嘉陵江南充段青居電站建站前后河道內生態需水量估算

魏曉涵

摘 要：為了合理優化配置水資源，對嘉陵江南充段青居電站建站前、后河道生態需水量進行估算，從而觀察建站前、后河道內生態需水量的變化。本文綜合考慮非汛期河流最小生態基流量和汛期河道內最大輸沙用水量。結果表明，建站后較建站前非汛期河流最小生態基流量增加，汛期河流最大輸沙用水量減少。嘉陵江南充段青居電站所控制的河道范圍生態需水量非汛期河流最小生態基流量為64.75億m3，汛期最大輸沙量為95.46億 m3。

關鍵詞：生態需水量估算;青居電站;嘉陵江

1引言

我國水資源時空分布與生產力布局不相適應， 年內年際分布不均，地區間存在著很大的用水競爭，水資源開發利用方式等問題尤其突出，也導致了很多生態環境問題。為了實現水資源的有效利用，修建水電站具有發電、防洪、灌溉、利于航運、改善水土流失等多項好處。研究人員也在密切關注河流生態的最小需水量，根據河道內生態需水的估算，來觀察修建電站前、后需水量的變化情況。

嘉陵江南充段干流有9個中型梯級開發電站，本文以青居電站為例， 通過計算嘉陵江南充段青居電站梯級開發前后汛期和非汛期兩個時期的河道內的最小生態需水量來觀察需水量的變化情況。河道內生態需水量的估算為南充段優化配置水資源提供基礎，對促進南充市水能資源開發、管理將發揮積極作用。

2流域概況

嘉陵江為長江上游左岸的一級支流，干流發源于陜西省鳳縣東北的秦嶺南麓，干流全長1120km，流域面積為159800km2，整個流域位于東經102°31′～109°29′，北緯29°40′～34°30′之間。南充市河流分屬嘉陵江及渠江支流，在兩大流域河流上共有中、小型水電站103座，其中嘉陵江干流建有9座中型梯級電站，青居電站位于南充市下游約17km 處的青居街，壩址以上干流河長815km，控制集雨面積76753km2，利用河彎約18km，河段比降約為0.32‰。

3河道內生態環境需水量的估算方法

河流生態環境需水量包括河道內生態需水量和河道外生態需水量[1]。本文討論河道內生態環境需水量的變化，包括河流生態基流量、輸沙用水量、河流水面蒸發量、河道滲漏用水量、入海需水量以及水上娛樂環境需水量等。

3.1河流生態基流量

河流生態基流量是維持水生生物生存以及滿足河道不斷流、不萎縮的最小需水量。本文采用河流基本生態環境需水量法[2] ，計算非汛期保證河流生態平衡的最小需水量，計算公式為：

（1） 式中，Wb為河流生態基流量（108m3）;T 為換算系數， 其值取為31.536×106S;n 為統計年數;Qij表示第 i 年第j 個月的月均流量（m3/s）。

3.2輸沙用水量

本文通過計算汛期多年月平均的輸沙用水量表示河道內汛期的最小生態需水量，來滿足泥沙的正常運輸，以免發生航道堵塞，計算公式為[3]：

（2） 式中，Ws 為輸沙用水量（108m3）;n 為統計年數;St 為多年平均輸沙量（104t）;Cij 表示第 i 年第 j 個月的月平均含沙量（kg/m3）。

3.3???? 河流面蒸發量

河流的水面蒸發是河流水量消耗的重要因素之一，研究者通常采用水量平衡法估算河流的水面蒸發量，計算公式為：

E=P-R???? （3）

WE 總 =E×B×V??? （4）

式中，E 為多年平均水面蒸發量（mm）;P 為多年平均降水量（mm）;R 為多年平均徑流深（mm）;We 總為多年平均河流水面蒸發量（m3）;B 為河寬平均值（m）;V 為月平均流速（m3/s）。

由于河流的生態基流量計算的是非汛期水面蒸發、河道滲漏后保持河道水量平衡、水生生物生存、水體自凈的最小需水量，所以本文不再重復的計算河道水面蒸發量。

3.4???? 入海需水量、和水上娛樂環境需水量嘉陵江南充段所處的位置為長江上游的支流，影響相對較小，且回補地下水位的生態需水量有部分重合，因此不計算入海需水量和河道滲漏用水量。同時為保證河道水上娛樂功能以及恢復河流的生態功能和環境功能，這部分水上娛樂環境需水量，就南充的目前階段來看，可以忽略不計。綜上所述，河道內生態環境需水量實際上分為非汛期河流最小的生態基流量和汛期最大的輸沙用水量。

4青居電站建站前、后河道內生態需水量的估算及結果分析

4.1???? 青居電站建站前、后的生態需水量估算

青居電站于2000年開始修建，2005年竣工，文章分別采用建站前1956～2000年和建站后2006～2018年的數據，計算非汛期（1～4月、11～12月）的多年月平均最小河流生態基流量和汛期（5～10月）的多年月平均最大輸沙用水量，查閱2000～2018年《長江泥沙公報》、《中國河流泥沙公報》等資料進行分析。青居電站建站前、建站后的河道內生態需水量的估算結果為：河流生態基流量（非汛期）建站前、后分別為58.21億 m3和64.75億 m3;輸沙用水量（汛期）建站前、后分別為106.20億 m3和95.46億m3。

4.2???? 梯級水電站開發前、后河道內生態環境需水量估算的結果分析

根據估算結果可以看出：（1）在嘉陵江南充段青居電站建站前、后河流生態基流量分別為58.21億 m3和64.75億 m3，開發后比開發前河流生態基本需水量有所增加，可能為建站后水的流動性變小，水體自凈能力變低，所需的生態基流量變高;（2） 河道的輸沙用水量建站前、后分別為106.20?? 億m3和95.46億m3，開發后比開發前有所減少，梯級水電工程具有攔沙的作用，使大量泥沙淤積在水庫內，且近年來各項水土保持工程和水利工程攔沙，這些都是泥沙減少的原因，所以梯級水電站建站后所需的輸沙用水量有所減少;（3）青居電站所控制的流域河道內生態需水量在梯級水電站建站前最小的河流生態基流量和最大的輸沙用水量分別為58.21億m3和106.20億 m3，建站后最小的河流生態基流量和最大的輸沙用水量分別為64.75億 m3和95.46億 m3，可以看出青居電站建站前后對水體的自凈能力、生物的生產活動產生了一定的影響，但起到了攔沙的作用，防止河道的泥沙大量淤積，維持了水沙平衡和沖刷與侵蝕的動態平衡。

5結論

水資源的短缺使得合理開發、利用、分配水資源顯得尤為重要，河道內生態需水量的估算為區域優化配置水資源提供了基礎。本文采用的計算方法是河流生態基流量和輸沙用水量。梯級水電站開發下生態需水量的變化情況為：河流生態基流量增加，最大輸沙需水量減少，梯級水電站開發后河道內生態基流量（非汛期）為64.75億 m3，較開發前有所減少，最大的輸沙用水量（汛期）為95.46億 m3，較開發前有所減少，生態需水量的估算結果為配置水資源提供了參考。

參考文獻：

[1] 黃錦輝. 黃河干流生態環境需水研究[D]. 河海大學，2005.

[2] 鮑衛鋒， 黃介生， 于福亮. 區域生態需水量計算方法研究[J]. 水土保持學報，2005，19（5）：139-142.

[3] 崔樹彬. 關于生態環境需水量若干問題的探討 [J]. 中國水利，2001（8）：71-74.