黑龍江省中小河流生態(tài)流量確定方法

李吉元，張鵬飛

(黑龍江省水電局，哈爾濱 150040)

黑龍江省中小河流生態(tài)流量確定方法

李吉元，張鵬飛

(黑龍江省水電局，哈爾濱 150040)

在過去的一段時(shí)間內(nèi)，水資源開發(fā)僅注重生產(chǎn)需要而忽略了生態(tài)問題，水電站不同程度地影響河流生態(tài)，特別是引水式水電站，其攔河壩至廠房間會(huì)形成一定減水脫水現(xiàn)象，致使河道萎縮，相應(yīng)生物退化，河流生態(tài)嚴(yán)重破壞。因此在水資源開發(fā)的同時(shí)，河道生態(tài)基流的保證是十分必要和緊迫的。

水資源開發(fā)；生態(tài)流量；生態(tài)修復(fù)；Tennant法

0 引 言

水資源是被人類在生產(chǎn)和生活活動(dòng)中廣泛利用的資源，是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是生態(tài)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵。由于過去水資源開發(fā)過程中許多水電站忽略了生態(tài)環(huán)境用水情況，特別是引水式水電站，導(dǎo)致攔河壩下至廠房形成不同程度的減脫水，河道及周邊生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞。近年國家更是加大了對(duì)河流生態(tài)治理力度，包括2016年2月水利部、財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于繼續(xù)實(shí)施農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造的通知》，要求本次納入計(jì)劃的項(xiàng)目首要任務(wù)就是對(duì)河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。因此在水資源開發(fā)利用的同時(shí)，河流生態(tài)需水的研究是實(shí)現(xiàn)資源合理配置，環(huán)境和諧發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)河流的可持續(xù)循環(huán)利用有著重要意義。

本文將簡要介紹幾種常用河流生態(tài)流量的確定方法，重點(diǎn)介紹Tennant法在牡丹江干流的應(yīng)用。

1 河流生態(tài)流量確定方法

由于河流所在地的地理、氣候等諸多因素的不同，河流生態(tài)流量的確定沒有統(tǒng)一的計(jì)算方法，國內(nèi)外學(xué)者在河流生態(tài)需水量研究已開展許多工作，常用的河流生態(tài)基流的計(jì)算方法主要有水文學(xué)法、水力學(xué)法、生境模擬法和綜合法等。

水文學(xué)法是根據(jù)歷年流量的資料來估算推導(dǎo)出河流的生態(tài)基流量的方法，多建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上，常見的方法有Tennant法、流量歷時(shí)曲線法等；水力學(xué)法是利用水力學(xué)原理進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)分析河流流量與河流中魚類等生物指示因子之間的關(guān)系，從而確定河流生態(tài)基流量，常見的方法有濕周法和R2-CROSS法；生境模擬法基于水力學(xué)方法的進(jìn)一步研究，該方法考慮到生物因素的影響，并利用指示物種所需的水力條件確定河流流量，保證水生生物提供適宜的物理生境，常見的方法有IFIM法等；綜合法是從其研究河流區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，最終確定河流流量的推薦值，同時(shí)需要此推薦值能夠保證滿足河流所有生物需水供求、棲息地維持、生態(tài)景觀維持、生態(tài)環(huán)境容量等功能，常見的方法有BBM法[1]。

在實(shí)際工程中，Tennant法的應(yīng)用較為成熟，曹建忠教授在數(shù)個(gè)引水工程生態(tài)基流計(jì)算中，通過幾種方法對(duì)比，建議采用Tennant法。王士武等也利用Tennant法計(jì)算了小型水電脫水段的生態(tài)基流，效果良好。根據(jù)北方地理、氣候、水文資料等實(shí)際情況，Tennant法較為適用。

2 Tennant法

Tennant.D.L等人在1976年提出的河流生態(tài)需水量評(píng)估方法，該方法是一種歷史流量法，按照Tennant方法的標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠支撐的情況下，河道內(nèi)的生態(tài)基流不低于多年平均天然徑流的10%。河道退化的臨界值約為多年平均流量10%左右；一般河流最適宜水生生物棲息的流量約為多年平均流量的20%左右；流量較小的河流最適宜水生生物棲息的流量約為30%左右。

該法的原理是以流量的歷史資料而不是現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)來推導(dǎo)河流生態(tài)流量推薦閾值，即河流生態(tài)流量推薦閾值是以預(yù)告確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)。該法主要針對(duì)干旱河流系統(tǒng)。該方法主要優(yōu)點(diǎn)是使用簡單，操作方便，一旦建立了流量與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，需要的數(shù)據(jù)就相對(duì)較少，也不需要進(jìn)行大量的野外工作，可以在生態(tài)資料缺乏的地區(qū)使用。該法一般需要有30a以上的徑流還原資料[2]。

黑龍江省納入“十三五”增效擴(kuò)容改造的河流生態(tài)流量確定過程中，均通過多種方法比較，最終結(jié)果表明，該方法計(jì)算結(jié)果一般相對(duì)保守。由于該法采用年平均天然徑流量在不同時(shí)期，采用不同百分比作為推薦流量來估算河道生態(tài)需水量，適用北方地區(qū)河流。

3 牡丹江干流各電站生態(tài)流量確定

黑龍江省地處中國東北部，冬夏兩季分明，溫度相差較大，夏季炎熱，冬季寒冷，中小河流年內(nèi)徑流量變化較大，夏季流量最大，冬季流量最小，分為冰凍期、非汛期和汛期三個(gè)時(shí)段。冰封期時(shí)流量可為0。生態(tài)基流應(yīng)分不同水期進(jìn)行確定。根據(jù)Tennant法的原則，根據(jù)黑龍江省洪水特性及牡丹江干流的實(shí)際情況分析7月—9月為汛期，河流生態(tài)功能所期望的河道生態(tài)環(huán)境選取介于“好”與“非常好”之間，生態(tài)基流取年平均天然徑流量25%確定；非汛期在每年4月—6月，10月—11月，非汛期徑流量偏小，河流生態(tài)功能所期望的河道生態(tài)環(huán)境選取介于“好”與“中”之間，生態(tài)基流按多年平均天然徑流量的15%確定。每年12月至次年3月為封凍期，生態(tài)流量按照各月多年平均流量來確定。

依據(jù)水文統(tǒng)計(jì)資料，本文以牡丹江干流為例，選取牡丹江干流鏡泊湖及以下河段5座農(nóng)村水電站，分別為瀑布水電站、渤海水電站、石頭水電站、保流水電站和晨光水電站。利用Tennant法進(jìn)行生態(tài)流量計(jì)算，生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果見表1和圖1。

表1 牡丹江干流鏡泊湖及以下河段截面各月生態(tài)流量表 m3/s

圖1 牡丹江干流各段生態(tài)流量

4 結(jié)論和建議

本文利用增效擴(kuò)容改造國家政策要求河流生態(tài)修復(fù)的前提下，對(duì)河流生態(tài)流量確定方法作了簡述，并確定適合黑龍江省生態(tài)流量的確定方法—Tennant法。Tennant法作為一種經(jīng)驗(yàn)方法，其計(jì)算靈活、簡單，容易將計(jì)算結(jié)果和水資源規(guī)劃相結(jié)合，同時(shí)計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守，適用于北方河流。

目前我國河流生態(tài)流量確定僅建立在水文水力學(xué)等理論方法上，尚未形成一套基于水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和定量分析方法為基礎(chǔ)的生態(tài)需水量計(jì)算方法。生態(tài)流量完整的確定體系還需要一段較長的歷程。

[1]郝金梅.河流生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法的研究[J].水利天地，2015(01)：45-47.

[2]汪秀麗.河流生態(tài)流量淺論[J].水利電力科技，2007(01)：20-29.

1007-7596(2016)11-0066-02

2016-10-16

李吉元(1987-)，男，甘肅民勤人，助理工程師；張鵬飛(1985-)，男，黑龍江伊春人，工程師。

P332.4

B