河道內生態需水量研究

林 煒 褚 麗

(黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

隨著社會經濟發展對水資源的需求越來越多，河道內生態需水量往往得不到滿足，造成河流生態環境逐步退化。河道內生態需水量指為維護河流基本生態環境功能或改善生態環境質量，天然水體必須儲存和消耗的最小水量，它具有優先滿足性[1]。研究河道內生態需水量有利于遏制由河道斷流和流量減少造成的生態環境惡化，有利于實現人水和諧，促進河流生態系統的可持續發展。

1 河道內生態需水量的確定原則

河道內生態需水量與河段位置、河流特性和河道功能有關，其確定應遵循以下原則：

1)分河段計算。

河流的不同河段在河道比降、斷面形態和河勢等方面存在很大差異，不同河段的用水量要求也不相同，因此，不同河段的河道內生態需水量應分別計算。

2)優先滿足主要功能。

在不同的時段和河段，河流各項生態功能的優先程度也不同。當各項功能存在用水矛盾時，優先滿足占主導地位的主要功能的需水量[2]。

3)全河段綜合優化。

在分河段討論的基礎上，應進一步對整個河段的河道內生態需水量進行綜合分析，確定全河段河道內生態需水量。

2 河道內生態需水量的確定方法

國內外針對河道內生態環境需水量的研究還未形成共識，理論和方法都有待進一步完善[3]。目前應用的主要包括水文學法、水力學法、棲息地評價法、整體分析法等。各方法的計算原理及適用條件見表1[4]。

3 沙河河道內生態需水量分析

沙河支流眾多，河床淺窄，河道平均比降約為1‰，山區約占總流域面積的1/3。

3.1 分析斷面選擇

水文站斷面多布設在河床順直、穩定、水流集中、枯水部分沒有深坑的河段，且避開了變動回水、急劇沖淤變化、分流、斜流、嚴重漫灘等不利因素，因此對順直段河床橫斷面形態具有代表性；同時，由于彎道處河床水深一般大于順直河段，在枯水季節比順直河道更利于生物棲息。因此，選擇水文站斷面作為分析斷面推求的最小生態流量對生物是安全的[5]。

表1 河道內生態環境需水量計算方法的計算原理及適用條件

3.2 河道內生態需水量計算

考慮到沙河水系含沙量較大，汛期應滿足輸沙需水量，防止河道泥沙淤積、維持河道基本形態，汛期采用輸沙需水量作為河道內生態需水量，非汛期采用水文學方法中的蒙大拿法計算河道內生態需水量[6]。

3.2.1蒙大拿法

蒙大拿法是Tennant，D.L等人于1976年提出的，將全年分為兩個計算時段，4月～9月為豐水期，10月～次年3月為枯水期，不同時期流量百分比有所不同[7]，采用年平均流量的百分比作為生態需水量(見表2)。

表2 河道內流量與魚類、野生動物、娛樂及相關環境資源的關系

根據蒙大拿，生態需水量計算式如下：

式中：WR——多年平均條件下生態需水量，m3；

Mi——第i月天數，d；

Qi——第i月多年平均流量，m3/s；

Pi——第i月生態需水百分比。

對沙河黃莊站斷面2003年—2012年逐日流量資料進行分析，按照蒙大拿法的標準，10月～次年3月平均流量百分比取10%，4月～9月平均流量百分比取30%，河道生態需水量計算結果如表3所示。

表3 河道生態需水量計算表

3.2.2輸沙需水量

河道輸沙需水量是指為保持河道水流泥沙沖淤平衡所需要的水量，與上游來水來沙特性、泥沙顆粒組成及河道形態等因素有關。對北方河流而言，來沙量主要集中在汛期，可根據汛期輸送單位泥沙所需的水量來計算輸沙需水量[6]。輸沙需水量計算公式：

式中：Ws——年輸沙需水量，m3；

Sl——多年平均輸沙量，kg；

Scw——多年平均汛期含沙量，kg/m3。

統計沙河黃莊斷面1966年—2010年共45年的泥沙資料，多年平均輸沙量20.2萬t，多年平均汛期含沙量7.85 kg/m3，經計算，汛期輸沙需水量2 183.78萬m3。

3.2.3計算結果

汛期河道內生態需水量取輸沙需水量2 183.78萬m3，非汛期河道內生態需水量取912.38萬m3，全年河道內生態需水總量為3 096.16萬m3。

4 結語

通過分析各種河道內生態需水量計算方法的原理及適用條件，以沙河為例，分析水文站斷面對整個河段的代表性，選擇黃莊水文站斷面，采用蒙大拿法進行計算結果作為非汛期河道內生態需水量；汛期采用輸沙需水量作為河道內生態需水量[7]。通過該方法計算的河道內生態需水量既保證了多沙河流汛期輸沙需水要求，又滿足了非汛期維持河道基本自然功能和社會功能的要求，為本流域及同類型的河流水資源管理確定合理的生態基流量提供了參考，具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1] 李國英.維持黃河健康生命[M].鄭州:黃河水利出版社,2005.

[2] 樊自立.塔里木河流域資源環境及可持續發展[M].北京：科學出版社，1998.

[3] Male J W.Tradeoffs in water quality management[J].Journal of Water Res.Plan.Manage.ASCE,1984,110(4):434-444.

[4] 倪晉仁，崔樹彬，李天宏，等.論河流生態環境需水量[J].水利學報，2001(9)：22-28.

[5] 王西琴，劉昌明，楊志峰．生態及環境需水量研究進展與前瞻[J]．水科學進展，2002，13(4)：507-514.

[6] 豐華麗,王 超,李劍超.河流生態與環境用水研究進展[J].河海大學學報(自然科學版),2002,30(3):19-23.

[7] 徐志俠,陳敏建,董增川.基于生態系統分析的河道最小生態需水量計算方法研究[J].水利水電技術,2004(12)：73.