貓跳河流域建壩前后水文生態累積影響研究

周靖楠 劉振男 龔云

摘?要：對貴州省貓跳河生態累積效應進行評價.以修文水庫為例，采用RVA方法分析該站的日流量數據和IHA水文指標，剖析該河流的生態累積效應情況.研究結果表明：建壩后貓跳河流量的歷時和頻率等指標變化較大，極端流量事件的持續時間減少，說明建壩對該河流的中下游生態產生了較顯著的影響.

關鍵詞：水文情勢;河道生態;?RVA;評價;水庫

[中圖分類號]P341?[文獻標志碼]A

Study?on?the?Cumulative?Influence?of?Hydrologic?Ecologybefore?and?after?Damming?in?Maotiaohe?River?Basin

ZHOU?Jingnan，LIU?Zhennan，GONG?Yun

（Guizhou?Institute?of?Technology?college?of?science，Guiyang?550001，China）

Abstract：The?construction?of?reservoirs?will?change?the?hydrological?regime?of?natural?rivers，thus?threatening?the?river?ecosystem.Based?on?the?middle?reach?Xiuwen?reservoir，the?study?analyzed?the?daily?flow?data?of?the?station，calculated?32?IHA?hydrological?indexes，and?calibrated?the?changes?of?different?indexes，thus?analyzed?the?ecological?accumulation?effect?of?the?river.The?results?show?that?the?overall?hydrological?situation?of?Maotiaohe?river?changes?greatly?after?damming，among?which?the?indexes?such?as?duration?and?frequency?of?flow?change?the?most，and?the?duration?of?extreme?flow?events?decreases，indicating?that?damming?has?a?significant?impact?on?the?ecology?of?the?middle?and?lower?reaches?of?the?river.

Key?words：flow?regime;river?ecology;RVA;evaluation;reservoir

河流是維持自然系統有序循環的重要基礎，是人類賴以生存的重要資源.人類活動對河流產生的生態影響日益明顯，尤其是在河流上筑壩建庫對河流生態健康產生的影響最為顯著.針對河流健康評價的方法眾多，Richter基于IHA指標體系給出了RVA（Rang?of?Variability?Approach）方法.該方法可以對同一條河流不同時期的水文情勢進行對比，從而判斷河流生態系統的變化情況.由于RVA法能夠準確的對河流生態系統具有表征意義的關鍵指標值進行計算和評價，因此，被廣泛應用于河流的管理當中.[1]舒暢[2]等應用RVA方法對南水北調西線工程中的泥曲河的生態流量進行了估算.石佳[3]等利用RVA方法對三峽水庫生態風險進行了評價，并給出了相應的管理措施.官云飛[4]等基于RVA方法對新安江-富春江的生態環境需水進行了計算，并給出了相應的最小生態環境流量、最大生態環境流量及適宜生態環境流量.本文運用RVA方法對貓跳河的生態健康情況進行分析評價，為當地河流管理提供參考.

1?RVA方法簡介

1.1?RVA范圍的確定

RVA方法基于一定的既定規則對每一項生態水文指標給出一個可接受的變動范圍區間作為河流監測管理的依據.變動范圍的確定主要是給出合理的上下界，通常有兩種擬定方法：一是根據各指標的多年中值進行選定，二是根據各指標的多年統計參數，即均值和標準差進行選定.結合實際情況，適當調整上下界的具體取值.

VL=（1-η）VmedianVmean，若VL

VL=（1+η）VmedianVmean+lVs?d，若Vup

式（1）和（2）中，Vmedian表示天然情況下各水文指標多年中值，Vmean表示影響后各水文指標多年均值，Vsd表示天然情況下各水文指標標準方差，VL表示各指標變動范圍的下界，Vup表示各指標變動范圍的上界，η表示百分數（一般取17%），l為大于零的整數（一般取1），Vmin表示各指標多年最小值，Vmax表示各指標多年最大值，V75%和V25%是將各指標的逐年平均值按照從大到小的順序排列后位于75百分位和25百分位的指標值.

1.2?水文變化測度

收集整理河流受影響后的水文參數序列值，與已確定RVA法的區間進行比對，從而評價河流不同時期的水文情勢變化.為了更加客觀的對變化情況進行量化衡量，RVA方法給出了水文變化測度的概念.

R=Nobs-NexpNexp×100%.（3）

式（3）中，Nobs表示觀測到的次數，Nexp表示期望出現次數，R為水文特征變化量，其絕對值越大，表明河流受影響后水文指標參數改變程度較大，否則較小.

1.3?水文變化度

水文變化測度為定量評價指標，反映各水文指標參數不同時期的變化程度.由于IHA指標體系涉及的水文參數較多，不同參數對于河流生態變化的敏感度不盡相同，因此，不同參數間的水文變化度亦有不同.Richter[5]等建議將水文變化度平均劃分為3個等級，即[67%～100%]為高變化度，[33%～66%]為中變化度，[0%～32%]為低變化度.若水文變化測度低于33%，表示河流生態健康情況良好.Shiau[1，6]等對以下三種水文變化度情況進行了闡述：

（1）若所有的水文指標參數的R值均小于33%，則用所有IHA指標R的平均值進行評價.

Rw=132∑32i=1Ri.（4）

式（4）中，Ri為各指標水文變化測度值，如果Rw值低于33%，則代表整體改變度低.

（2）若32個IHA指標中至少有一個指標屬于中度改變，但沒有任何一個指標屬于高度改變，采用（5）式計算：

Rw=33%+132∑N1i=1（Ri-33%）.（5）

式（5）中，N1為屬于中度改變的IHA個數，Rw的數值介于33%～66%，代表整體改變度中等.

（3）若32個IHA計算結果中至少有一個指標屬于高度改變，采用（6）式計算：

Rw=67%+132∑N2i=1（Ri-67%）.（6）

式（6）中，N2為屬于高度改變的IHA個數，Rw的數值高于67%，代表整體改變度高.

2?實例研究

貓跳河位于貴州省境內，屬烏江水系，全長約180公里，流域面積約3?200平方千米，是我國最早完成梯級開發的流域之一.自上而下分別修建了紅楓湖水庫、百花水庫、李官水庫、修文水庫、窄巷口水庫以及紅林水庫.修文水庫位于六級梯級水庫中間段，是承上啟下的重要水利工程節點，對下游水文情勢的影響較大.本文收集了修文水庫1955-1980年的日平均流量資料，對該水庫修建前后對貓跳河水文情勢影響變化進行了分析.以修文水庫1961年7月竣工為界，將水文資料進行了劃分——建壩前（影響前）（1955-1961）與建壩后（影響后）（1962-1980）——利用RVA方法對貓跳河的水文情勢進行剖析.

2.1?RVA方法分析結果

對修文水庫建壩前與建壩后的徑流均值、方差與最值進行統計，按照建壩前各水文指標的統計參數，即均值和標準差對RVA的上下界進行標定.11月的最小流量、1月的平均流量、最小流量的最小值均小于RVA的下界值，故將其所對應參數序列按大小排列后位于75%的值設定為RVA的下界值.具體的水文情勢見表1.

由32項IHA指標的水文變化測度可知，水文測度值大于0.5的指標僅有3項，占比為9.4%，說明河流總體變化度并不劇烈.由水文改變度可知，高度變化的指標共有6項，中度變化的指標共有8項，低度變化的指標共有18項，說明河流總體水文情勢變化并不顯著.

2.2?建壩后水文情勢影響分析

由表1可知，IHA的第一組與第三組指標參數均為中度和低度變化狀態，IHA的第二組指標參數為高度、中度以及低度變化狀態，而IHA的第四組與第五組指標參數為高度與中度變化狀態.高度變化的指標參數大多為歷時和頻率，說明建壩對歷時與頻率的影響較大，其次為變化率和發生時間，最后是流量等級、歷時及發生時間分布.就流量等級而已，極端流量較平均流量更易受到大壩的影響，且反應更加靈敏;就發生時間而言，建壩后年最大流量出現時間顯現的變化程度較最小流量出現時間更為劇烈;就頻率、變化率而言，水文逆轉次數受建壩后的影響更為顯著.水文參數指標基流受建壩影響較大，建壩前貓跳河當地的降水通過匯流會形成自然基流，從而保障了河道生態系統所需的基礎流量，但是建壩后流域集水于水庫，通過人工調節實現了徑流的再分配，使河道生態系統對基礎流量的保證率得到了進一步的提高.每年的徑流高、低脈沖次數改變度較高，即建壩對河道次洪水以及水文過程產生了影響，這種影響關系到灘地與河岸水陸交匯處生態系統的健康發展.

3?結論

本文應用基于IHA指標體系的RVA方法對貓跳河中下游河流生態累積效應進行了分析.研究結果表明：貓跳河建壩后對中下游河道的水文情勢產生了較為顯著的影響，尤其體現在IHA指標當中的頻率、歷時以及變化率方面.這種影響嚴重破壞了當地河流的生態健康，應當被當地河流管理者所關注.研究也表明，RVA方法的計算結果為如何修復和改善河流生態提供了明確的目標.

參考文獻

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[2]舒暢，劉蘇峽，莫興國，等.基于變異性范圍法（RVA）的河流生態流量估算[J].生態環境學報（5）：149-153.

[3]石佳，紀昌明，張驗科，等.基于?RVA?的建庫后下游河流生態風險評價研究[J].中國農村水利水電，2013?（8）：7-11.

[4]官云飛，黃顯峰，方國華，等.基于?RVA?框架的河流適宜生態環境需水研究[J].中國農村水利水電，2014?（1）：105-110.

[5]Richter?B?D，Baumgartner?J?V，Powell?J，et?al.A?method?for?assessing?hydrologic?alteration?within?ecosystems[J].Conservation?biology，1996，10（4）：1163-1174.

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[7]范興奎，閆潔，宋善洋.?基于模糊評價的深圳市人才吸引力水平研究[J].牡丹江師范學院學報：自然科學版，2019（1）：10-14.

[8]謝會萍，朱家明，張素素，等.基于?Leslie?模型的人口結構評價分級與預測[J].?牡丹江師范學院學報：?自然科學版，2017?（3）：17-20.

編輯：琳莉

收稿日期：2019-12-17

基金項目：貴州省科技廳基金項目（黔科合LH字[2016]7096）

作者簡介：周靖楠（1985-），女，黑龍江佳木斯人.副教授，碩士，主要從事微分動力系統研究;劉振男（1984-），男，山東東平人.講師，博士，主要從事水文及水資源研究;龔云（1973-），男，貴州貴陽人.副教授，碩士，主要從事水工結構研究.