滇中引水工程取水口下游金沙江生態流量研究

張世強

云南省滇中引水工程有限公司 云南大理 671000

1 研究區概況

云南省滇中地區是長江流域三大干旱區之一，其水資源量僅占全省的12%。資源性缺水與工程性缺水并存，已成為制約地區經濟社會可持續發展的瓶頸。長江流域、金沙江流域綜合規劃均明確向滇中地區供水是金沙江干流綜合利用任務之一。滇中引水工程從云南麗江市石鼓鎮金沙江中游干流右岸無壩取水，向昆明、大理、楚雄等6個市（州）35個縣（市、區）供水，規劃水平年2040年多年平均年引水量34．03億m3。工程開發任務為解決滇中地區的城鎮生活、工業、農業和生態用水。水源工程采用一級地下泵站從金沙江石鼓河段大同取水口引提水，設計引水流量135m3/s。輸水干渠總長661．06km，包括隧洞、渡槽等270座建筑物。項目批復的初設總投資825．76億元。

2 流量歷史曲線法研究方法及結果

2.1 流量歷時曲線法研究方法

流量持續時間曲線法利用歷史流量數據構造每個月的流量持續時間曲線。與累積頻率相對應的流量Qp被視為生態流動。根據水利部頒布的《江河湖泊生態環境需水量計算規范》（SL/Z712—2014），p頻率為90%或95%。常用的低排水指數Q90是水生生境的最小排水量和危險排水條件警示水資源管理者的臨界值。Q90是常用的低流量指數或極低流量條件指數，是保護河流的最小流量[1]。

大同取水口上游約500m設有金沙江石鼓水文站，水文站與取水口之間無支流匯入；故，大同取水口斷面可采用石鼓水文站的水文觀測資料。本文采用目估適線法對石鼓水文站1953年1月-2011年12月共59年的逐月流量資料進行適線，選用P—Ⅲ型頻率分布曲線，頻率曲線擬合度較好，擬合度值達0．95以上。

2.2 流量歷史曲線法研究結果分析

根據上述長系列月流量P—Ⅲ型頻率分布曲線的分析結果見表1。由表1可見，P=90%的月均枯水流量為300．02m3/s。

表1 石鼓水文站月均流量頻率計算成果

根據研究河段多年月均流量特征，結合長江流域綜合規劃關于生態流量要求，推薦P=90%的流量作為最小生態流量的控制值，即 300．02m3/s。

3 棲息地模擬法研究方法與結果分析

3.1 棲息地模擬法研究方法

研究區域為大同取水口下游至虎跳峽前的43．5km 金沙江河道，多年平均流量為1370m3/s。河段平均河寬約341m，平均水深約3．75m。由于河段在垂直方向上的尺度遠小于水平尺度，所以適宜用平面二維淺水方程來描述區間水流的運動[2]。本文選用MIKE21Flow Model 對研究河道的水動力場進行數值模擬，據此得到不同流量下的河道流場分布。

棲息地模擬：首先，結合目標魚類根據各微生境因子的適宜性曲線得到每個單元各影響因子適宜性值；然后，將其組合得到每個單元的組合適宜性值；最后，計算研究河段的加權可利用面積WUA（Weighted Usable Area）。即

本文假設河道底質、水深和流速對長絲裂腹魚的影響力相同，采用乘積法計算組合適宜性值：

由于研究區域長絲裂腹魚產卵場主要為河漫灘區，底質主要為砂礫石，區域水流較為簡單，適宜魚類生存，故式中所有單元的=1；所以，這里只考慮流速和水深對棲息地質量的影響。

3.2 棲息地模擬法研究結果分析

通過模型計算得到的研究河段內冷水灘產卵場長絲裂腹魚可利用棲息地面積WUA與不同流量之間的變化關系[3]。不同流量下長絲裂腹魚可利用棲息地面積各不相同，但呈先增加后減小的變化趨勢。當河道流量在多年平均流量的30%即411m3/s附近時，長絲裂腹魚可利用棲息地面積會出現拐點最大值。為更加精確尋找最大值，對390-490m3/s區間的流量再次增加了9個工況值進行了更為詳細的分析，發現WUA出現拐點最大值時流量正好為411m3/s。結合長絲裂腹魚產卵繁殖期（4月下旬-6月中旬），對比冷水灘產卵場同時期的流量過程，綜合分析，推薦長絲裂腹魚適宜的生態流量為411m3/s。

4 結語

本文采用流量歷時曲線法（水文學法）和棲息地模擬法分別計算大同取水口下游至虎跳峽前的43．5km金沙江河段生態流量。采用流量歷時曲線法推薦的最小生態需水流量的控制值為300．02m3/s。采用棲息地模擬法計算在長絲裂腹魚產卵繁殖期4月下旬-6月下旬，可利用棲息地面積WUA與流量的關系呈先增加后減小的變化趨勢。通過試算最終確定WUA出現最大值時流量為411m3/s，該值為目標魚類產卵繁殖期最適宜生態流量。根據這兩種方法計算結果并取其中最大值，研究河道的生態流量最終確定為魚類產卵繁殖期4月下旬-6月下旬為411m3/s，其余時段為 300．02m3/s。