內陸河不同方法的河流生態流量確定分析研究
——以張掖市黑河為例

甄玉龍

（張掖市水務局，甘肅 張掖 734000）

1 基本情況

張掖市地處河西走廊中段、黑河流域中游，屬溫帶干旱性氣候，年降水量110mm，蒸發量1400mm，境內有年徑流量在百萬立方米以上的大小內陸河40 條。全市可開發利用的河流26 條，可利用水資源量26.5 億立方米，人均水資源量1250m3，畝均327m3，分別為全國平均水平的75%和19%，屬中度缺水地區。水是經濟社會發展的第一要素，特殊的地理位置和水源氣候條件決定水資源條件先天不足，水生態環境容量有限。張其昀《甘肅省河西區之渠工》這樣記載“河渠為河西之命脈，水至為良田，水涸為棄壤，有灌溉之利即成平疇綠野，否則為荒涼不毛之沙漠，昔日謂無黑河則無張掖。”

黑河是我國第二大內陸河，發源于南部祁連山區，分東西兩支，東支為干流。黑河干流從祁連山發源到尾閭居延海，全長928km，流域內由南向北分布為水源涵養生態區、牧業區、農耕區、牧耕區、荒漠生態區[1]，以鶯落峽、正義峽為界，分上中下游。《水污染防治行動計劃》將生態流量納入水資源調度方案，是一個重大的制度創新。盡可能地減少人類活動對水生態環境的影響，加強江河湖庫水量調度管理，采取閘壩聯合調度、生態補水等措施，合理安排閘壩下泄水量和泄流時段，維持河湖基本生態用水需求，重點保障枯水期生態基流。[2]內陸河由于徑流以降水補給為主，年內分配不均，地表水～地下水多次轉換并重復利用，徑流產流、利用、消失分區明顯,導致生態流量定量問題非常復雜。本次黑河的河流生態流量確定，僅以黑河出山口國家一級水文站鶯落峽水文站1956 年至2016 年61 年系列水文資料開展確定分析研究。

2 河道生態環境需水量計算依據

2.1 理論依據

1）《水利水電建設項目水資源論證導則》[3]。水利部2011 年2 月發布，2011 年5 月開始實施的《水利水電建設項目水資源論證導則》（SL525-2011）要求，河道生態需水量的確定，原則上要按多年平均流量的10%～20%確定；季節性河流或干旱地區，需在保持現狀生態用水量的基礎上適度增加，即把保持這些地區的生態環境現狀作為最低要求。

2）《河湖生態需水評估導則》[4]。水利部2010 年10 月發布，2011 年1 月開始實施的《河湖生態需水評估導則》（SL/Z479-2010）。河流生態需水計算方法包括水文學法、水力學法、棲息地評價法整體分析法等，其中水文學法又包括蒙大拿法、流量歷時曲線法、RVA 法等，并對生態需水計算方法的選用條件作出限定，同一地區的生態需水計算可以采用多種計算方法進行成果校核。

3）水電工程生態流量計算規范[5]。國家能源局2016 年12 月發布，2017 年5 月開始實施的《水電工程生態流量計算規范》（NB/T35091-2016)。河流生態流量的計算方法主要由水力學法、生態水文學法、生境分析法、水文學法。水力學法中濕周法適用于河床形狀穩定的、寬淺矩形和拋物線型斷面的河道；R2-CROSS 法適用于非季節性小型河流；水文學法中的蒙大拿法適用于北溫帶較大的常年性河流；生態水力學法適用于多年平均流量大于等于150m3/s 的河流。

3 黑河的河流生態流量確定

黑河來水量是由降水形成的地表徑流、冰川融水量及少量的地下水回歸組成。分析1956 年至2016 年61 年系列水文資料，最小1973 年鶯落峽流量11.04 億m3，最大1989 年鶯落峽流量23.11 億m3，按算術平均法計算均值：，為N 年系列的年徑流量均值，Wi 為第i 年的年徑流量。計算出年徑流變差系數Cv 為0.17，年極值比2.09，說明黑河上游的年徑流變化相對穩定。祁連山山前地帶受構造特別是新構造運動的控制，水位埋深變化劇烈，黑河出山口鶯落峽以后，流入山前沖擊扇，洪積扇頂部近山一側往往發育數條幾乎與山體走向相平行的隱伏斷層，使這一地帶水位埋深跌宕起伏，地下水水式中：量豐富。根據地質構造結構的特殊性，收集的水文資料情況，開展不同方法的生態流量分析。

3.1 蒙大拿法

雖然蒙大拿法適用于北溫帶較大的常年性河流，但按照《水利水電建設項目水資源論證導則》要求，河流生態流量的確定以多年平均流量的10%～20%確定。參考《甘肅省水利廳、甘肅省環境保護廳關于嚴格落實祁連山的地區水電站最小下泄流量的通知》（甘水河湖發〔2018〕189 號），選用61 年系列資料，確定平均流量16.56 億m3，日均流量52.5 m3/s，生態流量為5.25m3/s。

3.2 10 年最枯月平均流量法

61 年系列資料，選取近10 年（2007 年～2016 年）的最枯月平均流量，計算其平均生態流量11.57m3/s。

3.3 Q90 法

將61 年系列資料90%頻率（19.87 億m3）下的最小月平均流量11.57m3/s。

3.4 流量歷時曲線法

參照97 分水方案資料，用保證率方法劃分鶯落峽豐、平、枯水年。由于內陸河的來水過程特殊性，將50%的累積頻率相應的月平均流量作為生態基流，成果見表1。

表1 生態流量

4 總結與啟示

內陸河的生態流量的劃定缺少相關的技術支撐，以上不同方法的生態流量確定成果差異較大。由于內陸河徑流的特征，10 年最枯月平均流量法、Q90 法成果相同。但由于季節的約束，河川徑流量年內分配不均，且冬季水量大多以冰的形式槽蓄在河道中，受季節的制約明顯。黑河已建成4 座水電站庫容0.8 億立方米，庫容達到2.95 億立方米黃藏寺水庫即將蓄水，調蓄工程蓄水量將占到61 年平均流量的23%，通過調蓄徑流調水期大流量下泄，其余時段按灌溉要求泄水，冬季泄水放生態基流兼顧發電的運行方式，將對黑河中游和下游進行水資源配置，河道水文過程產生較大影響。

生態流量的確定非常復雜，原則是盡可能地減少人類活動對水生態環境的影響。生態基流從定性上好說，但是從量上很難確定、評判。例如，對于最小生態基流，小到什么程度才合適？學術界關于生態基流的研究性成果很多，但是缺少系統的、全面的研究和評價。南北方的氣候條件不一樣，外流河和內流河水資源稟賦差異，部分河流水生生物特殊的要求，需要綜合考慮流域的干支流情況、氣候條件，以及水生生物、魚類、植物等對水生態條件的特殊需求，將已有的水電站環評報告書中提到的生態基流數，科研機構研究得出的生態基流數，放在一張圖上進行分析。通過大數據、人工智能綜合研判，找到一個平衡點，既能滿足水資源開發利用的需求，又不會從生態環境角度造成災難性影響，實際上就達到了生態基流的要求，實現了保障水生態安全的最終目標。