漢江干流漢中(二)水文站斷面河道內生態基流計算分析

曹苗苗

(漢中水文水資源勘測中心，陜西漢中723000)

河道內生態環境需水是為了維持河流生態系統一定形態和一定功能、平衡河流開發利用和保護的關系，所需保留在河道內的水量。為滿足河流生態環境保護以及水資源開發利用的要求，分別用生態基流、生態環境下泄水量來表示各控制節點不同情況下應該保留在河道內的水量。生態基流是指維持河床基本形態，保障河道輸水能力，防止河道斷流、保持水體一定的自凈能力的最小流量，是維系河流的最基本環境功能不受破壞，必須在河道中常年流動著的最小水量閾值，生態基流一般用流量表示。

1 漢中(二)水文站基本情況

漢中水文站設立于1971年6月，所在地為漢臺區天漢大橋斷面，是漢江干流的國家重要控制站之一。流域控制面積9329 km2,至河口距離1383 km。漢中水文站2020年1月上遷至上游4.8 km的龍崗大橋斷面，更名為漢中(二)水文站，流域控制面積8622 km2，至河口距離為1387.8 km。測驗任務有水位、流量、降水、蒸發、墑情等工作任務，長期收集漢江上游流域各項水文特征值，掌握該河段來水量變化規律，為下游防汛抗旱服務，為防汛減災提供依據；為漢江流域水利工程的規劃、設計和綜合治理、開發利用水利資源、編制水資源供需計劃及水資源管理提供基本數據。漢中水文站建站以來最大流量9520 m3/s，出現在1981年8月22日。實測最大流量8470 m3/s，最高水位506.63 m,最大流速4.35 m/s，最大水深6.1 m,出現在1990年7月6日。

2 河道內生態基流計算

依據《河湖生態環境生態需水計算規范》(SL/Z 712-2014)，生態基流量共有19種計算方法，結合漢中水文站實際情況，本次分析計算采用Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%頻率曲線法四種方法計算漢中水文站下游河道基流量，再通過水文比擬法確定漢中(二)水文站斷面河道內生態基流量。由于漢中(二)水文站僅在漢江干流上遷4.8 km，流域面積僅減少7.6%，下墊面條件基本一致，因此只需要進行面積修正。

2.1 Q90法

依據漢中水文站1981年～2019年共39年最枯月平均流量資料系列進行頻率計算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線適線，經矩法計算和計算機適線后確定的統計參數為：多年平均最枯月流量Q均=16.7 m3/s，變差系數CV=0.44，偏態系數按CS=0.53。

漢中水文站1981年～2019年不同頻率多年平均流量頻率分析成果見表1，漢中水文站1981年～2019年最枯月平均流量頻率曲線圖1。由表1可知，漢中水文站控制斷面處漢江90%頻率枯水流量為7.81 m3/s，根據水文比擬法計算得漢中(二)水文站90%頻率枯水流量為7.22 m3/s。

表1 漢中水文站不同頻率最枯月平均流量表 單位：m3/s

圖1 漢中水文站1981年～2019年月平均流量頻率曲線圖

2.2 多年平均流量的10%～20%

依據《全國水資源調查評價水生態調查補充技術細則》生態基流計算可以用非汛期的生態基流占多年平均天然徑流量的比例不低于10%，汛期比例不低于20%來確定。漢中水文站實測1981年～2019年多年平均天然年徑流量為33.42億m3，變差系數CV=0.54，偏態系數按CS=1.36。多年平均流量為106 m3/s，河道基流年需水量為3.342億m3，河道內生態基流為10.6 m3/s～21.2 m3/s。根據水文比擬法計算得漢中(二)水文站河道內生態基流為9.79 m3/s～19.6 m3/s。漢中水文站1981年～2019年多年平均徑流量頻率曲線見圖2。

圖2 漢中水文站1981年～2019年多年平均徑流頻率曲線圖

2.3 近十年最枯月平均流量

根據水文年鑒資料，計算出漢中水文站2010年～2019年10年最枯月平均流量為20.7 m3/s(見表2)，根據水文比擬法計算得漢中(二)水文站控制斷面以上近10年最枯月平均流量為19.1 m3/s。

表2 漢中水文站近10年最枯月平均流量統計表 單位：m3/s

2.4 95%頻率曲線法

依據漢中水文站1981年～2019年長系列水文資料的月平均流量構建各月水文頻率曲線，將95%頻率相應的月平均流量作為對應月份的節點基本生態環境需水量，組成年內不同時段值，用汛期、非汛期各月的平均值復核汛期、非汛期的基本生態環境需水量。根據水文比擬法計算得漢中(二)水文站控制斷面95%頻率相應的月平均流量，結果見表3、表4。

由表3可以看出漢中(二)站年內生態基流分配情況，表4可以看出非汛期漢中(二)水文站生態基流13.4 m3/s，汛期漢中(二)水文站生態基流20.1 m3/s，年平均生態基流16.8 m3/s。

表3 95%頻率相應的月平均流量統計表 單位：m3/s

表4 95%頻率相應的各時段流量統計表 單位：m3/s

3 漢中(二)站生態基流確定

(1)Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%頻率曲線法計算的漢中(二)站生態基流分別為7.22 m3/s、9.79 m3/s～19.6 m3/s、19.1 m3/s、16.8 m3/s，以上四種計算方法由于選取資料的不同計算的生態基流量相差較大。

(2)Q90法以39年實測最枯月平均流量資料系列進行頻率計算，取90%頻率的最枯月流量作為生態基流，此種方法著重考慮枯水期流量，適合作為漢中(二)水文站旱警流量。

(3)多年平均流量的10%～20%法分別確定了非汛期和汛期生態流量。

(4)近十年最枯月平均流量法資料系列較短，只考慮了近期河道來水量情況，代表性相對較差。

(5)95%頻率曲線法反應了漢江干流漢中水文站控制斷面以上各月來水實際情況，最小流量出現時間為枯水期12月～3月，灌溉用水量很少，且上游褒河石門水庫枯水期進行除險加固，而上游農業灌溉用水主要集中在5月～6月，因此5月～6月實際來水流量偏小。非汛期漢中(二)水文站生態基流13.4 m3/s，汛期漢中(二)水文站生態基流20.1 m3/s。滿足非汛期的生態基流占多年平均天然徑流量的比例不低于10%(9.79 m3/s)，汛期比例不低于20%(19.6 m3/s)。且95%頻率曲線法確定的漢中水文站生態基流18.1 m3/s與2014年水利部長江水利委員會《漢江流域水量分配方案》確定的漢中水文站最小下泄流量22.4 m3/s，計算方法類似、結果相近，選取的資料系列不一致，本次分析計算選取的資料系列最新最全。因此認為95%頻率曲線法確定的漢中(二)水文站生態基流最為合理。

4 結語

本文在調查漢中(二)水文站流域現狀的基礎上，依據《河湖生態環境生態需水計算規范》(SL/Z 712-2014)，結合漢中水文站實際情況選取四種計算方法，并用相似流域水文比擬法確定漢中(二)水文站生態基流。結果表明，四種計算方法所得的結果雖然不盡一致，但都有理有據，最終采用95%頻率曲線法確定的漢中(二)水文站非汛期生態基流13.4 m3/s，汛期生態基流20.1 m3/s，年平均生態基流16.8 m3/s。為維護河道生態平衡，進行水量控制、調度管理提供技術支撐。