改進年內展布法在漓江生態流量中的應用

梁榮軍　王越隆　陳勝團　陳俊鴻　張帥普

摘 要：以漓江桂林、陽朔水文站為研究對象，根據年徑流資料，將一年分為豐、平、枯3個時期，采用改進的年內展布法，分別計算各個時期90%保證率下的多年各月均值流量與該時段下的多年各月均值流量的同期均值比，結合多年各月平均流量計算出生態流量，最后采用Tennant法對改進前后的年內展布法計算的生態流量進行評價。結果顯示，改進的年內展布法計算得到的生態流量過程更符合雨源型河流特征，且在一般用水期更適合河流用水需求。

關鍵詞：生態流量;改進年內展布法;Tennant法;月徑流;漓江流域

中圖法分類號：P333? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A

1? ? 研究背景

近年來，由于漓江枯水期水量不足，導致沿岸城市供水不足，河流生態環境破壞，旅游觀光航行受阻，對地方經濟和生態造成嚴重影響。隨著漓江上游青獅潭、斧子口、川江、小溶江等水庫的建成，在有利于漓江防洪及補水的同時也帶來一些影響。比如，阻斷水體的自由流動、限制水流的擴散;河流天然流量過程趨于平坦化;切斷了魚類洄游通道，造成魚類等生物的生存環境破壞，影響其生長繁殖，進而影響河流內的生物多樣性;庫區水流變緩，使得流速達不到漂流性魚卵繁殖所需條件等。同時，隨著水生態文明建設的推進，對水生態環境保護要求也越來越高，保障主要河段生態流量已成為社會高度關注的問題[1-3]。因此，為維護漓江健康，保障漓江水資源可持續利用，需要對其生態流量進行深入研究。

目前，研究者們對河流生態流量的計算提出了多種方法，按照依據理論和所需資料的不同，可以分為水文學方法、水力學方法、棲息地方法和整體分析方法[4]。其中，水文學法主要根據河流的歷史徑流資料計算生態流量，具有計算簡單、所需數據少等優點，是目前使用最為廣泛的生態流量計算方法[5]。在我國，由于大型河流水文監測站點較多，流量資料較長，所以采用水文學法計算生態流量較為可行。目前常用的研究方法主要有年內展布法、Tennant法、近10年最枯月平均流量法、不同頻率最枯月平均值法、流量歷時曲線法等 [6-8]，但這些傳統水文學法以多年均值徑流量確定百分比或在自然徑流量的頻率曲線上確定保證率為水文指標進行生態流量計算，存在主觀性和經驗性較強的不足。為了更好地體現河流天然徑流的年內豐、平、枯時期變化過程，潘扎榮等[9]在2013年提出將年內展布法運用于淮河干流生態流量的計算，結果表明該方法能夠達到河流生態目標功能對河流天然徑流的實際需求，但該方法不適用于季節性河流以及無法避免極端水文條件影響的情況。針對這些問題，國內多位學者提出了改進計算方法，其中莊錦亮等[10]和朱曄等[11]提出的改進年內展布法較好地解決了計算極端水文情況下生態流量的情況，通過劃分豐、平、枯月份使得計算結果更為合理。因此，本研究將改進的年內展布法應用于漓江生態流量計算，并通過Tennant法進行評價，減少極端水文情勢的影響，使其能更好地滿足各時段的生態流量。

2? 改進的年內展布法

2.1? 基本思路

首先對所用水文數據資料的可靠性、代表性和一致性進行審查和分析，確保計算的可靠性和合理性。為更好反映年內各時段的徑流情況，依據漓江的年際徑流資料劃分豐、平、枯水期。在非極端條件下，90%保證率的河流徑流量可以保持基本生態環境功能和達到生物對水量的基本要求。在極端水文情況下，具有90%保證率的各月徑流量還能夠避免極端值對生態流量的影響[12]，因此該方法能夠科學地進行季節性河流生態流量計算。

2.2? 計算過程

改進的年內展布法[11]計算過程如下：

（1）根據歷年的河流徑流量用距平百分率來劃分豐水期、平水期、枯水期，并選用《水文情報預報規范》（GB/T 22482—2008）中距平百分率P的標準來劃分徑流豐、平、枯水期。劃分標準分別為P>10%，-10%<P≤10%，P≤-10%。距平百分率。其中為某月多年平均徑流量，代表多年各月平均徑流量。根據漓江流域的水文情況，將P值進行相應的調整。

（2）分別計算多年各月平均徑流量（i = 1，2，……，12），豐水期多年平均徑流量，平水期多年平均徑流量，以及枯水期多年平均徑流量。

（3）根據皮爾遜-Ⅲ型頻率曲線求90%保證率的多年各月平均徑流量，計算豐水期、平水期、枯水期多年各月90%保證率的平均徑流量、和。

（4）分別計算豐水期、平水期和枯水期多年各月90%保證率下的平均徑流量多年平均徑流量的比值，作為同期均值比，，。

（5）根據各月的多年月平均徑流量計算出各月河流基本生態流量 。

3? 應用實例

3.1? 研究區域概況

漓江屬珠江流域西江水系，地處東經109°45′～110°40′，北緯24°18′～25°41′，位于廣西壯族自治區東北部，全長214 km，以桂林水文站為界限其上游集水總面積為2 762 km2，陽朔水文站以上集水總面積為5 579 km2[13-14]。漓江屬于季節性河流，全年超過80%的降雨集中在3—7月;而1月月平均流量小于20 m3/s，豐水期與枯水期水量差異明顯。

3.2? 資料的“三性”審查

（1）可靠性檢查。本文選取桂林和陽朔水文站為對象，桂林至陽朔段不僅是漓江旅游通航的核心段，還分別為桂林市核心城區與國家級水產種質資源保護區控制站點，因此確定其生態流量具有重要意義。資料均來源于桂林水文中心，其水位、流量等數據均按國家標準進行監測和整編，可靠性較高。

（2）代表性檢查。整理了桂林站和陽朔站2010—2019年的徑流資料，計算各月徑流量累計均值模比系數的年度變化，其結果大部分在1.0左右，表明所選資料的代表性較好。

（3）一致性檢查。通過Mann-Kendall法進行徑流數據的審查，計算結果如圖1所示，<1.96沒有通過置信水平 95%的顯著性檢驗，表明變化曲線趨勢和突變不明顯，數據一致性較好。

3.3? 結果分析

3.3.1? 改進年內展布法計算結果

根據計算結果確定4—7月為豐水期，3月和8月為平水期，1、2、9、10、11、12月份為枯水期。漓江兩個站點生態需水量如表1、表2所示。

漓江桂林水文站和陽朔水文站改進前后年內展布法對比結果如圖2、圖3和表3所示。可知，改進后的年內展布法與原方法所計算的生態流量變化趨勢基本相同，4—7月份改進的年內展布法生態流量高于原年內展布法，其他月份低于或者趨近于原年內展布法，其原因主要是漓江降雨集中于這個時期且占年總降雨量很大比重[15]，符合南方雨源型河流的水文特征。可以看出，改進的年內展布法可以更好地體現徑流量的年內分布特點，適用于漓江季節性變化特征顯著的狀況。

3.3.2? Tennant法評判結果

由于Tennant法所需資料較少，僅通過評價資料建立的徑流量和生態環境質量之間的對應關系便可確定生態流量，應用簡單方便，計算結果能為水資源規劃提供宏觀指導意義，因此本文采用Tennant法作為評判標準[15]。每年農歷3—4月河流水量上漲，陸續開始有魚類往上游溯河產卵，到了農歷6—7月洪澇汛期，本地魚種開始大批的進行產卵[16]。因此本文以10月至次年3月作為一般用水期，4—9月作為用水敏感期，建立河道流量狀況評價標準[15]，見表4。根據Tennant法的評價標準，評價了原年內展布法和改進后的年內展布法的計算結果，結果如表5所示。

由表5可知，改進后年內展布法的生態流量評價結果在桂林水文站檢測到在一般用水期各月生態流量占年均徑流量11.1～19.2%，Tennant法的評價結果為一般～良好，此時漓江流域的水文情況基本滿足旅游觀光、魚類生存和生活用水的需求。原年內展布法在一般用水期的各月生態流量占年均徑流量15.5～20.1%，Tennant法的評價結果為一般～很好。桂林站用水敏感期各月生態流量占年均徑流量15.9～135.7%，Tennant法的評價結果為差～最大，其中8—9月評價為差，其它月份為最佳范圍。原年內展布法用水敏感期各月生態流量占年均徑流量22.9～103.6%，Tennant法的評價結果亦為差～最大。由于漓江汛期為3—8月，其中4—7月為降水集中期，此時漓江的生態流量能較好的滿足旅游觀光、魚類產卵需求。8—9月降水量大為減少，導致河道內流量減小，生態流量評價結果較差。陽朔水文站的評價結果基本與桂林水文站相同。總體來看，改進的年內展布法的評價結果能保證漓江流域各個水期的生態用水，特別是在豐水期得到了較好提升，更符合南方河流的水文情況，因此采用改進的年內展布法是合適的。

4? 結論

（1）通過將12個月份劃分豐、平、枯3個時期，用90%保證率的多年平均各月徑流量和多年平均各月徑流量分別計算各個時期的同期均值比，對漓江流域原年內展布法進行改進。

（2）對比原年內展布法，用改進的年內展布法計算桂林站和陽朔站的各月生態流量，更符合季節性分布，也能體現河流年內各月平均徑流量變化特征，同時避免了極端水文情況的影響。

（3）將采用改進年內展布法得到的計算結果用Tennant法標準進行評價，表明采用改進年內展布法得到的生態流量能更好的滿足生物、環境對水量的需求，特別是在一般用水期更符合生態用水需求，有利于環境生態的持續發展。

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Application of an Improved Annual Distribution Method in the Calculation of Ecological Flow of Lijiang River

Liang Rongjun1，Wang Yuelong1，Chen Shengtuan1，Chen Junhong2，Zhang Shuaipu2

（1. College of Information Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China;

2. Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China）

Abstract：The ecological flow of Lijiang River was calculated based on annual runoff data at Guilin and Yangshuo hydrological stations. A year was divided into high water period，flat water period and low water period. The ratio of the monthly mean flow of each period under the 90% guarantee rate to the multi-year monthly mean flow in the same period was calculated，and the ecological flow was calculated in association with the monthly mean flow. Furthermore，the ecological flow calculated by the annual distribution method before and after modification was evaluated by using the Tennant method. The results showed that the ecological flow calculated by improved annual distribution method is more in line with the characteristics of rain-source rivers，and more suitable for river water demand in normal water use period.

Key words：ecological flow;improved annual distribution method;Tennant method;monthly runoff;Lijiang River basin

收稿日期：2022-03-20

基金項目：桂林理工大學大學生創新創業計劃項目（202110596030）;廣西科技基地和人才專項（桂科AD21220106）;桂林理工大學博士科研啟動基金（GUTQDJJ2020083）

作者簡介：梁榮軍，男，主要研究智慧水利。E-mail：lrjunyan@qq.com

通訊作者：陳俊鴻，男，講師，博士，主要從事水資源管理研究工作。E-mail：jhchen@glut.edu.cn