大汶河汶口段生態基流計算分析

侯世文

（泰安市水文局，山東 泰安 271000）

大汶河汶口段生態基流計算分析

侯世文

（泰安市水文局，山東 泰安 271000）

【摘要】根據大汶口水文站1955—2013年徑流資料，通過采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量法和Texas法等多種水文學法計算，結合河道徑流年內分布特點、綜合對比分析各種生態基流計算結果，認為：基流量為0.84～13.0m3/s能更好地代表該區域各年型不同水期的河道生態需水，其生態基流保障程度除特枯年份外均能達到90%以上。

【關鍵詞】大汶河；生態基流；Tennant法；Texas法

大汶河地處山東省中部的泰山南麓，全長208km，流域面積8536km2。流域內多年平均降雨量711mm，降水年際變化大、年內分配不均。近年來因受不斷加劇的人類活動影響，大汶河生態環境有逐漸惡化的趨勢，分析估算大汶河的生態基流量，對其河道健康作進一步的研究是解決大汶河生態環境惡化問題的基礎。

1　生態基流計算

大汶口水文站控制大汶河中部以上流域，設立于1954年，目前該站收集到59年的系列流量資料，為此選擇該站為典型站進行代表性計算。1.1基流比例法

1）年型劃分及計算方法。將多年的徑流量資料經代表性和一致性分析后進行頻率計算，把符合一定保證率的徑流量劃分為豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）、枯水年（P=75%）及特枯年（P= 90%）。按照各年型徑流量間的比值，計算各年型的基流比例。計算公式：

Ti+1=Ti+u×（Qi-Qi+1/Qi+1）×Ti

式中，Ti為已知的斷面第i年型的基流比例，%；i=1、2、3、4，分別代表豐水年、平水年、枯水年和特枯年；Qi為斷面第i年型的平均徑流量，m3/s；Qi＞Qi+1，（Qi-Qi+1）/Qi+1為第i年型徑流量比第i+1年型增加的比值；μ為比例削減系數，取0.40。各時段的生態基流為其基流比例與徑流量的乘積。

2）年際-各年型生態基流計算。按照保證率法和不同年型的劃分標準，經頻率計算后確定不同保證率徑流量值，大汶口站多年平均值為33.8m3/s。根據河道流量與河流生態健康關系推薦的數據，假定豐水年生態基流占其相應年型流量的20%，計算后生態基流值為多年平均流量的27%。依據上述計算方法分別計算年際-各年型的基流比例及基流值，結果見表1。

表1年際-各年型生態基流計算表

從表1中計算的數據可知，大汶口站從豐水年到特枯年的生態基流量為9.27～3.33m3/s，占多年平均流量33.8m3/s的27%～10%，符合Tennant法的推薦比例。經分析，從1955—2013年大汶口站年均流量大部分能滿足所計算的生態基流值，只有5年次不能滿足，其中80年代前25年出現過1次，之后的30多年出現過4次。

3）年內-各水期不同時段生態基流計算。根據大汶口站各月多年平均流量值，制作年內各月流量分布圖（見圖1）。

圖1　大汶口站（1955—2013）歷年各月平均流量分布圖

從圖1中可以看出：1～5月平均流量最低可定為枯水期；6，10～12月為平水期；7～9月為豐水期。根據Tennant分析建立的河道流量與河流生態健康關系，將水期劃分為魚類卵育幼期 （4～9月）和一般用水期（10月至翌年3月）。各水期生態基流按照前述介紹的計算公式和方法，分別對不同保證率的生態基流進行分析計算，其生態基流統計見表2。

表2各年型及各水期的生態基流統計表

1.2Tennant法

Tennant法也叫蒙大拿法，Tennant通過分析河流多年天然平均流量百分比和河道內生態環境狀況，建立了水生生物、河流景觀、娛樂和河流流量之間的關系。在大汶口站59年的資料系列中，分別求出魚類產卵育幼期和一般用水期的徑流量平均值，按照Tennant法提供的河道流量與河流生態健康關系，計算各自對應生態基流。在生態基流量選取時采用生態系統開始退化狀態的數值，即一般用水期取10%（1.22m3/s）、魚類產卵育幼期取30%（16.78m3/s），計算結果見表3。

表3Tennant法生態基流計算表

1.3最枯月平均流量多年平均值法

最枯月平均流量多年平均值法就是采用歷年逐月最小日平均流量計算每月的生態基流量，結果見表4。

1.4TEXAS法

Texas法考慮了季節變化因素，是將50%保證率下月徑流量的特定百分率作為最小流量。依據大汶口站1955—2013年共708個月的徑流量資料，經頻率計算后取50%保證率下月流量的特定百分率作為最小流量。吳喜軍提出根據渭河寶雞段典型植物及魚類的水量要求，特定百分率取20%為宜。經計算，50%保證率下月流量為4.73m3/s，依特定百分率20%計，則其生態流量為0.95m3/s，見表5。

表4最枯月平均流量多年平均值法生態基流統計表 m3/s

2　生態基流計算結果及保障程度分析

表5不同計算方法生態基流統計表

從表5中可以看出，Texas法計算的生態流量值（0.95m3/s）與Tennant法、基流比例法（年際-各年型除外）和最枯月平均多年平均值法計算的生態基流下限值（0.84～1.22m3/s）基本一致；基流比例法各水期計算的生態基流值 （0.84～28.29m3/s）與最枯月平均多年平均值法計算值（1.03～26.9m3/s）也大致相同，只不過基流比例法計算的生態基流將其他幾種方法的計算結果都包含在內，表明計算方法比較合理?？紤]到大汶河汶口段干流生態基流缺失較重，尤其是4～6月河道有時出現斷流情況，故本文暫定其生態基流為0.84～28.29m3/s。為進一步檢驗計算成果的可靠性，需對生態基流的保障程度進行分析。

生態基流保障程度就是某時段斷面逐日徑流量大于斷面生態基流的天數占該時段總天數的百分比。將大汶口站各代表年型不同時段逐日徑流量與計算的相應生態基流值進行比較，對其保障程度進行分析，各代表典型年生態基流保障程度見表6。

表6各代表典型年生態基流保障程度

由表6可知：豐水年和平水年生態基流保障程度較高達98%以上，但其不能保障的幾天卻發生在豐水期和平水期；枯水年和特枯年生態基流保障程度較低，范圍在73%～87%之間。從年內各時段來看，豐水期生態基流保障程度相對偏低，主要原因是豐水期基流值較大造成的；特枯年枯水期生態基流保障程度最低為65%。參照國外經常取保障程度90%的流量值為該河道的生態基流，為使豐水階段盡可能達到該標準，綜合Tennant法（16.78m3/s）、按河流生態比例法（15.16m3/s）和枯水年豐水期 （14.11m3/s）、特枯年豐水期（9.34 m3/s）所計算的生態基流量值，確定為該河段生態基流量上限值為13.0m3/s，即大汶河汶口段河道生態基流為0.84～13.0m3/s。調整后的枯水年生態基流量保證天數由318d增加到329d、生態基流保障度由87%提高到90%，除特枯年外其余年份均符合國際常用做法，說明成果是合理的。

（責任編輯趙其芬）

【中圖分類號】P343.1

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-02-0057-03

收稿日期：2014-12-15

作者簡介：侯世文（1966—），男，工程師