淮河干流阜陽段生態基流估算研究

丁智慧 王振龍 朱永華

摘 要：為了有效保障淮河干流阜陽段生態系統需水要求，根據淮河阜陽段魯臺子站1973—2017年實測流量資料，采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法及90%保證率法，對淮河中游阜陽段生態基流進行了分析計算。綜合對比分析各種生態基流計算結果認為，淮河阜陽段生態基流為67.17～201.52 m3/s;除特枯年外，其生態基流保障程度基本能達到90%，結果比較符合實際。生態基流上限值占多年平均流量的32%，為了使河流健康狀況達到更好水平，還需采取生態調度、跨流域調水等措施，實施引江濟淮工程等，逐步提高生態基流值，從而保障生態環境安全。

關鍵詞：生態基流;基流比例法;流量;淮河

中圖分類號：P333;X522 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.020

Abstract：In order to effectively guarantee the water requirement of the ecosystem in the Fuyang reach of the main stream of Huaihe River， the method of basic flow ration， the Tennant method， average of the minimum monthly average flow and 90% of the minimum monthly average flow were used to calculate and analyze the ecological base flow of this area based on the measured run off data of Lutaizi Station from 1973-2017. The results of various ecological basic flow calculations which were comprehensively analyzed and compared show that the ecological basic flow range in Fuyang reach of Huaihe is 67.17-201.52 m3/s; the ecological base flow security degree can reach more than 90% except the extraordinary dry year， which gives the calculated results in good agreement with practice. The upper limit of ecological base flow accounts for 32% of the annual average runoff， in order to achieve a better level of river health， measures such as ecological regulation， inter basin water diversion and project of diverting water from Yangtze to Huaihe River should be implemented to gradually increase the ecological base flow value to ensure the ecological environment.

Key words： ecological base flow; basic flow ration method; runoff; Huaihe River

河流生態基流是維持河流基本形態和基本生態功能的最小流量[1]，確定合理的生態基流不僅可以維持河流生態系統基本功能的正常運轉，而且可以為合理配置和規劃水資源提供可靠依據[2]。國外計算河流生態需水量的方法有200多種[3]，可分為水文指標法、水力學法、棲息地法和整體分析法[4]4類，其中：典型水文指標法（也稱歷史流量法）有Tennant法、Texas法、7Q10法、NGPRP法、可變范圍法（RVA）等[5-6];水力學法是將流量變化與河道水力學參數聯系起來求解生態需水量，有濕周法、R2CROSS法等[7];棲息地法（也稱生境法）的代表方法有河道內流量增量法（IFIM）、CASMIR法[8];整體分析法包括澳大利亞的整體分析法和南非的建筑堆塊法（BBM法）[9]。

我國學者在研究生態基流時，針對不同的研究流域采用不同的生態基流計算方法。徐志俠等[10]以潁河中下游地區周口水文站為例，基于生態系統分析研究了河道最小生態需水量計算方法;門寶輝等[11]將Tennant法的用水期修改為7—8月，計算了南水北調西線河道內生態需水量;郭利丹等[12]對水文指標法中幾種常用的方法進行了比較分析，如最小月平均流量法、最小連續平均流量法、逐月頻率計算法、逐月最小生態徑流計算，認為計算河流最小生態徑流量的最優方法是逐月最小生態徑流量，計算河流適宜生態徑流量的最優方法是逐月頻率計算法;吳喜軍等[7]采用基流比例法計算了渭河豐、平、枯及特枯年不同年型和年內不同水期的生態基流。目前，由于我國缺乏生態資料，因此棲息地法和整體分析法的使用存在困難，而水力學法需要河道現場試驗來獲取河道斷面資料等數據，耗費人力和物力大，成本高，時間長，可操作性差[13-14]。水文指標法僅利用已有歷史徑流量數據來計算河流生態基流，而我國大部分地區都有較長序列的水文資料，因此目前國內水文指標法最為常用[15]。筆者以淮河中游阜陽段為例，采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法及90%保證率法4種較為常用的方法估算其生態基流，以期為淮河干流生態需水保障及水環境安全提供科學依據。

1 研究區概況

阜陽市位于安徽省西北部，淮河中游。淮河干流在阜陽市境內長169 km，境內流域面積9 775 km2，其主要有沙潁河、茨淮新河、谷河、潤河、大潤河、阜蒙新河、西淝河等支流，八里湖、焦崗湖等湖泊，塘垛湖、邱家湖、南潤段3處行蓄洪區以及濛洼蓄洪區。淮河中上游分界處建有王家壩閘，設計流量1 626 m3/s，最大過洪能力1 799 m3/s。魯臺子站是淮河干流中游的主要控制站，集水面積88 630 km2，魯臺子測流斷面右岸有壽西湖行洪區，下游約7 km處左岸有董峰湖行洪區，它們對淮河洪水起滯蓄、削減洪峰等作用。濛洼曹臺子退水閘位于蒙洼蓄洪區下游淮濛堤接頭處，最大泄流量2 000 m3/s。

2 生態基流計算

根據水文站實測水文資料即魯臺子站1973—2017年45 a的實測月徑流資料，計算分析淮河干流的生態基流。

2.1 基流比例法

為了使生態基流反映河流生物棲息地的年際和年內變化，基流比例法將長時間序列劃分為豐水年、平水年、枯水年和特枯年等年型，在年內劃分豐水期、平水期、枯水期等時段，確定不同時段的基流比例，并計算生態基流[7]。

2.1.1 計算方法

（1）年型劃分。采用距平百分率法進行年型劃分[7]：

（2）基流比例。將豐水年作為計算起點，確定其基流比例，并進行驗證，再根據各年型年平均流量之間的比值確定不同年型的基流比例關系，逐年型推算基流比例，計算公式為式中：Ti為監測斷面第i年型的基流比例，%;i=1、2、3、4，分別代表豐水年、平水年、枯水年、特枯年;α為比例系數，即第i+1年型與第i年型基流比例的比值[16];Qi為監測斷面第i種年型的平均流量，m3/s;μ為削減系數，0≤μ≤1，μ與河流豐枯特性有關，一般取0.4（μ=1表明基流比例不削減，基流比例為年型間的年徑流量之比，各年型的基流值一樣;μ=0表示完全削減，基流比例與年徑流量之間的比值無關，各年型的基流比例相等[7]）。

（3）生態基流計算。各時段的生態基流為相應時段的平均流量與其基流比例的乘積，生態基流計算公式：

2.1.2 各年型生態基流計算

利用魯臺子站1973—2017年實測逐月平均流量數據，計算出魯臺子站多年平均流量為628.11 m3/s。按照式（1）和年型劃分標準，將45 a劃分為豐水年、平水年、枯水年及特枯年，分別計算不同年型的平均流量。根據Tennant法中河流流量與河道生態健康狀況之間的關系，假設豐水年生態基流比例為20%，其生態基流占多年平均流量的32%。根據上述方法計算各年型的生態基流，結果見表1，其中豐水年與平水年、平水年與枯水年、枯水年與特枯年之間的基流比例系數α分別為1.34、1.21、1.27。

由表1計算結果可知，淮河阜陽段從豐水年到特枯年的生態基流為200.97～87.74 m3/s，占多年平均流量628.11 m3/s的32%～14%，符合Tennant法的推薦比例。根據實測多年流量過程和生態基流繪制圖1，并進行對比分析。由圖1可以看出，魯臺子站實測年均流量均能滿足生態基流，并且生態基流隨著年均流量的變化而相應增減。

2.1.3 年內各時段生態基流計算

魯臺子站各月多年平均流量分布見圖2，可以看出，12月至次年4月平均流量最低，為188.52～341.73 m3/s，可以定為枯水期;5—6月、10—11月平均流量為446.90～638.53 m3/s，為平水期;7—9月平均流量在900 m3/s以上，為豐水期。根據表1計算出的各年型基流比例，分別計算不同年型各水期的生態基流，結果見表2。

2.2 Tennant法

Tennant法是將年平均流量的百分比作為生態基流[18]，河流的生態基流即為多年平均流量的一定比例（10%～30% ）。根據Tennant法河流生態健康狀況8個等級標準[19-20]，以及魯臺子斷面1973—2017年實測月徑流資料，計算生態流量，結果見表3。一般用水期和魚類產卵育幼期分別取相應時段年平均流量的10%（35.03 m3/s）和30%（271.79 m3/s）作為生態基流。

2.3 最枯月平均流量多年平均值法

該方法將最枯月實測平均流量的多年平均值作為河流的生態基流，計算公式：

式中：Qb為河流生態基流，m3/s;Qij為第i年第j月的實測平均流量，m3/s;n為統計年數[21]。

根據魯臺子站1973—2017年實測月平均流量數據資料，生態基流計算結果為105.7 m3/s，占多年平均流量的17%。

2.4 90%保證率法

該方法是選用P-Ⅲ型曲線對多年最枯月平均流量進行頻率分析，生態基流即為90%保證率對應的流量[22]。根據魯臺子站1973—2017年實測月平均流量數據，生態基流計算結果為43.3 m3/s，占多年平均流量的7%。

3 生態基流計算結果比較與保障程度分析

3.1 結果比較

采用上述4種方法對淮河阜陽段進行生態基流計算，這4種方法計算結果存在一定差別，見表4。由表4可以看出，基流比例法的計算結果基本可以涵蓋其他方法的計算結果，表明該方法是合理的。為了滿足橄欖蟶蚌國家級水產種質資源以及濕地生態的保護要求，同時根據Tennant法的河道流量與河流健康狀況的關系，即當河道流量小于多年平均流量的10%時，河流生態狀況開始惡化[23]，因此淮河阜陽段生態基流暫定為枯水年計算結果67.17～218.23 m3/s，占多年平均流量的11%～35%，符合Tennant法的推薦比例。其中豐水期不小于218.23 m3/s，平水期不小于94.32 m3/s，枯水期不小于67.17 m3/s。

3.2 生態基流保障程度分析

河流生態需水能否得到滿足是河流健康評價的基礎[24]，將1973—2017年淮河魯臺子站各代表年（取豐水年中的2005年、平水年中的2004年、枯水年中的1988年、特枯年中的2001年為代表年）各時段逐日流量與表4中計算的相應生態基流進行對比，對其保障程度進行分析，分析淮河實際流量是否滿足生態需水，以根據生態需水的盈缺過程進行合理的生態調度。生態基流保障程度[7，17]：

從表5可以看出，除特枯年外，豐水年、平水年和枯水年的保障程度都達到90%;從年內各時段來看，豐水期較平水期和枯水期偏低，其中特枯年（2001年）豐水期保障程度最低，僅為32%，原因是豐水期生態基流大，有時較難滿足。為了進一步提高豐水期的保障程度，根據Tennant法（271.79 m3/s）枯水年豐水期（218.23 m3/s）、特枯年豐水期（114.54 m3/s）的計算結果，將該河段生態基流上限值定為201.52 m3/s，以進一步提高豐水年和平水年的生態基流滿足程度。有些學者將生態基流值定為保障程度90%的流量值[7]，本文生態基流除了特枯年外均滿足這一要求，體現了計算方法的合理性。

4 結 語

采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法和90%保證率法對淮河干流阜陽段生態基流進行了計算，各方法計算結果存在一定差異。通過對比分析認為，淮河阜陽段生態基流為67.17～201.52 m3/s，這個范圍能更好反映不同年型不同水期的生態基流。將斷面代表年實際逐日流量與基流比例法計算的淮河干流阜陽段各水平年各時期的生態基流進行比較，分析淮河干流阜陽段生態基流保障程度表明，該河段除了特枯年以外各年型均能得到保障。計算得到的生態基流上限值占多年平均流量的32%，為了使河流健康狀況達到更好水平，還需采取生態調度、跨流域調水等措施，待引江濟淮工程實施后，可逐步提高生態基流值，從而保障生態環境安全。

受數據資料限制，僅以自然環境下河道流量為依托確定了生態基流，未考慮工農業生產及人們日常生活用水等對生態基流的影響，今后在此基礎上還需進一步研究和探討。

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【責任編輯 呂艷梅】