基于Tennant法的太子河上游河流生態(tài)健康評估

潘志濤

(遼寧陸海項目管理咨詢有限公司，沈陽 110031)

1 生態(tài)狀況內涵及評估方法

天然狀況下滿足河流生態(tài)系統健康和穩(wěn)定的徑流過程為河流的生態(tài)徑流。生態(tài)徑流主要可歸納為最大、最小以及適宜生態(tài)徑流。滿足河流系統健康穩(wěn)定需要的最小或最大流量為最小或最大生態(tài)徑流。基于最小或最大生態(tài)徑流得到的需水量為最小或最大生態(tài)需水量。滿足河流穩(wěn)定及物種多樣性的適宜的徑流為適宜生態(tài)徑流，基于該徑流的需水量為適宜生態(tài)需水量。對于生態(tài)系統而言最小和最大生態(tài)徑流是較為不利的條件。適宜生態(tài)徑流過程是保持水生生物種群和河流生態(tài)系統健康適宜的生態(tài)徑流量。當前國內外生態(tài)徑流常用的計算方法主要為3種：①水文學方法，常用方法有Tennant法、最小連續(xù)30d平均流量法以及7Q10法、最大、最小生態(tài)徑流法、適宜生態(tài)徑流法；②水力學方法，常用的方法有IFIM法和CASIMIR法；③綜合方法，常用的方法有澳大利亞的基準測量法以及南非的建塊法。水文學方法僅需要較長序列的水文資料，而其他兩種方法需要河道斷面以及生物學資料，資料獲取及方法操作的難易度都較高。為此選用水文學方法中應用較為廣泛的最大、最小生態(tài)徑流以及適宜生態(tài)徑流法，基于太子河上游水文站、水文站建站以來的天然來水數據，對太子河上游的最小、適宜生態(tài)徑流進行計算，并基于生態(tài)徑流計算結果，對其生態(tài)需水進行計算。

最小生態(tài)徑流法：一般在超過20年的天然月徑流系列中取最小值生態(tài)徑流量為最小生態(tài)徑流過程。該方法認為在天然條件下該最小的徑流過程使得水生生物安全渡過且生態(tài)系統未被破壞。在這種流量條件下水生生物及種群結構可以得到有效恢復。最小生態(tài)徑流過程與天然徑流年內分配具有一定的相似性，才能使得水生生物中區(qū)對河流水位年內變化過程完全適應。最小生態(tài)徑流過應具有豐、平、枯連續(xù)變化的特性，而不是穩(wěn)定不變的。逐月最小生態(tài)徑流方法可以滿足豐、平、枯的連續(xù)變化，而最小連續(xù)30d平均流量法、7Q10法、Tennant法得到的最小生態(tài)徑流不能滿足連續(xù)變化的要求[1-12]。

逐月頻率計算法：首先基于豐、平、枯三個歷時時期的流量資料，對不同時期不同保證率下的徑流量進行計算，得到適應生態(tài)徑流過程。該方法可綜合考慮河道生態(tài)水量以及不同時期生態(tài)系統需求。由于天然徑流和生態(tài)系統是相適應的，因此需要對于生態(tài)系統不同時期的水量進行計算。結合不同時期徑流變化特征、水生生物結構變化、生態(tài)系統穩(wěn)定程度滿足水文條件的需求。文章結合前人的研究基礎以及太子上游來水特征，對太子上游豐水期(7、8月份)、枯水期(每年的11月份至次年的2月份)、平水期(其他月份)。按照本溪市水資源二次評價成果，將三個時期的保證率分別設定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為60%，對太子上游適宜生態(tài)徑流進行計算[12-14]。

2 太子河上游生態(tài)需水分析

以太子河上游的四道河子和南甸為計算水文站點，南甸水文站集水面積為912.6km2，四道河子水文站集水面積為668.1km2，南甸和四道河子分別為太子河上游主要控制水文站，距離觀音閣水庫較近，為分析太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量，分別結合最小生態(tài)徑流方法和逐月頻率計算方法，結合兩個站點建站以來歷年天然來水數據，對太子河上游最小和適宜生態(tài)需水量進行計算。

2.1 最小生態(tài)需水計算

采用最小逐月生態(tài)徑流方法對太子上游最小生態(tài)徑流過程進行計算，并在此基礎上進行最小生態(tài)需水量的計算，結果見表1。

表1 太子河上游最小生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結果

2.2 適宜生態(tài)需水計算

分別按照將三個時期的保證率分別設定為豐水期為45%、枯水期為75%、平水期為50%，對太子河上游適宜生態(tài)徑流進行計算。計算結果見表2。

表2 太子河上游適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結果

續(xù)表2 太子河上游適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水計算結果

3 基于Tennant法的太子河上游生態(tài)環(huán)境評估

結合太子河上游兩個控制水文站的生態(tài)需水分析結果，結合Tennant法對太子河上游枯水期(10-3月)以及豐水期(4-9月)的生態(tài)環(huán)境狀況進行定量評估，評估結果如表3和表4所示。

表3 太子河上游最小生態(tài)徑流量評價結果

表4 太子河上游適宜生態(tài)徑流量評價結果

從太子河上游南甸站和四道河子分析的最小生態(tài)需水的情況可看出，采用Tennant進行生態(tài)環(huán)境狀況評估后，在枯水期(10-3月)由于生態(tài)環(huán)境流量站多年平均流量的比重均低于30%，使得生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差的狀況，生態(tài)環(huán)境很難得到有效保障，這主要是因為最小生態(tài)需水只是保障河流生態(tài)環(huán)境不被破壞且難以修復的最大生態(tài)需水量，而進入枯水期，由于生態(tài)需水保障程度不高，使得按照最小生態(tài)需水下太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差。而進入豐水期(4-9月)，由于河道內的底水較大，最小生態(tài)需水量可占多年同期徑流比重的70%以上，結合用Tennant進行評估后，其生態(tài)環(huán)境狀況可以達到較好的狀況。

表4為太子河適宜生態(tài)需水狀況下的Tennant方法評估結果，從評估結果可看出，在枯水期(10-3月)太子河上游適宜生態(tài)需水的條件下，河流生態(tài)需水量占同期多年年均流量的比重達到30%以上，Tennant方法評估下太子河上游可以達到較好的生態(tài)環(huán)境狀況，相比于最小生態(tài)需水，適宜生態(tài)需水結合需水保證率，按照不同分期進行適宜生態(tài)需水的分析，可有效滿足枯水期和豐水期太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況，因此在枯水期應按照適宜生態(tài)需水量進行河流生態(tài)環(huán)境狀況的保護。進入豐水期(4-9月)，太子河適宜生態(tài)需水站同期多年徑流的比重超過60%，通過Tennant方法評估也可達到較好的生態(tài)環(huán)境狀況。

4 結 論

1)Tennant方法結合河道內生態(tài)需水的情況進行生態(tài)環(huán)境狀況的評估，主要評估指標是看生態(tài)需水滿足度是否可達到，這種方法較為簡單，易操作，且需要的資料數據較少，適合于河流生態(tài)環(huán)境狀況的簡易評估；

2)太子河上游最小生態(tài)需水只是保障河流生態(tài)環(huán)境不被破壞且難以修復的最大生態(tài)需水量，而進入枯水期，由于生態(tài)需水保障程度不高，使得按照最小生態(tài)需水下太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況評估為較差。

3)相比于最小生態(tài)需水，適宜生態(tài)需水結合需水保證率，按照不同分期進行適宜生態(tài)需水的分析，可有效滿足枯水期和豐水期太子河上游的生態(tài)環(huán)境狀況，因此在枯水期應按照適宜生態(tài)需水量進行太子河上游河流生態(tài)環(huán)境狀況的保護。