表3 大文站兩種水文學(xué)法月平均流量變化趨勢(shì)分析對(duì)比表 （m3/s）

表4 姑老河站兩種水文學(xué)法月平均流量變化趨勢(shì)分析對(duì)比表 （m3/s）

從表3和表4可以看出，兩個(gè)站的多年月平均流量變化趨勢(shì)呈現(xiàn)1—4月和9—12月逐月減少，5—8月逐月增加的趨勢(shì)。Tessman法和月流量變動(dòng)法計(jì)算的兩個(gè)站的生態(tài)流量與天然多年月平均流量變化趨勢(shì)一致，生態(tài)流量隨季節(jié)性水量變化的響應(yīng)性較好。

4.3 滿足率分析

大文及姑老河站兩種水文學(xué)方法計(jì)算結(jié)果的滿足率對(duì)比分析見表5和表6。

表5 大文站兩種水文學(xué)方法滿足率評(píng)估 （%）

表6 姑老河站兩種水文學(xué)方法滿足率評(píng)估 （%）

從表5和表6可以看出，大文站及姑老河站Tessman法的豐、平、枯水平均滿足率為79.1%和81.6%，月流量變動(dòng)法的豐、平、枯水平均滿足率為96.6%和99.1%，均未達(dá)到100%。究其原因，主要是兩種方法計(jì)算的生態(tài)流量為月平均值，沒有考慮天然流量的瞬時(shí)波動(dòng)?？傮w滿足率方面月流量變動(dòng)法大于Tessman法。

4.4 水文學(xué)計(jì)算方法比選

結(jié)合年需水量大小，流量季節(jié)性變化趨勢(shì)分析、滿足率高低這三個(gè)因素，可以發(fā)現(xiàn)月流量變動(dòng)法在年需水量、流量季節(jié)性變化趨勢(shì)和滿足率方面均有極佳表現(xiàn)。建議用月流量變動(dòng)法計(jì)算南汀河流域集中開發(fā)河段內(nèi)適宜生態(tài)流量。

4.5 各斷面適宜生態(tài)流量推薦

由于南汀河流域水電開發(fā)主要集中在大文水文站至頭道水河交匯口這31 km的河道范圍內(nèi)，源頭至大文水文站以及頭道水河交匯口至大灣江水文站基本無(wú)較大的取用水戶，因此建議不同河段選用不同的生態(tài)流量值。一是源頭至大文站枯水月采用各控制斷面多年平均流量的20%、豐水月采用各控制斷面多年平均流量的50%作為河道適宜生態(tài)流量；二是水電開發(fā)較為集中的大文水文站至頭道水河交匯口河段，嚴(yán)格執(zhí)行月流量變動(dòng)法計(jì)算結(jié)果作為河道內(nèi)適宜生態(tài)流量；三是頭道水河交匯口至大灣江水文站枯水月采用各控制斷面多年平均流量的20%、豐水月采用各控制斷面多年平均流量的70%作為河道適宜生態(tài)流量；四是計(jì)算的河道適宜生態(tài)流量易受到豐、平、枯水年份的影響，建議水行政主管部門建立生態(tài)流量的豐、平、枯水年的分期考核評(píng)價(jià)制度。各斷面生態(tài)流量推薦值見表7。

表7 各斷面生態(tài)流量推薦值 （m3/s）

5 結(jié)論與建議

（1）兩種方法中，Tessman法需水量較大，保證率最低，特別是來水量相對(duì)較少的3—5月，計(jì)算的生態(tài)流量值約占天然徑流量的92.9%，適宜生態(tài)流量比重過大，勢(shì)必會(huì)加深枯水月份生態(tài)流量的保障。

（2）在月平均變化趨勢(shì)方面，Tessman法和月流量變動(dòng)法與天然月平均流量變化趨勢(shì)一致，生態(tài)流量變化隨水量的季節(jié)性變化響應(yīng)性較好。

（3）在總體滿足率方面月流量變動(dòng)法大于Tessman法。

（4）綜合考慮需水量、流量的季節(jié)性變化以及滿足率三方面因素，建議在南汀河這類豐枯水明顯的季節(jié)性河流中，用月流量變動(dòng)法計(jì)算南汀河流域集中開發(fā)河段內(nèi)適宜生態(tài)流量。

（5）為切實(shí)保護(hù)好南汀河，建議按本文分析計(jì)算成果，對(duì)南汀河流域不同河段的生態(tài)流量進(jìn)行重新修訂，并發(fā)布執(zhí)行。

（6）根據(jù)南汀河開發(fā)現(xiàn)狀，建議分三段確定南汀河河道內(nèi)適宜生態(tài)流量。同時(shí)建議水行政主管部門建立生態(tài)流量的豐、平、枯分期考核評(píng)價(jià)制度。