基于水文學(xué)法的郭蘇河生態(tài)流量研究

□王 鑫

按照《關(guān)于全面推行河長制的意見》的相關(guān)要求，為進(jìn)一步推動(dòng)河湖健康評價(jià)工作，平山縣水利局以郭蘇河作為平山縣河湖健康評價(jià)工作試點(diǎn)。生態(tài)流量滿足程度是河流健康評價(jià)的重要必選指標(biāo)，郭蘇河無已批復(fù)的生態(tài)水量保障實(shí)施方案。此文按照《河湖健康評價(jià)指南》以及《河北省河湖健康評價(jià)技術(shù)大綱》的要求，依據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算規(guī)范》中的計(jì)算方法，計(jì)算了郭蘇河生態(tài)流量目標(biāo)值，并對不同計(jì)算方法進(jìn)行了對比分析。

1.郭蘇河概況

郭蘇河屬海河流域的子牙河水系，為滹沱河的支流。河流源頭位于平山縣兩界峰，經(jīng)宅北鄉(xiāng)、蘇家莊鄉(xiāng)，于東峪村匯入崗南水庫，河道全長24.7km。河流源頭高程1040m，河流出口高程200m，郭蘇河流域匯流面積140km2，平均寬度約5.7km，河底平均縱坡為16.97‰。郭蘇河流向由北向南，上游于宅北鄉(xiāng)會口村有北向與西向兩支流交匯，中游納滾龍溝、十里溝等小河溝水，下游臨近出口處與由西北向東南流向的緱家莊溝匯合后，于蘇家莊鄉(xiāng)東峪村附近注入崗南水庫。郭蘇河區(qū)域內(nèi)地勢北高南低，起伏較大，上游無水庫等控制性工程，河道兩岸堤防工程較少，大部分河段仍處于自然狀態(tài)。郭蘇河水系圖見圖1。

圖1 郭蘇河水系圖

2.生態(tài)流量計(jì)算

2.1 計(jì)算依據(jù)

依據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算規(guī)范》（SL/Z712-2021）計(jì)算郭蘇河生態(tài)流量目標(biāo)值。郭蘇河沒有流量觀測資料，相鄰柳林河上的劉家坪水文站有30年以上的流量觀測資料，劉家坪水文站集水流域與郭蘇河流域距離較近、下墊面條件相似、流域面積接近，因此此次計(jì)算通過劉家坪水文站流量資料，采取水文比擬法推求郭蘇河的生態(tài)流量目標(biāo)值。

2.2 計(jì)算方法及結(jié)果

生態(tài)流量主要有水文學(xué)、整體分析、棲息地模擬、水力學(xué)等類型的計(jì)算方法。整體分析法、棲息地模擬法，需要大量的流域生態(tài)數(shù)據(jù)，我國大部分河流沒有相關(guān)的文獻(xiàn)記載，郭蘇河也缺少相關(guān)的生態(tài)資料支撐。水力學(xué)法，需要投入大量的人力、時(shí)間來獲取河流完整地形資料，人力、時(shí)間成本較高。水文學(xué)法，僅需歷史流量資料，計(jì)算簡單快捷，準(zhǔn)確度較高，非常適合應(yīng)用于中小河流的生態(tài)流量計(jì)算。

水文學(xué)法常用的方法有Qp 法、近十年最枯月平均流量法、經(jīng)驗(yàn)公式法和頻率曲線法等。

一是Qp 法。Qp 法也被稱為不同頻率最枯月平均值法，以斷面天然月平均流量數(shù)據(jù)為計(jì)算基礎(chǔ)，需要大于30年的較長數(shù)據(jù)系列。首先統(tǒng)計(jì)每年月平均流量最小值，構(gòu)成水文系列，然后排頻，使用P-Ⅲ頻率曲線配線，以90%保證率的流量，為生態(tài)流量。郭蘇河每年月平均流量最小值水文系列的P-Ⅲ頻率曲線見圖2，適線參數(shù)及結(jié)果見表1，Qp 法計(jì)算的生態(tài)流量為0.015m3/s。

圖2 Qp 法P-Ⅲ頻率曲線

表1 Qp 法適線參數(shù)及結(jié)果

二是經(jīng)驗(yàn)公式法。經(jīng)驗(yàn)公式法又稱為蒙大拿法、Tennant 法，依據(jù)多年的歷史觀測流量、生態(tài)狀況資料，建立流量與生態(tài)的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)不斷總結(jié)完善而得出的經(jīng)驗(yàn)公式。以汛期、非汛期多年平均流量為基礎(chǔ)，通過不同的閾值，來確定汛期、非汛期生態(tài)流量。不同地區(qū)、不同等級、不同開發(fā)利用程度的河流生態(tài)流量閾值取值范圍也不相同。郭蘇河屬于北方中小河流，水資源開發(fā)利用程度低，生態(tài)流量取系列數(shù)據(jù)多年平均流量的20%。郭蘇河汛期、非汛期各年份流量均值分布詳見圖3。經(jīng)計(jì)算，郭蘇河多年平均流量汛期為1.164m3/s，非汛期為0.274m3/s。生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果為汛期0.233m3/s，非汛期0.055m3/s。

三是近10年最枯月平均流量法。該方法以近10年每年的月平均流量最小值為計(jì)算基礎(chǔ)，取系列數(shù)據(jù)中的最小值（非零）為生態(tài)流量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，郭蘇河近10年每年月平均流量最小值分布詳見圖4，其中最小值為0.028m3/s，計(jì)算生態(tài)流量為0.028m3/s。

圖4 近10年最枯月平均流量分布

四是頻率曲線法。頻率曲線法，以30年以上長系列的各月平均流量為計(jì)算基礎(chǔ)，將每個(gè)月系列數(shù)據(jù)排頻、P-Ⅲ頻率曲線配線，得到年內(nèi)每個(gè)月的頻率曲線，取90%保證率流量，為對應(yīng)月份生態(tài)流量。用魚類產(chǎn)卵育幼期（4月-9月）、一般用水期（10月-次年3月）各月生態(tài)流量的平均值作為對應(yīng)時(shí)段的生態(tài)流量。經(jīng)排頻、P-Ⅲ頻率曲線適線計(jì)算，郭蘇河生態(tài)流量魚類產(chǎn)卵育幼期（4月-9月）為0.205m3/s，一般用水期（10月-次年3月）為0.141m3/s。頻率曲線法適線參數(shù)及結(jié)果詳見表2。

表2 頻率曲線法適線參數(shù)及結(jié)果

2.3 計(jì)算結(jié)果匯總

以上各種方法計(jì)算的生態(tài)流量匯總詳見表3。

表3 不同方法計(jì)算的生態(tài)流量

3.計(jì)算結(jié)果分析

Qp 法，計(jì)算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為每年月平均流量中的最小值，取排頻適線后90%保證率設(shè)計(jì)值，該方法考慮了低保證率的枯水月份，但代表性不足，計(jì)算結(jié)果偏小；近10年最枯月平均流量法，適用于系列資料較短的情況，如果能收集到30年及以上的系列數(shù)據(jù)，一般不使用該方法；Tennant 法采用汛期、非汛期多年平均流量的20%，考慮了汛期、非汛期流量差異；頻率曲線法，使用月平均流量構(gòu)建水文系列，然后進(jìn)行排頻、適線，取90% 保證率的流量，為生態(tài)流量。

綜上，Tennant 法和頻率曲線法，代表性較好。Tennant 法時(shí)段劃分為汛期與非汛期，頻率曲線法時(shí)段劃分為魚類產(chǎn)卵育幼期和一般用水期，相比較而言，頻率曲線法時(shí)段劃分能夠更好的反應(yīng)生態(tài)需求，計(jì)算的生態(tài)流量也更能滿足生態(tài)環(huán)境。

4.結(jié)論

生態(tài)流量滿足程度是河流健康評價(jià)重要的必選指標(biāo)，科學(xué)的計(jì)算生態(tài)流量，對河道綜合管理意義重大。此文計(jì)算分析了郭蘇河生態(tài)流量，為郭蘇河生態(tài)保護(hù)、河道健康評價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐，也可為其他河道生態(tài)流量計(jì)算提供參考。