六盤山引水工程中生態基流的研究

曹建忠

（寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司 銀川 750004）

1 問題的提出

六盤山引水工程是寧夏固原地區 （寧夏中南部）城鄉飲水安全水源工程的俗稱，是將寧夏固原地區南部六盤山東麓雨量較多、水量相對較豐沛的涇河流域地表水，經攔截、調蓄，向北輸送到固原中北部干旱缺水地區的區域性水資源優化配置工程，其任務是向干旱缺水的寧夏中南部地區的固原市原州區和彭陽、西吉、海原縣部分城鎮居民生活和農村人畜供水，解決111.79萬城鄉居民的飲水安全問題。

工程的調出區位于寧夏南部六盤山東麓的涇河流域，是寧夏地表水資源最豐富、水質最好的地區，而且當地用水量小，開發利用程度低。為了減少對下游的影響采用多點分散取水方案，取水河段主要位于涇河流域的涇河干流、策底河、暖水河和頡河，布設可能取水點11個，選定9個；多年平均調水量3980萬m3，規劃水平2020年供水量為3720萬m3。

本工程屬跨流域調水工程，調出區可調水量是確定調水規模的重要依據，而取水點生態基流是確定可調水量的一個重要因素。目前，生態基流的計算方法多樣且不成熟，同時我國現有的技術標準和規范中缺乏完整、具體的有關生態基流的相關條款，造成水利規劃、水工程設計中缺乏具體的技術要求和依據。為此，需采用多種方法進行分析計算，合理采用生態基流計算結果。

2 生態基流概述

根據水總環移 ［2010］248號 “關于印發 《水工程規劃設計生態指標體系與應用指導意見》的通知”，河道內生態環境基本需水量需考慮：維持河道基本生態功能的最小需水量 （包括防止河道斷流、維持河流自凈能力、河道沖沙輸沙以及維持河湖水生生物基本生存的水量）；維持通河湖泊濕地生態功能的最小需水量 （包括湖泊、沼澤地以及必要的地下水補給等需水）；維系河口生態環境的最小需水量 （包括沖淤補港、防潮壓咸即河口生物保護需水等）；維持河道重要景觀的最小水量。以上各類需水是重疊的，即一水多用。結合本項目取水河段位于涇河源頭區、流量小、泥沙含量低等特點，主要考慮維持河道基本生態功能的最小需水量即防止河道斷流、維持河流自凈能力、河道沖沙輸沙以及維持河湖水生生物基本生存的水量。

目前，生態基流分析計算方法有水文學法、水力學法、生境模擬法和整體法等多種，水文學法和水力學法運用較為普遍。常用方法有Tennant法、90%保證率法最枯月平均流量法、最小月平均徑流法、近10年最枯月平均流量法、流量歷時曲線法、濕周法、7Q10法等。根據本工程取水河段的特點以及河流水文資料情況，主要選取Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均徑流法和7Q10法對生態基流進行分析計算。

3 取水點生態基流計算結果

3.1 取水點布設

在取水河段上布設可能取水點11個，其中涇河干流6個，分別為龍潭水庫、新民林場、蘭大莊、黃林寨、紅家峽、西峽水庫；策底河1個，為石咀子；暖水河2個，為暖水河水庫和白家溝；頡河2個，為清水溝和臥羊川。涇河干流和策底河上的取水點以涇河源水文站為代表站，暖水河和頡河上的取水點以三關口水文站為代表站。

3.2 代表站水文特征值

涇河源水文站位于涇源縣涇河源鎮，屬黃河流域涇河水系涇河上游控制站，亦為六盤山東麓區域代表站，該站設于1979年1月1日，斷面以上集水面積為148km2，至河源25.5km。1998年6月斷面下遷1.5km，集水面積151km2，為涇河源（二）站，上游4km龍潭電站有一定削減洪峰作用。

三關口水文站位于涇源縣六盤山鎮三關口村，屬黃河流域涇河水系一級支流頡河控制站，也是六盤山東側半濕潤石山林區代表站。該站設立于1960年5月25日，1962年停測，1966年恢復至今，1974年5月測驗斷面下遷80m，為三關口（二）站。斷面以上集水面積218km2，至河源21.km，至河口29km。兩個代表站水文特征值見表1（表中特征值為1956～2008年系列統計值）。

表1 代表站水文特征指標表

3.3 取水點生態基流計算方法及結果

生態基流計算方法中有以流量為計算依據的，也有以徑流量為計算依據的；計算結果又有年值、月值和日值之分；為方便對比分析，計算時統一以徑流量為依據，以年值結果進行表述。

3.3.1 Tennant法

Tennant法以多年平均徑流量的百分數來描述生態基流，計算結果為年值。根據北方河流的特點及寧夏處于干旱缺水地區的實際情況，選取10%進行計算。11個可能取水點多年平均徑流量之和為11468萬m3，則生態基流為1147萬m3。

3.3.2 90%保證率最枯月平均流量法

以各取水點90%保證率最枯月平均徑流量作為生態基流，計算結果為月值，乘以12轉換為年值。

由于各取水點無實測水文資料，故以代表站實測水文資料為依據，通過取水點和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站90%保證率最枯月平均徑流量得出各取水點生態基流月值，進而轉換為年值。據此計算出11個可能取水點生態基流月值之和為124萬m3，年值之和為1488萬m3。

3.3.3 近十年最枯月平均流量法

以各取水點近十年（1998～2008年）最枯月平均徑流量作為生態基流，計算結果為月值，乘以12轉換為年值。

通過取水點和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站近十年最枯月平均徑流量得出各取水點生態基流月值，進而轉換為年值。據此計算出11個可能取水點生態基流月值之和為222萬m3，年值之和為2668萬m3。

3.3.4 最小月平均徑流法

以各取水點最枯月平均徑流量作為生態基流，計算結果為月值，乘以12轉換為年值。

通過取水點和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站最枯月平均徑流量得出各取水點生態基流月值，進而轉換為年值。據此計算出11個可能取水點生態基流月值之和為265萬m3，年值之和為3184萬m3。

3.3.5 7Q10法

以各取水點90%保證率最枯連續7d的平均水量作為生態基流，計算結果為日值，乘以365轉換為年值。

通過取水點和代表站多年平均徑流量的比值乘以代表站90%保證率最枯連續7d的平均水量得出各取水點生態基流日值，進而轉換為年值。據此計算出11個可能取水點生態基流日值之和為2.30萬m3，年值之和為839萬m3。

不同方法生態基流計算結果匯總見表2。

表2 不同方法生態基流計算結果匯總表 單位：萬m3

4 取水點生態基流計算結果分析及采用

從計算結果看出：近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法計算結果較大，分別為多年平均徑流量的23%和28%；7Q10法計算結果較小，為多年平均徑流量的7%；Tennant法和90%保證率最枯月平均流量法計算結果適中，分別為多年平均徑流量的10%和13%。

Tennant法采用水文資料的年值計算，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法采用水文資料的月值計算，7Q10法采用水文資料的日值計算。

從水文資料的精度要求看，7Q10法要求的精度最高，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法方法要求次之，Tennant法要求最低。本工程取水點代表站中，涇河源站只有1977～2008年、三關口站只有1966～2008年實測水文資料，其他年份為插補延長（延長到1956年），故從水文資料的精度上來看，實測年徑流、月徑流、日徑流資料精度逐漸下降，以此為基礎計算的生態基流結果可靠性應依次下降，即Tennant法計算結果較可靠，90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和最小月平均徑流法計算結果可靠性其次，7Q10法計算結果可靠性最差。

90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法和7Q10法適合水資源量小且開發利用程度已經較高的河流，均用于納污能力計算。最小月平均徑流法適用于干旱、半干旱區域、生態環境目標復雜的河流，對生態環境目標相對單一地區，計算結果偏大；本工程各取水點均位于濕潤區，生態環境目標相對單一，故計算結果偏大。Tennant法適用于流量較大的河流，作為河流進行最初目標管理、戰略性管理方法使用。

根據國家環境保護總局辦公廳環辦函［2006］11號“關于印發水電水利建設項目水環境與水生生態保護技術政策研討會會議紀要的函”，維持水生生態系統穩定所需最小水量一般不應小于河道控制斷面多年平均流量的10%（當多年平均流量大于80m3／s時按5%取用），在生態系統有更多更高需要時應加大流量，不同地區、不同規模、不同類型河流、同一河流不同河段的生態用水要求差異較大，應針對具體情況采取合適計算方法予以確定。

本工程取水河段水資源量小、開發利用程度低，而調入區又處于極度缺水的干旱地區，依據上述文件精神結合各種方法的計算結果，本工程生態基流采用Tennant法以多年平均徑流量的10%進行計算比較合理、可靠。

5 結語

目前我國水利規劃、水工程設計中缺乏對生態基流的具體技術要求和依據，現有的技術標準和規范中缺乏相關的條款，生態基流的計算方法多樣且不成熟。本文采用Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法、近十年最枯月平均流量法、最小月平均徑流法和7Q10法對六盤山引水工程取水點生態基流進行了分析計算和比較，結合取水河段水資源量小、開發利用程度低而調入區又處于極度缺水干旱地區的特點，推薦適應于本工程的計算方法——Tennant法。

1 水總環移［2010］248號“關于印發《水工程規劃設計生態指標體系與應用指導意見》的通知”

2 環評函［2006］4號“關于印發《水電水利建設項目河道生態用水、低溫水和過魚設施環境影響評價技術指南（試行）》的函”

3 國家環境保護總局辦公廳環辦函［2006］11號“關于印發水電水利建設項目水環境與水生生態保護技術政策研討會會議紀要的函”