南盤江江邊街?jǐn)嗝嫔鷳B(tài)環(huán)境需水研究

孔 蘭，肖許沐 ，胡良和

（1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510610；2.水利部珠江水利委員會(huì)水生態(tài)工程中心，廣州 510610）

近年來(lái)，河道外不合理取水現(xiàn)象、排污口設(shè)置缺乏科學(xué)化與規(guī)范化、入河污染物總量控制執(zhí)行力度不夠、達(dá)標(biāo)排放監(jiān)控不嚴(yán)等導(dǎo)致河道水生生物棲息地破壞、生物種類和數(shù)量變化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重威脅河流生命健康[1-4]。黨的十九大莊嚴(yán)承諾中國(guó)建設(shè)生態(tài)文明不會(huì)以犧牲生態(tài)環(huán)境來(lái)?yè)Q取經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[5]。生態(tài)環(huán)境需水是當(dāng)前生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、水文學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在河流健康越發(fā)受到人類活動(dòng)影響的今天，開展河流生態(tài)環(huán)境需水研究，可以促進(jìn)解決河道內(nèi)生態(tài)惡化問(wèn)題，協(xié)調(diào)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的平衡關(guān)系，維護(hù)河流健康發(fā)展，有效保障水生生物良好的生境，滿足流域水資源合理配置的需求[6-8]。開展本研究，對(duì)維護(hù)南盤江水生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展等具有重要參考意義。

1 研究區(qū)概況

南盤江流域地處云貴高原西部，跨云南、貴州、廣西三省（自治區(qū)），位于東經(jīng)102°15′～106°27′，北緯23°15′～25°57′，流域面積56 880 km2。南盤江是珠江主源，發(fā)源于云南省沾益縣馬雄山南麓，由北向南流經(jīng)沾益、曲靖、陸良，折轉(zhuǎn)西到宜良，又轉(zhuǎn)南到開遠(yuǎn)，然后向東和東北方向進(jìn)入峽谷，經(jīng)師宗、羅平縣境與支流黃泥河匯合后出云南省境，再沿黔、桂邊境至貴州省蔗香（即雙江口）與北盤江交匯。流域面積在1 000 km2以上的一級(jí)支流有8條，從干流右岸匯入的有海口河、曲江、瀘江、清水江共四條，從左岸匯入的有巴盤江、甸溪河、黃泥河、馬別河四條。

南盤江江邊街水文站（103°41′E，24°03′N）位于云南省彌勒縣江邊街村，集水面積為24 626 km2。本研究主要分析資料為江邊街水文站1956—2010年共55年的逐月實(shí)測(cè)流量序列，來(lái)源于云南省水文局和《中華人民共和國(guó)水文年鑒》。

2 研究方法

采用Tennant法、Texas法、月保證率法等研究了維持南盤江流域生態(tài)環(huán)境健康的生態(tài)環(huán)境需水量[9-13]。Tennant法，是一種非現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法，它建立了水生生物、河流景觀、娛樂(lè)和河流流量之間的關(guān)系，Tennant法在分析了河流水力斷面參數(shù)-歷史流量百分比的相關(guān)性后，取預(yù)先確定的年天然徑流量的特殊百分?jǐn)?shù)作為河流生態(tài)環(huán)境需水量的推薦值。Texas法進(jìn)一步考慮了水文季節(jié)變化因素，對(duì)各月的流量頻率曲線進(jìn)行計(jì)算后，取50%保證率下的月流量的特定百分?jǐn)?shù)作為最小流量，其特定百分?jǐn)?shù)的設(shè)定以研究區(qū)典型植物以及魚類的水量需求為依據(jù)。月保證率法也是計(jì)算河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的一個(gè)重要方法，以流量長(zhǎng)系列中P=90%的流量為生態(tài)流量。

3 南盤江江邊街?jǐn)嗝嫔鷳B(tài)環(huán)境需水量分析

3.1 計(jì)算步驟

目前我國(guó)關(guān)于河流健康方面還沒(méi)有一套切實(shí)可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本文根據(jù)實(shí)際情況，把生態(tài)環(huán)境需水量作為衡量南盤江流域生態(tài)環(huán)境健康的主要指標(biāo)，僅采用歷史流量法中的逐月頻率法計(jì)算[14-17]，計(jì)算步驟如下：

（1）取每個(gè)月系列的多年平均值作為該月的最大生態(tài)流量，將其作為生態(tài)流量上限，由此得到全年的最大生態(tài)流量過(guò)程。

（2）取每個(gè)月系列的最小值作為該月的最小生態(tài)流量，將其作為生態(tài)流量下限，由此得到全年的最小生態(tài)流量過(guò)程。

（3）將每個(gè)月系列分別進(jìn)行P-Ⅲ型配線，選出與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合最好的理論頻率曲線作為該月的流量頻率曲線。

（4）本研究將各月徑流量50%保證率的10%、30%、60%分別作為本研究生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果的方案1、方案2、方案3。

3.2 計(jì)算結(jié)果

按照上述計(jì)算步驟，得到南盤江（江邊街站）河道內(nèi)生態(tài)流量及三種方案計(jì)算結(jié)果，如圖1和表1、表2所示。南盤江（江邊街站）多年平均徑流量較大的月份為6—11月，較小的月份為1—5月和12月；多年最小徑流量變化與多年平均徑流量變化趨勢(shì)基本一致；方案1、方案2、方案3中的生態(tài)流量較大、較小的月份與多年平均徑流量變化趨勢(shì)基本一致。

表1 南盤江（江邊街站）河道內(nèi)生態(tài)流量計(jì)算表Table 1 Ecological flow in river channel of Nanpanjiang River(Jiangbianjie station)

表2 南盤江（江邊街站）河道內(nèi)三種方案徑流量計(jì)算表Table 2 Three solutions run-off calculations in Nanpanjiang River(Jiangbianjie station)（單位：m3/s）

圖1 江邊街站生態(tài)流量圖Fig.1 Ecological flow at Jiangbianjie hydrological station

3.3 結(jié)果評(píng)價(jià)

一般河道內(nèi)徑流量為年均流量的10%，是許多水生生物體最低流量限制點(diǎn)；河道內(nèi)徑流量為年均流量的30%～100%，是水生生物體需求從較好到最佳的生存條件范圍。借鑒國(guó)外Tennant法比較三種生態(tài)流量方案的計(jì)算結(jié)果，Tennant法保護(hù)水生態(tài)等環(huán)境資源的河流流量狀況標(biāo)準(zhǔn)見表3。南盤江流域江邊街站3種流量方案評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。從表4可以看出，若以方案1的標(biāo)準(zhǔn)控制南盤江（江邊街站）流量，河流將處于極差至最小狀態(tài)；而方案2和方案3在汛期、非汛期以及各月基本能使河流等級(jí)達(dá)到最小至最佳的狀態(tài)。這說(shuō)明方案1只能是河流所能承受的極限狀態(tài)；而方案2和方案3才是河流可能維持正常生態(tài)功能的保障。

表3 保護(hù)水生態(tài)等環(huán)境資源的河流流量狀況標(biāo)準(zhǔn)表（Tennant法）Table 3 Standard table of river flow conditions for protection of water ecology and other environmental resources(Tennant method)

表4 江邊街站各方案逐月流量評(píng)價(jià)Table 4 Evaluation of the monthly flow of different schemes at Jiangbianjie station

通過(guò)上述分析比較，本次計(jì)算取各月多年平均值作為最大流量方案（高方案），取方案2作為低流量方案（低方案），高、低方案的均值作為適宜流量方案（中方案），2017年水利部已經(jīng)批復(fù)的《南盤江流域綜合規(guī)劃》成果顯示，非汛期江邊街站生態(tài)流量控制指標(biāo)為37.0 m3/s。中方案最枯月4月生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果為38.9 m3/s，略大于《南盤江流域綜合規(guī)劃》生態(tài)流量控制指標(biāo)，說(shuō)明本研究中方案中4月生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果與《南盤江流域綜合規(guī)劃》生態(tài)流量控制指標(biāo)基本一致。

最終形成維持南盤江（江邊街站）河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境健康的高、中、低三套流量方案，具體結(jié)果見表5和圖2：高、中、低三套流量方案都可以維持南盤江（江邊街站）生態(tài)環(huán)境健康，高、中、低方案年河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量分別為6.613×109m3、4.549×109m3、2.486×109m3，高低方案是所需生態(tài)流量的極限值，兩方案之間為適宜流量范圍，中方案是適宜流量的一個(gè)代表方案。

表5 維持南盤江（江邊街站）生態(tài)環(huán)境健康的生態(tài)流量計(jì)算表Table 5 Ecological flow for maintaining healthy ecological environment in Nanpanjiang River(Jiangbianjie station)（單位：m3/s）

圖2 維持南盤江（江邊街站）生態(tài)環(huán)境健康的高、中、低流量方案Fig.2 High,medium and low flow options for maintaining a healthy ecological environment in Nanpanjiang River(Jiangbianjie station)

利用月保證率法計(jì)算得到南盤江生態(tài)流量為135.5 m3/s，年河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量為4.273×109m3。與中方案的4.549×109m3較一致，說(shuō)明把中方案作為適宜生態(tài)流量的代表方案是合理的。

4 結(jié)論

本文以南盤江江邊街水文站近55年的流量序列為例，利用Tennant法、Texas法、月保證率法等，研究了維持南盤江流域生態(tài)環(huán)境健康的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。綜合比較各種流量方案，最終確定了高、中、低3套河道內(nèi)生態(tài)流量方案，年河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量分別為6.613×109m3、4.549×109m3、2.486×109m3。并通過(guò)月保證率法進(jìn)一步驗(yàn)證了把中方案作為適宜生態(tài)流量的代表方案是合理的。由于河流健康狀況受所在地區(qū)氣候、下墊面等因素影響，需要對(duì)南盤江河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量做更深入探討。