撈刀河流域生態基流分析計算

何立純

（長沙市水文水資源勘測局，湖南 長沙 410007）

生態基流是指維持河流基本形態和基本生態功能，保證水生態系統基本功能正常運轉的最小流量。在此流量下，河道可能保證不斷流，水生生物群落能避免受到不可恢復性的破壞。

1 流域概況

撈刀河流域屬中亞熱帶濕潤季風氣候,多年平均年降水量1 484.0 mm，4～9 月降水量占全年總量的65.9%。撈刀河源頭為湘東北暴雨高值區，多年平均24 h 暴雨達120 mm，暴雨頻繁，山洪易發；中下游地勢低平，農田較多，流域內水旱交加。

2 河流水系及水文測站情況

撈刀河為湘江一級支流，有“長沙市第二大內河”之稱，位于湖南省長沙市境內，湘江下游右岸。撈刀河發源于瀏陽市石柱峰北麓的社港鎮周洛村。流經瀏陽市社港鎮、龍伏鄉、沙市鎮、北盛鎮和永安鎮，長沙縣春華鎮和黃花鎮，長沙市開福區撈刀河街道。撈刀河干流長度141 km，總流域面積2 543 km2，河流平均坡降0.78‰，多年平均流量為30 m3/s。

撈刀河流域上一級支流流域面積100 km2以上的支流共6 條，分別是白沙河、金井河、獅巖河、永樂橋、東門江、黃泥江。

撈刀河流域現有水文站共有5 個，其中撈刀河布設有羅漢莊、星沙、沙市，金井河布設有螺嶺橋，白沙河布設有安沙等站。除金井河螺嶺橋站有流量資料外，其他站點均無實測流量數據，對生態基流的分析計算工作帶來一定程度的困難。見圖1。

圖1 撈刀河流域水文測站分布圖

3 河道生態基流的概念

河道生態基流是指維持河流基本形態和基本生態功能，保證水生態系統基本功能正常運轉的最小流量。對于一條常年性河流，具有流動的足夠的水量是維持河道生態環境功能的最基本條件，如果發生河流斷流，原有的水生環境遭受到嚴重破壞，即使再次復水，河道系統也很難恢復到原來的水生生態系統，甚至一些本地特有的物種將從此滅絕。因此，為了防止河道萎縮或斷流，維持河道基本的生態環境功能，河道中常年都應該保持一定比例的基本流量，河道生態基流的概念是基于此而提出。

4 生態基流計算的原理與方法

對于河流最小生態流量的計算，目前在國際國內流行多種計算方法，一般有四類：水文學法、水力學法、整體法和生境分析方法，其中水文學法和水力學法比較常用，由于各方法的計算差異較大，采用單一計算方法可能產生較大誤差。故一般采用多種方法計算，對計算成果進行比較，并結合生境分析來決定成果取值。本文主要采用水文法進行分析計算。

對有水文基礎數據資料的河流可采用以下5 種水文學方法對河流最小生態流量進行對比計算。方法如下：

方法1：Tennant 法（1/10 多年年平均流量法）——此法是依據河道多年年平均流量來確定河段最小生態流量，計算時取多年年平均流量的1/10。

方法2：（最枯月平均流量法）——先根據控制斷面歷年的最枯平均流量進行頻率計算，再取P=90%最枯月平均流量作為最小生態流量。

方法3：（最小瞬時流量法）——根據控制斷面歷年最小瞬時流量進行頻率計算，取P=90%最小瞬時流量作為河段最小生態流量。

方法4：（最近10 年最枯月平均流量法）——直接取控制斷面最近10 年最枯月平均流量作為河段最小生態流量。

方法5：（美國7Q10 法）——根據控制斷面歷年最枯連續7 天平均流量進行頻率計算，取P=90%最枯連續7 天平均流量作為河段最小生態流量。

對于沒有水文基礎數據資料的河流，采用水文比擬法移植相近流域資料，提出其最小生態流量。

5 河道生態基流的計算

撈刀河流域已設有星沙和羅漢莊兩個水位站點，并擬建石塘鋪水文站，下游段和上游河段分別選用羅漢莊和石塘鋪作為控制斷面進行計算，因撈刀河流域沒有實測流量資料，本文采用水文比擬法，移植相近金井河流域螺嶺橋水文站資料和瀏陽河流域榔梨水文站資料，并用面降雨量進行修正，分別推求出所需流量，進行對比取值。具體推求見式（1），參照螺嶺橋站推求成果詳見表1，參照榔梨站資料推求成果詳見表2。

式中 Q求、Q參——推求斷面和參證斷面的流量；

F求、F參——推求斷面和參證斷面的集水面積；

P求、P參——推求斷面和參證斷面的面雨量；

N——面積指數，一般取值為2/3。

表1 采用螺嶺橋站資料推求羅漢莊斷面流量 m3/s

表2 采用榔梨站資料推求羅漢莊斷面流量 m3/s

1）Tennant 法（1/10 多年年平均流量法）

Tennant 法也叫蒙大拿法，屬于水文學計算法的一種，即將河流多年平均流量的10%～30%作為生態基流，由于不同的河流河道內環境的生態功能有差異，因此必須根據實際情況選取合理的環境和生態目標來確定流量百分比，本文依據2014 年《長沙市水資料保護規劃》選取10%作為計算標準來推求，計算成果詳見表3 和表4。

表3 撈刀河最小生態流量成果表（螺嶺橋站類比法）

表4 撈刀河最小生態流量成果表（榔梨站類比法）

2）方法2（最枯月平均流量法）

最枯月平均流量法屬水文學計算法的一種，先根據控制斷面歷年的最枯平均流量進行頻率計算，再取P=90%最枯月平均流量作為最小生態流量。此法計算出來的生態基流在某種意義上維持了河流水質標準，更適合于生態環境需水要求。在計算河流納污能力方面有獨特的優勢。詳見圖2、圖3，計算成果詳見表3 和表4。

圖2 螺嶺橋站推求流量排頻成果

圖3 榔梨站推求流量排頻成果

3）方法3（最小瞬時流量法）

圖4 螺嶺橋站推求流量排頻成果

根據控制斷面歷年最小瞬時流量進行頻率計算，取P=90%最小瞬時流量作為河段最小生態流量。詳見圖4、圖5，成果詳見表3 和表4。

圖5 榔梨站推求流量排頻成果

4）方法4（最近10 年最枯月平均流量法）

直接取控制斷面最近10 年最枯月平均流量作為河段最小生態流量，計算成果詳見表3 和表4。

5）方法5（美國7Q10 法）

7Q10 法屬于水文學計算法的一種，根據控制斷面歷年最枯連續7 天平均流量進行頻率計算，取P=90%最枯連續7 天平均流量作為河段最小生態流量。該法計算出來的生態基流能夠維持河道不發生斷流，但未考慮生物學因素。詳見圖6 和圖7，成果詳見表3 和表4。

圖6 螺嶺橋站推求流量排頻成果

圖7 榔梨站推求流量排頻成果

6 結 論

綜合此流域降雨和下墊面等情況，并依據2017 年生態補償實測流量值為6.18 m3/s 以及2014 年《長沙市水資源保護規劃》撈刀河羅漢莊站到河口生態基流為5.2 m3/s，認為采用螺嶺橋站類比資料更符合撈刀河流域實際情況。按照“生態基流應不小于90%保證率最枯月平均流量和多年平均天然徑流量的10%兩者之間的大值”規劃要求，本文撈刀河流域生態基流采用方法2 即最枯月平均流量法的計算成果。最終采用成果見表5。

表5 撈刀河流域最小生態流量成果表（采用值）

7 建 議

由于各流域水資源量及其時空分布不均，水資源開發利用的程度以及水環境狀況差異較大，生態基流一般需要分區域、采用不同的方法來進行計算。北方河流的生態基流應分汛期和非汛期分別進行計算，南方河流應盡量采用多種方法進行計算。

河流的生態基流不僅與河流生態系統的結構和功能有關，而且與流域的氣候、土壤、水文、地質和其他諸多因素有關。水文學和水力學等計算方法在確定河流生態基流方面有一定的優勢和可操作性，但仍然需要不斷的完善，并應逐步深入開展生境模擬法和整體法的研究，最終解決生態基流的計算問題。