霍林河生態環境需水量研究

黃 旭，王光磊

（松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林長春130021）

1 研究區概況

1.1 自然概況

霍林河是嫩江下游右岸支流，無尾河，東與第二松花江相鄰，南與遼河流域相連，西隔大興安嶺與烏拉蓋河相望，北與洮兒河流域相鄰。流域面積為36623km2，河長590km，河道平均比降為0.39%。霍林河流域地處中溫帶大陸性氣候區，氣候要素差異很大，北部接近半濕潤草原氣候，南部近似于干旱荒漠草原氣候。多年平均降水量為421.0mm，多年平均年水面蒸發量為1147.3mm。

霍林河在高力板鎮以東進入吉林省境內，已無明顯河道，河床多系砂壤土，土質結構松散，河道主槽游蕩不定，洪水極易出槽改道。沿河兩岸分布有大小泡沼(水庫)百余處，現有水面面積近700km2，如查干泡、大布蘇泡、花敖泡、興隆水庫、勝利水庫等，是吉林省中西部生態與環境建設的重點地區。

1.2 重點保護目標

向海國家級自然保護區位于吉林省通榆縣境內，霍林河下游消散段，是以保護丹頂鶴等珍稀鳥類和蒙古黃榆等稀有植物為主要目的的自然保護區，總面積為1055km2，其中霍林河流域內面積為562km2，占保護區總面積的53.3%。

2 生態狀況分析

在不同河段，由于河道生態特征及人類活動影響的差異，河段所發揮的生態環境功能不同。因此，在計算河道需水時，首先需要確定各河段的主要功能，某些河段需要同時滿足多種功能，對應著不同類型的河道需水。在計算出不同類型的生態需水后，按照最大值原則，選擇其中的最大值作為該河段的河道需水，這樣即可同時滿足其他功能對水量的需求。

由于霍林河沒有通航要求且為季節性較強的河流，因此，維持河流基本功能的生態與環境需水量只考慮保持水體自凈能力需水量及河流基本生態與環境需水量，其總的河流基本功能生態與環境需水量即為兩種需水量扣除重復的部分。由于河流基本生態環境需水量本身具有保持水體自凈需水量的作用，所以在計算出河道基本生態需水和自凈需水后，按照最大值原則選擇河道需水即可。

根據霍林河各水文站徑流量年內分配情況，6—10月徑流量占年徑流總量的70%～75%，劃分為豐水期；11月至次年5月徑流量占年徑流總量的25%～30%，劃分為枯水期。

3 計算方法選擇

3.1 改進的Tennant法

目前最適合中國的計算方法是水文指標法，其中Tennant法應用最為廣泛。Tennant法的主要優點:應用簡單方便，僅使用歷史資料就可以評價或估算生態水量，需要的數據相對較少，不需要進行大量野外工作，可以在缺乏足夠生態資料的地區使用。

該方法作為經驗公式，主要適用于北溫帶較大的、常年性河流，可作為河流規劃目標的管理方法。使用時，較枯較豐時段的劃分，可根據多年平均天然月徑流量排序確定；也可根據當地汛期、非汛期時段劃分確定，汛期和非汛期時段應根據南北方氣候調整。

同時，Tennant法有以下主要缺點:1）以多年平均流量的一定比例作為標準，有時會受到極端來水情況的影響比較大，典型性、代表性不強；2）比例確定困難，需分析Tennant法中確定的流量百分比標準是否與當地河流情況相符合；3）沒有考慮水量需求的年內變化情況，與水生生物生境要求不一致；4）忽略了河流流量季節性變化的特性，在實際應用時，應根據本地區情況進行適當改進。

為克服Tennant法取多年平均流量，將年內流量的分配坦化的缺點，改用取同時段多年平均流量的百分比，較傳統方法更符合天然流量的水文特征。考慮到季節性河流的干枯季徑流差異大，枯水期徑流長期為0，采用中國工程院重大咨詢項目“東北地區有關水土資源配置、生態與環境保護和可持續發展的若干戰略問題研究”中應用的枯水季節最小流量法，即取各年枯水季節徑流量的最小值為河道枯季生態需水量。

3.2 流量歷時曲線法

流量歷時曲線法是基于歷史流量資料來構建各月流量歷時曲線，將某個累積頻率相應的流量QP作為生態流量。QP的頻率P可取90%或95%，也可根據實際需要作適當調整。通常采用Q90作為枯水流量指數和水生棲息地的最小流量；采用Q95作為極端低流量條件指標和保護河流的最小流量。

構建流量歷時曲線至少需要20年的日流量數據，該法僅使用水文資料，對資料的要求比較簡單，還更好地反映了徑流年際、年內分布的不均勻性。另外，流量歷時曲線法不要求資料的連續性，避免了因流量數據缺失而進行插補所引起的誤差。

應用流量歷時曲線法計算最小生態需水量時，采用所有歷史數據，得出多年平均情況下的最小生態需水量；當采用同期歷史數據時，得到同期最小生態需水量。

4 分析計算

4.1 綜合分析確定節點

在天然狀態下，為了確定不同橫斷面對應的河道內最小生態流量，即臨界流量，斷面的選擇應該遵循典型性、穩定性和實用性3個原則。目前國家級基本水文站點所在的斷面都可以滿足這些要求，即河道相對順直、穩定，具有相對穩定的水位～流量關系，且具有相應的觀測項目，如水位、流量、大斷面、糙率、水力坡度等。根據霍林河河段的特點以及河道內生態需水量水文學和水力學等計算方法所需數據資料的要求，在霍林河上選取吐列毛都站、白云胡碩站和同發站所在河段斷面作為此次計算的斷面。

4.2 計算時段選擇

計算時期的選擇主要考慮河床演變的相對平衡，一般情況下選擇人類活動干擾較少的時期，河道處于天然狀態，河道生態處于較為健康的狀態。對各水文站的長系列徑流資料進行分析。

以吐列毛都和白云胡碩站現有的資料為基礎，選取兩站都有數據的1978—2009年徑流資料為計算數據，從徑流量曲線可以看出，1967—1985年大部分年份為枯水年，1986—1993年又進入豐水年份，1994—2009年又進入枯水期，只有1998年是特大洪水年，計算時將其排除。選用的計算時期包含枯水期和豐水期，較為合理。同發站由于資料缺乏，沒有長系列徑流資料，采用10年連續徑流資料，即2007—2016年作為計算期。

4.3 生態需水量計算

采用不同方法計算斷面的最小生態需水量和基本生態需水量，根據《河湖生態環境需水計算規范》給出的不同類型河流水系生態環境需水量參考閾值，結合霍林河流域的開發利用程度，將不在參考閾值內的計算結果除去，取其余多種方法的均值，最終得出霍林河各斷面最小生態需水量和基本需水量及生態流量的取值，詳見表1。

4.4 成果合理性分析

通過將各斷面最小與基本生態需水量取值與該斷面年徑流量對比，在現有年徑流資料的條件下，吐列毛都斷面100%年份的徑流量都能滿足最小生態環境需水量和基本生態環境需水量的需水要求，也就能提供保證洮兒河在該斷面生態環境保護目標所對應的生態環境功能不喪失的水量；白云胡碩斷面90.9%的年份能保證維持河道的最小生態環境需水量，75.8%的年份能保證維持河道的基本生態環境需水量；同發斷面80%年份能保證維持河道的最小生態環境需水量，60%的年份能達到目標生態環境需水量要求（因為同發站資料序列太短，代表性較差，實際參考價值不大）。

表1 霍林河各斷面生態需水量最終取值

從生態流量在年內的保證程度來看，即使年水量可以滿足生態需水量的要求，但是對應到每個月分配的流量時，又很難保證率年內逐日流量符合要求。

5 結語

霍林河最小與基本生態需水量年保證程度，從上游到下游依次減小，造成了霍林河目前逐步惡化的水生態環境形勢，也和霍林河上下游的自然條件基本相符。因此，需要通過工程引水等各種符合自然規律的方式為河道補充生態基流，不僅量要達標，水量的分配也要符合河道天然需水要求。逐步達到最小生態環境需水量的目的。