基于水質水量耦合模型的湟水西寧市段生態流量計算及模擬分析

張 穎，侯慶志，田福昌，3，程鵬榮

(1.青海民族大學土木與交通工程學院，青海 西寧 810007；2.天津大學建筑工程學院，天津 300101；3.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072；4.青海省水利水電勘測規劃設計研究院有限公司，青海 西寧 810001)

生態需水保障是水生態保護的重要內容，對于維持河流水生態健康、水資源合理利用、經濟社會可持續發展具有十分重要的意義。伴隨著一系列國際科學研究的推進，“生態需水”[1](Ecological water requirements/Ecological flow)基礎理論不斷豐富，研究范圍不斷擴大。生態需水的計算方法主要有水力學法[2]、水文學法[3]、生境模擬法[4]等多種方法。Men[5]基于河道生態需水量估算的生態水力半徑模型(EHRM)理論，以我國南水北調西線一期工程鮮水河道孚水文站為例，計算了滿足河道魚類棲息地的河道內生態需水量。Wu等[6]研究運用水文學、水力學和生態棲息地方法，構建了黃河下游生態需水框架(EWRsF)，綜合考慮了河道內生態基流、指示魚類的生存與繁殖、河口沖淤平衡和河口生態功能。河流生態需水量已經不再是固定的數值，而是以滿足人與自然合理配置水資源的需求，與河流水生態保護目標及河流季節性特征相協調的數值范圍。目前，生態需水的計算主要是從流量和生態保護目標需求等方面進行重點考慮，但水生態保護中水質同樣影響著生態系統的穩定性，因此，應將水質與水量綜合確定生態流量。近年來，很多學者們對生態需水問題中水質水量耦合模型的運用開展了一系列研究。石紅梅[7]建立一維水流模型和一維水質模型，對溫榆河干流水質水量過程進行模擬，得到河道水動力和水質變化規律。馬甜甜[8]采用MIK11軟件構建渾河沈撫段水質水量耦合模型，制定不同污染情況下的水庫下泄方案，并通過模型進行不同下泄條件下的污染物沿程變化情況。汪惠等[9]利用MIKE11構建一維水質水量耦合模型，模擬引水條件改變后目標污染物的改善情況，取得了一定成果。

近年來，湟水生態需水問題較為突出，湟水干流水電站梯級開發集中，河段水電站分布較多，使河流連通性遭到破壞，河流生態功能嚴重下降[10]。流域水生態環境保護修復面臨難點與挑戰，水生態保護從水資源、水環境等角度均存在一定問題[11]。湟水承載著區域生活、工業、農業用水，水資源開發程度逐年增加，河道內生態需水被擠占嚴重，難以保證河道內所需生態水量[12]。湟水生態需水保障作為水生態保護修復的重點，深入研究其生態需水的目標、配置及下泄影響過程，對維護水生生物多樣性、鞏固水環境質量、提高區域水資源配置合理性等方面具有重要意義和應用價值。因此，本文針對湟水流域水資源、水環境、水生態等角度的生態需水問題，從水質、水量、時間和空間多角度開展湟水西寧市段生態需水研究，基于水文學、水力學等多種生態需水計算方法以及水質水量耦合模型，通過生態需水的合理性計算以及生態流量下泄對污染物濃度影響的模擬量化，從水質、水量角度優選出生態需水方案，研究成果對區域水資源配置和水生態保護修復具有重要意義。

1 區域概況

湟水是黃河上游重要的一級支流，發源于海晏縣的包呼圖山，由西向東從托落圖流入湟源縣、湟中縣、西寧市區，從小峽橋口流出西寧市，于民和縣下川口注入黃河，干流全長96 km。湟水西寧市段從湟源峽至小峽橋口，境內河長占干流總長的25.5%，流域面積7 334.6 km2，占湟水流域面積的45.7%，研究范圍見圖1。

圖1 研究范圍示意

根據青海省水資源公報等資料，湟水水資源量變化趨勢為2001年～2004年以偏枯為主，2005年以后總體轉豐。西寧市多年平均降水量為536.2 mm，水資源多年平均總量為13.14億m3，水資源量為降水補給型，使水資源年際及年內分布不均，豐枯年懸殊，以西寧站為例，見圖2。水資源分布與經濟社會發展布局不匹配，人均水資源量占全國人均水資源量的1/4，占青海省人均水資源量的1/20。近5年，湟水流域地表水資源屬于偏豐階段，以西寧站為例，其地表徑流量總體大于多年平均地表徑流量，見圖3。根據1956年～2016年湟水西寧站實測地表徑流量分析，60年中僅有12年實測地表徑流量大于多年平均地表徑流量，見圖4。湟水干流西寧市段城區人口集中，特征污染物大量集中排放，枯水期河流流量較少。因此，湟水西寧市段的水資源量嚴重不足。

圖2 湟水西寧站年內地表徑流量變化情況

圖3 湟水西寧站近5年地表徑流量變化示意

圖4 湟水西寧站近60年地表徑流量演變趨勢

2010年～2019年，西寧湟水流域廢污水排放量變化幅度不大，但主要污染物COD呈現明顯減少趨勢，氨氮呈增加態勢。工業和城鎮生活用水量占總用水量的35.02%，城區廢污水大量集中排放的壓力依然存在。通過西寧市湟水流域水環境綜合治理，根據西寧市主要國控和省控斷面2015年～2019年水質評價，湟水干流主要控制斷面水質總體呈現改善趨勢，但扎馬隆、小峽橋等斷面仍出現1月～4月枯水期水質不穩定達標狀況。

湟水魚類資源調查顯示湟水流域有魚類36種，其中土著魚類有14種，外來魚類有22種，隸屬于4目8科26屬。鯉形目魚類為主要類群，有2科19屬25種，鮭形有3科4屬6種，鱸形目有2科2屬4種，合鰓魚目有1科1屬1種。湟水底棲動物群落結構及水質評價狀況顯示湟水流域底棲動物共有8目25科42屬(種)，密度為15～394個/m2，其中以水生昆蟲占優勢類群。湟水干流水生生境破碎化情況較為嚴重，河流廊道生態功能出現退化，魚類生物棲息地、河谷生態系統等發生較大改變。湟水干流的魚類資源量和種類都在迅速減少，在湟水干流多巴以上河段還有少量魚類群體數量，種類少，湟水干流多巴以下河段特別是西寧河段魚類已基本絕跡。

湟水作為黃河青海流域生態保護和高質量發展的重點區域，隨著蘭西城市群、西寧—海東都市圈等區域戰略及引黃濟寧、引大濟湟等重要調水工程的實施，湟水西寧市段的水資源供需矛盾將會更加凸顯，隨之帶來的水生態保護問題和水安全隱患依然存在。總體而言，湟水流域西寧市段呈現水資源、水環境和水生態“三水”問題相互交織狀況，考慮到湟水干支流特征污染物與地表徑流量有著較高關聯性，未來枯水年、枯水期湟水干支流生態需水、水質將面臨不穩定達標風險。

2 研究數據及方法

2.1 研究數據

本文通過對湟水西寧市段的多年水資源量、地表徑流變化趨勢、水質達標狀況、污染物排放現狀、水生生物種類及分布的調查及分析，得出湟水西寧市段枯水期水質不達標、污染物負荷逐漸加重、生態需水保障程度較低等現狀問題。采用多種方法計算生態需水量，再結合流域水循環和水平衡、河流生態需水和經濟社會用水的相互關系，構建水質水量耦合模型，從時間、空間角度模擬分析不同生態需水量下泄對湟水水質的影響，對模擬結果進行分析，選擇滿足水質水量綜合目標的生態流量，并提出湟水干流水生態保護的對策及建議。

本次選取湟水西寧市段水質監測斷面作為水質控制斷面，上、下游分別選擇新寧橋斷面和小峽橋斷面，水量控制斷面選擇湟水西寧水文站斷面。結合污染物負荷強度、水質監測情況、污染源調查情況等綜合考慮，選擇COD和氨氮作為污染物控制指標。水文數據采用湟水西寧水文站60 a長系列實測水文資料(徑流、流量、水位等)，水質數據采用湟水新寧橋、小峽橋等水質控制斷面2018年月均水質監測數據。本次采用MIKE11軟件中的HD和AD模塊構建水質水量耦合模型，以生態需水計算結果作為斷面下泄流量模擬湟水水質變化情況。基礎數據包括湟水西寧市段河道斷面參數、湟水干流西寧市段沿河排污口的排污量、排污口位置、主要污染物等數據；湟水干流湟源、西寧、樂都及主要支流的西納川、南川河、北川河等水文站流量、水位實測數據；湟水干流新寧橋、小峽橋等斷面水質監測數據。

2.2 生態流量計算方法

目前，國內有關黃河水生態保護及生態需水的研究較為豐富，但是有關湟水的生態需水研究并不多。湟水流域已經開展的生態需水計算方法包括Tennant法、90%保證率最枯月平均流量法等，均以水文學方法為主，且生態需水中水質水量耦合模型的運用較少。

在生態需水計算方法的選擇中，水文學法中月保證率法[13]是以北方季節性河流為例證提出的方法，而湟水作為西北地區的河流具有很強的季節性特征，適合采用月保證率法。而年內同頻率展布法雖然克服了傳統水文計算法的經驗性和主觀性，但不能反映不同時期季節性河流的徑流變化，本次選擇改進年內同頻率展布法來進行生態需水計算，可以很好解決這個問題。生態水力半徑法作為水力學法的代表，在湟水區域還未開展過運用，本次使用該方法進行生態需水計算。綜合考慮，本文采用不同頻率最枯月平均值法、改進年內同頻率展布法、生態水力半徑法計算研究生態需水量。

2.2.1 不同頻率最枯月平均值法

不同頻率最枯月平均值法[14-15]是指以某一控制斷面的長系列(n≥30 a)水文特征資料為依據，選擇每年的最枯月流量或徑流量排頻，并按照不同頻率下的最枯月平均流量或徑流量作為控制斷面的生態流量。本次采用1956年～2018年實測水文系列數據，計算不同頻率最枯月流量。首先將西寧站長系列實測流量、徑流等資料還原計算后以每年最枯月排頻，其次結合湟水季節性特征情況，對年內生態流量按照豐水期(7月～10月)、平水期(4月～6月)、枯水期(11月～翌年3月)三個時段進行計算，其中豐水期按75%保證率計算、平水期按90%保證率計算，枯水期按95%保證率計算，將對應頻率的月平均流量作為控制斷面生態流量，得出年內對應的河流生態流量過程。

2.2.2 改進年內同頻率展布法

根據水生態環境現狀分析，湟水西寧市段水資源年際、年內分布不均，水資源量為降水補給型，豐枯年懸殊，且降雨年內分布不均，主要集中在7月～10月。湟水河生態系統具有明顯的季節性特征[16-17]，其中4月～6月為土著魚類活躍期、河流濕地和河谷植被需水高峰期；7月～10月是水量集中時段，是水生生物和植被生長的關鍵時段；11月～翌年3月是枯水期，應保障河流生態環境功能不喪失的基本水流過程。因此，結合實際情況，從豐枯季節時期的劃分、極值去除等方面對年內同頻率展布法[18]進行改進，以1956年～2018年西寧水文站還原計算后的天然徑流為基礎，同時根據河流季節性特征及關鍵保護目標的需水時間分布，按照豐水期(7月～10月)、平水期(4月～6月)和枯水期(11月～翌年3月)3個時段進行各月生態流量的計算。首先去除各月徑流系列中的最大值和最小值，分別計算各時段的多年平均徑流量，并以不同時段內月最小平均徑流量與多年平均徑流量之比作為均值比，最后以不同時段內多年月平均徑流量為基準，按照均值比分別計算3個時段的生態流量，得到湟水西寧市段生態流量的年內分布過程。

2.2.3 生態水力半徑法

生態水力半徑是以流速作為影響物種(魚類)生長、繁殖的關鍵生態水文特征量。生態水力半徑法是通過河道糙率、水力坡度及水生態保護物種的生態流速確定過水斷面的水力半徑，再以生態水力半徑計算滿足生物適宜生存需求的生態流量。該方法是由明渠均勻流公式進行推導，得出水力半徑與河道糙率、流速、水力坡度之間的關系，見公式(1)，在此基礎上進一步計算生態需水，見公式(2)[19]。

(1)

(2)

式中，R生態為生態水力半徑，m；n為河道糙率；v為流速，m/s；J為水力坡度；QE為生態流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2。

以河流特性及生物特性確定生態流速，根據《青海省湟水流域生態流量實施方案》，湟水干流有魚類19種，其中以黃河裸裂尻魚為土著魚類中的優勢物種，研究表明[20]，該種魚類產卵旺季主要在5月～6月，平均體長約140 mm，根據黃河裸裂尻魚的生活習性判斷其適宜流速為0.3～0.6 m/s。由于指示生物的產卵生長期主要在5月～6月，因此本次生態流速按汛期(4月～10月)和非汛期(11月～翌年3月)選取，汛期流速取0.6 m/s，非汛期流速取0.3 m/s。西寧水文站平均實測比降為4.0‰，糙率為0.033，根據生態流速及公式(1)計算汛期及非汛期生態水力半徑，同時建立實測流量與水力半徑的關系圖，擬合流量-水力半徑關系曲線，見圖5，由生態水力半徑和曲線圖得出對應的生態流量。

圖5 Q～R關系

2.3 生態流量模擬的水質水量耦合模型

水質水量耦合模型由水動力模塊和水質模塊組成，模擬范圍是湟水西寧市段，模型上邊界為湟水入城區段處，下邊界為湟水出城區段處，北川河、南川河等主要支流作為源匯項加入湟水干流模型。模型耦合采用松散耦合形式，水量模型模擬河網水動力條件，同時以模擬結果中的流速、流量、斷面過水面積、槽蓄量等水力參數作為水質模型的水動力輸入條件，同時兩模塊采用同一計算單元和時間步長，進行斷面處COD和氨氮的濃度變化過程模擬。

2.3.1 水量模型

選取平水年2018年作為模擬期，水量模型上邊界條件采用湟源站、石崖莊水文站月平均流量過程，時間步長為30 d，下邊界條件采用湟水干流大峽、樂都水文站的水位數據。模型模擬河段為湟水水文站至下游樂都水文站斷面的湟水干流，河網形狀通過DEM數據提取的湟水干流shp文件確定，并對河道進行概化處理，通過主要支流及支流水文站的水力、水文特征數據，將主要支流加入概化后的河網中。河道斷面根據收集的1∶1 000地形圖剖切的河道橫斷面圖及流量水位關系確定。MIKE11水動力模塊是將河流視為一維均質流體，通過一維圣維南方程組來描述河流動力規律，根據河流形態及水動力特性，對河段建立數值模型，采用Abbott六點隱式差分格式，通過追趕交替法求解圣維南方程組的數值解[21]。圣維南方程組表達式為

(3)

(4)

(5)

式中，Q為平均流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2；t、x分別為時間、空間坐標；q為單位河長的旁側的入流流量，m3/s；α為動力系數，取1.0；g為重力加速度；Z為水位，m；vx為流速在水流方向上的分量，m/s；R為水力半徑；C為謝才系數；n為曼寧系數。

2.3.2 水質模型

水質模型是以水動力模型為基礎，將水動力模型模擬結果中的流量、流速、水位等數據作為水質模型的水動力輸入條件，模擬因子的水質變化情況。根據區域污染物排放情況，本次以COD和氨氮作為計算指標。選取平水年2018年作為模擬期，水質模型邊界條件采用湟水干流扎麻隆、報社橋、小峽橋、灣子橋等站點的實測水質資料。在開邊界與點源處放置相應的污染物排放過程，邊界范圍內的污染物入河方式均為點狀排放，根據研究區域兩岸污水處理廠的現狀排污數據，按照點源將其添加到河網中，面源污染根據2018年西寧市環境統計數據中的污染物排放數據及統計年鑒中的人口、耕地、養殖數量等數據進行估算，均勻概化到一定長度的河道中，以此作為污染輸入條件。水質模塊采用一維對流擴散方程[22]，其基本表達式為

(6)

(7)

式中，c為選定模擬污染物的濃度，mg/L；u為平均流速，m/s；Ex為擴散系數，m2/s；B為河流的水面寬度，m；h為水深，m；i為水力坡降；K為污染物的衰減系數，d-1。

3 生態流量計算及過程模擬

3.1 生態流量計算結果

通過上述3種方法，利用湟水西寧水文站1956年～2018年長系列水文資料的實測流量還原計算后的天然徑流量進行生態需水量的計算，結果見表1。

表1 不同方法的生態流量計算結果 m3/s

本次計算結果與Tennant法相比，其生態流量過程對比線如圖6所示。Tennant法生態流量10月～翌年3月采用多年平均流量的10%計算，4月～9月采用多年平均流量的20%計算，根據《湟水流域綜合規劃環境影響報告書》中西寧控制斷面的生態流量結果為：4月～6月生態流量為9.3 m3/s，7月～10月生態流量為12.2 m3/s，11月～翌年3月為5.6 m3/s。水力半徑法、不同頻率最枯月平均值法與Tennant法上下限較為接近，因此說明這2種方法具有合理性。改進年內同頻率展步法與Tennant法下限較為接近，上限與Tennant法相差較大，但相比只區分汛期、非汛期的Tennant法，該方法生態流量年內變化更符合季節性特征，與年內徑流變化特征相符，因此也同樣具有合理性。3種方法相比，水力半徑法、不同頻率最枯月平均值法的生態流量過程對于工程調控和流量監控預警更加便捷，而改進年內同頻率展布法則更符合河流季節性變化特征，對于生態保護與河流健康更加適宜。

圖6 生態流量過程對比線

3.2 基于水質水量耦合模型的生態流量模擬

3.2.1 模型率定與驗證

湟水西寧市段水動力模型采用西寧水文站2018年1月～5月的實測流量和水位數據進行糙率系數的率定，最終確定河道糙率系數取值為0.033～0.035；采用西寧水文站2018年6月～12月的實測流量和水位數據進行模型驗證工作，率定、驗證結果見圖7。以水動力模型模擬結果作為輸入條件，同時增加水質邊界條件，選擇與水動力模型相同的模擬時段和時間步長，采用小峽橋水質監測斷面2018年1月～5月的實測水質數據對擴散系數和降解系數率定，最終確定污染物擴散系數取值為1.0，COD和氨氮的降解系數分別為0.21～0.25 d-1、0.15～0.20 d-1；采用2018年6月～12月的實測水質數據對模型進行驗證，COD濃度率定及驗證結果見圖8。

圖7 西寧水文站斷面流量率定、驗證

圖8 小峽橋斷面COD濃度率定、驗證

根據模擬驗證結果，西寧水文站的水位計算結果與實測值的平均絕對誤差在0.2 m以內，其水位模擬值相對誤差為8%，流量誤差為5%～7%，且模型的計算水位和流量變化與實測值較為一致。水質模擬結果顯示小峽橋斷面的COD和氨氮相對誤差均小于10%，模型參數基本合理，可反映出湟水西寧市段的水質變化過程。

3.2.2 生態流量下泄方案

上述章節在考慮水量、生物棲息地等因素的前提下進行了生態需水的計算，根據水質水量耦合模型設定不同的西寧水文站斷面生態流量下泄邊界條件，推求新寧橋、小峽橋水質斷面的污染物濃度值，根據污染物濃度的下降幅度，最終選擇湟水西寧段滿足水質水量綜合條件生態需水量。

根據湟水西寧市段的實際情況及西寧市水文站現狀下泄流量，綜合擬定生態需水調控方案[23]。方案1為生態水力半徑法對應的生態需水下泄方案，方案2為不同頻率最枯月平均值法對應的生態需水下泄方案，方案3為改進年內同頻率展布法對應的生態需水下泄方案，考慮工程調控方便，生態需水下泄流量均取整。由于湟水12月～翌年4月易出現水面凍結及河干等情況，而4月～10月考慮農業灌溉的水量需求，對應的生態需水下泄流量有所降低，具體下泄方案見表2。3種下泄方案對應的水質初始條件保持一致，根據水質監測資料，西寧水文站斷面上游的扎麻隆斷面滿足Ⅳ類水質要求，入流水質濃度參照GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中的標準限值，以Ⅳ類水質對應污染物濃度值作為上邊界條件。

表2 西寧水文站斷面各月生態需水下泄方案 m3/s

3.2.3 生態流量模擬結果分析

3種生態需水下泄方案下，新寧橋斷面與小峽橋斷面的COD和氨氮濃度的模擬結果見圖9、10。3種需水下泄方案下，小峽橋斷面相對新寧橋斷面的污染物濃度下降幅度變化情況，見表3，下降幅度指小峽橋相對新寧橋污染物濃度的減少量與小峽橋污染物濃度的比值。

表3 新寧橋、小峽橋斷面模擬污染物COD、氨氮下降幅度 %

圖9 新寧橋、小峽橋斷面模擬COD濃度變化

圖10 新寧橋、小峽橋斷面模擬氨氮濃度變化

由表3可知，方案1中，新寧橋和小峽橋斷面污染物濃度下降幅度變化不太明顯，COD和氨氮濃度平均變化分別為3%、4%。這是由于12月～翌年4月的非汛期下泄流量較小，污染物的遷移轉化作用不明顯，污染物降解主要源于水體自凈作用。汛期與非汛期下泄流量的不同，導致斷面污染物濃度的不同。方案2和方案3中，新寧橋和小峽橋斷面的污染物濃度下降幅度相比方案1有所提高，這是由于方案2、3中非汛期和汛期的下泄流量對比方案1均有一定程度的增加，湟水西寧市段水體流動性增強，水動力因子促進了水體的水量交換和污染物遷移轉化，可見生態需水量的增加有利于湟水河西寧段水質的改善。

由表3還可知，不同方案兩斷面污染物濃度隨時間呈現下降趨勢，且隨下泄流量的增加污染物濃度下降幅度越大。對比3個方案，污染物濃度的下降幅度逐漸提高，其中，方案3兩斷面COD和氨氮濃度下降幅度相比方案2提高了約1.4%、1.2%，而方案2較方案1提高了約1.3%、1.1%。但相對同一方案的不同月份，污染物濃度的下降幅度與生態需水下泄量非線性相關，隨著生態需水下泄量的增加，污染物濃度下降幅度有減小的趨勢，證明水質改善效果在逐漸減弱。方案3相對于方案2水質斷面中的COD和氨氮濃度在汛期有較大程度的下降，但與水質目標相比，污染物濃度的水平仍然較高，這是由于斷面污染物本底濃度較高，從而削弱了生態需水下泄量增加對區域水質的改善效果。

由圖9、10可知，不同方案下兩斷面枯水期仍出現Ⅳ類～劣Ⅴ類水質，主要水質斷面污染物濃度于枯水期3月達到全年峰值，隨后逐月下降，在豐水期7月上升，10月達到全年最低值，11月～12月枯水期污染物濃度又開始呈上升態勢。一方面是由于特征污染物與地表徑流量有著較高關聯性，枯水期水量較少，水質存在超標問題；另一方面湟水西寧市段呈現較為嚴重的污染狀態，主要污染物排放為COD和氨氮，大部分源于農村面源污染。湟水西寧市段后續隨著引大濟湟、引黃濟寧工程的建設運行，雖然會增加北川河和湟水干流西寧以下河段的生態水量和環境容量，但同時也會新增湟水西寧市段廢污水及污染物的入河量，進而增加水環境壓力。

由表2、3可知，考慮斷面水質隨污染物排放和水量變化情況，對比不同方案，方案2中1月～3月和10月～12月污染物下降態勢較為明顯，而方案3中7月～9月污染物下降幅度較大。由此可見，不同生態需水下泄流量方案的非汛期月份下泄流量增大能夠改善湟水西寧段水質情況，但汛期月份下泄流量增大，污染物濃度下降幅度增加的程度有限，且小峽橋斷面污染物濃度水平始終較高，勉強達到斷面水質目標的污染物濃度限值，這是由于湟水西寧市段城鎮集中，COD、氨氮污染負荷較重，使斷面污染物濃度本底較高。同時，湟水西寧市段來水除了干流下泄流量外，還有很大一部分來自于主要支流匯入，主要支流的生態需水保障程度也間接影響著新寧橋、小峽橋斷面的水動力條件，隨西寧水文站斷面生態流量下泄條件的改變，污染物遷移、轉化作用不明顯，主要仍以稀釋作用為主。此外，本次采用2018年實測月均流量作為計算條件，未能充分考慮可能出現的區域性極端氣候條件，導致少數時段可能存在來水量的差異，進而影響水質保護目標。因此，綜合從滿足水質條件和水量條件的角度，應適當地提高非汛期月份的生態流量，同時考慮保障生態流量的安全性和下泄流量管理統一性，建議非汛期(11月～翌年3月)選擇方案2的下泄生態流量，其中11月份選擇7 m3/s，與其他月份保持一致；汛期(4月～10月)選擇方案3的生態需水下泄條件，其中4月～6月與6月保持一致，選擇17 m3/s，7月～10月與7月保持一致，選擇24 m3/s。西寧水文站斷面生態需水比選結果見表4。

表4 西寧水文站斷面各月生態需水比選結果 m3/s

4 結 論

(1)通過對湟水西寧市段的水生態環境現狀從水資源、水環境、水生態的多角度分析，得出其水生態問題在于未來枯水年、枯水期湟水水質將面臨不穩定達標風險。本次還原計算后的天然流量作為生態流量的計算標準，分別采取不同頻率最枯月平均值法、改進年內同頻率展布法、生態水力半徑法3種方法計算河道內生態流量。通過將計算結果與《湟水流域綜合規劃環境影響報告書》中的計算結果做對比，發現各個時段的閾值較為相近，因此，可以得出選擇的計算方法具有一定的合理性。

(2)利用MIKE11的HD與AD模塊構建湟水西寧市段水質水量耦合模型，對3種生態需水計算結果下泄條件進行了模擬，發現生態需水下泄流量的增加會影響河流水動力條件和斷面水質情況，非汛期(11月～翌年3月)水質改善效果較為明顯，但汛期月份隨著下泄流量的持續增大，污染物濃度降低的程度有限，水質斷面污染物濃度本底較高。綜合從滿足水質條件和水量條件的角度，比選后提出了逐月生態流量過程。

(3)本文僅僅考慮了水量水質因素影響，對基本生態需水進行了計算，而河流生態系統是多方面的，需進一步研究，應針對協調滿足社會經濟生活用水需求，從水庫、閘壩等水利工程的生態調度等方面提高河道內生態需水保障。