呼瑪河流域生態(tài)需水量分析計(jì)算

周翠寧

(1.黑龍江省水文水資源中心，哈爾濱 150001；2.二龍山水文氣象學(xué)黑龍江省野外科學(xué)觀測(cè)研究站，哈爾濱 150400)

1 流域概況

呼瑪河原名呼瑪爾河，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山脈北麓的白卡魯山南坡，全長520.4km，流域面積34300多km2，屬于黑龍江水系。呼瑪河由南向北，流經(jīng)碧水以后轉(zhuǎn)為東南，最后在呼瑪縣的榮邊鄉(xiāng)南村東側(cè)注入黑龍江。由于呼瑪河具有山高坡陡，河谷狹窄，落差大，水流湍急等特點(diǎn)，所以呼瑪河屬于山區(qū)性河流。

呼瑪河河床寬度為156.3m，平均水深1.5～4m，水面比降0.5‰～0.8‰，平均流量212m3/s。

流域內(nèi)多低山丘陵，山勢(shì)起伏，河流狹窄，陡坡流急，橫向切割明顯。呼瑪河流域?qū)儆诘蜕焦入A地區(qū)。流域地處北溫帶北部邊緣，屬寒溫帶大陸性氣候。冬季受西伯利亞高溫氣團(tuán)控制，氣候嚴(yán)寒而干燥，積雪覆蓋地面達(dá) 6 個(gè)月之多。春季由于仍受冬季季風(fēng)影響，冷暖空氣變化劇烈，多風(fēng)少雨而干燥至仲春逐漸回暖而穩(wěn)定。夏季受東南季風(fēng)影響，太陽輻射增加，氣候溫和，降雨適中。秋季則因受西伯利亞空氣活動(dòng)頻繁影響，日照漸短，日溫變化幅度大，氣溫降低，降雨集中。降水主要集中在夏秋季，其中 6-9 月份降水量占全年降水量的 76.1%。冬季降水很少。

流域內(nèi)現(xiàn)有5個(gè)水文站，分別為干流的碧水、固其故(二)、呼瑪橋和支流塔河上的新林、塔河。采用流域內(nèi)5個(gè)典型水文斷面1956-2016年天然月平均徑流資料，研究區(qū)水系及測(cè)站分布見圖1，研究區(qū)域主要水文斷面基本特征如表1所示。

表1 呼瑪河流域主要水文斷面基本特征統(tǒng)計(jì)

2 生態(tài)需水基本規(guī)定

2.1 河流生態(tài)流量主要包括基本生態(tài)需水量和目標(biāo)生態(tài)需水量。

基本生態(tài)環(huán)境需水量是指維持河湖給定的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能不喪失，需要保留在河道內(nèi)的最小水量(流量、水位、水深)及其過程?；旧鷳B(tài)環(huán)境需水量是河湖生態(tài)環(huán)境需水要求的底限值，包括生態(tài)基流、敏感期生態(tài)需水量、不同時(shí)段需水量和全年需水量等指標(biāo)。其中，生態(tài)基流是其過程中的最小值，一般用月均流量(或水量)表征。不同時(shí)段需水量可分為汛期、非汛期兩個(gè)時(shí)段的需水量，對(duì)于東北等封凍期較長的地區(qū)，還應(yīng)包括冰凍期時(shí)段。

目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量是指維持河湖給定的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能正常發(fā)揮，需要保留在河道內(nèi)的水量(流量、水位、水深)及其過程，包括不同時(shí)段需水量和全年需水量等指標(biāo)。目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量是確定河湖地表水資源可利用量的控制指標(biāo)。對(duì)于目前水資源開發(fā)利用程度較高，現(xiàn)狀斷流(干涸、萎縮)嚴(yán)重，水資源條件難以滿足要求的河湖水系、河段、湖泊濕地，其目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量可適當(dāng)降低。

2.2 分期需水量計(jì)算說明

按照《全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)生態(tài)水量調(diào)查評(píng)價(jià)補(bǔ)充細(xì)則》要求，本次計(jì)算逐月計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量，按照汛期(6-9月)、非汛期(4-5月，10-11月)和冰凍期(1-3月和12月)分期匯總。

2.3 計(jì)算方法

根據(jù)《河流生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》(SL/Z 712-2014)，采用蒙大拿法分析計(jì)算各水文站1956-2016系列的生態(tài)需水量；采用Qp法計(jì)算冰凍期生態(tài)基流量，采用非冰凍期最小流量法確定非冰凍期生態(tài)基流。

1)Qp法。選取歷年冰凍期最小月平均流量，采用P-Ⅲ曲線對(duì)各水文站月徑流數(shù)據(jù)適線，進(jìn)行排頻分析，選取95%頻率下的流量作為生態(tài)基流量。

2)蒙大拿法。據(jù)觀測(cè)資料建立的流量和河流生態(tài)環(huán)境狀況之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，用歷史流量資料確定年內(nèi)不同時(shí)段的生態(tài)環(huán)境需水量。以多年平均流量作為推薦流量，在不同的月份采用不同的百分比。結(jié)合呼瑪河流域?qū)嶋H，本次計(jì)算汛期選取多年平均流量汛期時(shí)段的30%作為生態(tài)環(huán)境需水量，非汛期選取多年平均流量非汛期時(shí)段的10%作為生態(tài)環(huán)境需水量。

3)非冰凍期最小流量法。選取歷年非冰凍期(4-11月)最小月平均流量，作為非冰凍期生態(tài)基流量。

3 成果分析

3.1 生態(tài)基流

將呼瑪河流域5個(gè)水文站歷年最小月平均流量，采用P-Ⅲ曲線進(jìn)行頻率分析，選用95%頻率流量確定冰凍期生態(tài)基流，經(jīng)分析，除新林水文站多數(shù)年份冬季處于連底凍，不參與計(jì)算外，其他4個(gè)水文站，生態(tài)基流最小的是塔河水文站，最大的是呼瑪橋水文站。呼瑪橋水文站計(jì)算過程詳見圖2。

采用非冰凍期最小流量法確定非冰凍期生態(tài)基流，生態(tài)基流最小的是新林水文站，為0.3m3/s，最大的是湯呼瑪橋水文站，為9.37 m3/s，各水文站冰凍期和非冰凍期生態(tài)基流計(jì)算成果詳見表2。

3.2 基本生態(tài)需水量

采用蒙大拿法計(jì)算各水文站基本生態(tài)環(huán)境需水量，以時(shí)段平均流量為基礎(chǔ)，按照10%計(jì)算各時(shí)段基本生態(tài)需水量。冰凍期生態(tài)需水量采用冰凍期生態(tài)基流換算徑流成果，計(jì)算結(jié)果詳見圖3。

3.3 目標(biāo)生態(tài)需水量

采用蒙大拿法計(jì)算各水文站基本生態(tài)環(huán)境需水量，以時(shí)段平均流量為基礎(chǔ)，按照非汛期20%，汛期40%計(jì)算各時(shí)段目標(biāo)生態(tài)需水量，各時(shí)段目標(biāo)生態(tài)需水量詳見表2。

表2 呼瑪河流域生態(tài)需水量計(jì)算成果表

3.4 滿足程度分析

根據(jù)《全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)生態(tài)水量調(diào)查評(píng)價(jià)補(bǔ)充細(xì)則》要求，采用1980～2016年實(shí)測(cè)系列分析本次成果滿足程度。

3.4.1 生態(tài)基流滿足程度評(píng)價(jià)

用水文系列中實(shí)測(cè)徑流量超過生態(tài)基流的月份數(shù)與水文系列總時(shí)長的比值評(píng)價(jià)，計(jì)算成果詳見表3，滿足≥75%的要求。

表3 呼瑪河流域生態(tài)需水量滿足程度分析表

3.4.2 基本(目標(biāo))生態(tài)環(huán)境需水過程滿足程度評(píng)價(jià)

用水文系列中全年、汛期、非汛期和冰凍期各評(píng)價(jià)時(shí)段實(shí)測(cè)徑流量超過相應(yīng)的基本生態(tài)環(huán)境需水量目標(biāo)的年份數(shù)與水文系列時(shí)長總年份數(shù)的比值評(píng)價(jià)滿足程度。所有水文站除汛期目標(biāo)生態(tài)需水外，滿足程度均為100%。汛期目標(biāo)生態(tài)需水量滿足程度在93.44%～98.36%之間，生態(tài)需水滿足程度達(dá)到松遼委滿足程度≥75%的要求。