河流生态基流的计算方法及其适用性分析

来源:用户上传      作者: 孟慧颖

　　摘 要 生态基流的研究是河流生态课题中一个新的热点领域，文章论述了河流生态基流的几种计算方法，并对各种方法的适用性和局限性进行了对比分析，对维护河流水生态安全及水资源保护具有一定的指导意义。
　　关键词 河流；生态基流；计算方法；适用性分析
　　中图分类号K928.4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）90-0000-00
　　1 概述
　　河流生态基流是指维持河流基本形态和基本生态功能，保证水生态系统基本功能正常运转的最小流量。在此流量下，河道可以保证不断流，水生生物群落能够避免受到不可恢复性的破坏。
　　生态基流与河流生态系统的演进过程以及水生生物的生活史密切相关，而水生生物的生长又受水量、水温等因素的制约，故在不同的时期，生态基流并非固定值，按照河流水文特性，生态基流一般有汛期和非汛期之分。
　　生态基流不足，通常会造成河流纳污能力和稀释自净能力降低、地下水位下降、水土流失、水生生物栖息地环境恶化等一系列生态环境问题。因此，生态基流对于维持河流生态系统生态平衡、保持流域的整体性和连续性等特征具有重要的意义。
　　2 生态基流的几种计算方法及其适用性分析
　　生态基流的计算方法较多，一般可分为四大类，即水文学法、水力学法、生境模拟法和整体法，其中水文学法和水力学法比较常用。
　　2.1 Tennant法
　　Tennant法属于水文学计算法的一种，即将河流多年平均流量的10%～30%作为生态基流，该法适用于流量比较大且水文资料系列较长的河流。
　　由于不同的河流河道内环境和生态功能有差异，同一河流的不同河段也有区别，因此必须根据实际情况选取合理的环境和生态目标来确定流量百分比，这个百分比非常关键。
　　Tennant法计算步骤简单，可以快速确定数值，但是没有考虑河流的宽度、水深、流速以及形状等水文参数，没有区分标准年、枯水年和丰水年之间的差异，忽略了水生生物对环境的需求，对于流量较小的河流，该法的使用具有一定的局限性。
　　2.2 流量历时曲线法
　　流量历时曲线法属于水文学计算法的一种，该法是将20年以上的水文观测资料进行整理和统计分析，通过逐月流量历时曲线，以90%保证率下的流量作为生态基流，该法适用于水文资料系列达到20年以上的河流。
　　流量历时曲线法同样具有简单快速的优点，由于使用了逐月流量历史曲线中的某个频率来确定生态基流，其灵活性亦更强，可以按照河流水生生物的实际需求确定流量大小，同时也考虑了各月流量间的变化和差异，适用性较强。唯一制约该法的因素是，目前对不同时期水生生物需水量方面的研究较少，因此在具体的频率设定过程中可供参考的成果不多。
　　2.3 保证率法
　　保证率法属水文学计算法的一种，一般采用90%保证率下最枯月平均流量作为生态基流。
　　保证率法比较适合水量较小，同时开发利用程度较高的河流，要求有较长序列（一般不低于20年）的水文观测资料。保证率法计算出来的生态基流在某种意义上维持了河流水质标准，更适合于生态环境需水要求。但保证率法是基于流量基础之上的一种方法，对水生生态学方面的因素考虑较少。
　　2.4 最枯月流量法
　　最枯月流量法属水文学计算法的一种，通常采用最近10年最枯月平均流量作为生态基流。
　　最枯月平均流量法需要的水文观测资料系列较短，其适用范围和局限性与保证率法基本一致，在计算河流纳污能力方面有独特的优势。
　　2.5 7Q10法
　　7Q10法属水文学计算法的一种，即将90%保证率下，连续最枯7天的平均流量作为生态基流。
　　7Q10法同样适合水量较小，同时开发利用程度较高的河流，要求有较长序列（一般不低于20年）的水文观测资料。该法计算出来的生态基流能够维持河道不发生断流，但同样未考虑生物学因素，通常用于考量水环境容量。
　　2.6 湿周法
　　湿周法属于水力学法的一种，即利用河流的湿周作为水生生物栖息地质量指标来估算河流的生态基流。该法遵循的原理是以保护临界区域水生生物栖息地的湿周来维持临界区域以下水生生物栖息地的稳定。
　　湿周法一般根据河流湿周～流量关系图上的拐点来确定生态基流。当拐点不明显时，以某个湿周率（通常取50%）对应的流量作为生态基流。
　　湿周受河道形状的影响比较大，比较适用于宽浅矩形渠道和抛物线形河道等河床形状稳定的河流，不适合于三角形河道，因三角形河道的湿周～流量关系曲线的拐点不明显，难以进行判断。
　　3 生态基流计算应注意的问题
　　由于各流域水资源量及其时空分布不均、水资源开发利用程度以及水环境状况差异较大，生态基流一般需要分区域、采用不同的方法来进行计算。
　　北方河流的生态基流应分为汛期和非汛期两个水期分别进行计算，在条件允许的情况下，尽量采用多种方法，一般情况下，非汛期生态基流不可低于多年平均天然净流量的10%，汛期生态基流应达到多年平均天然净流量的20%～30%为宜。
　　南方河流亦应尽量采用多种方法进行计算，并取其外包线作为生态基流。通常情况下，生态基流不应小于90%保证率下最枯月平均流量。如果采用Tennant法，生态基流应达到多年平均径流量的20%～30%以上。
　　在区域经济不受较大损害的前提下，应选择最大的计算结果作为生态基流，非汛期生态基流必须能满足水功能区达标对流量的需求。
　　4 结论
　　河流的生态基流不仅与河流生态系统的结构和功能有关，而且与流域的气候、土壤、水文、地质和其他诸多因素有关。现阶段要进行深入的河流生态基流研究还存在各种困难，主要限制于各种生物资料的获取，水文学和水力学两大类计算方法在确定河流生态基流方面虽然具有一定的优势和可操作性，但仍需不断完善，并应逐步深入开展生境模拟法和整体法的研究，以最终完美解决生态基流的计算问题。
　　参考文献
　　[1]李瑞，单媛媛，于洁.河流生态基流及其计算方法研究.中国水利水电市场，2012，3.
　　[2]朱党生，等.河流开发与流域生态安全.中国水利水电出版社，2012，11.
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