趙津霆

摘要：根據(jù)生態(tài)水文季節(jié)將生態(tài)需水分為枯水期、豐水期，分別計(jì)算這2個(gè)時(shí)期的最佳生態(tài)需水、適宜生態(tài)需水、最小生態(tài)需水。計(jì)算結(jié)果表明：蒲河流域沈北新區(qū)段枯水期的最佳生態(tài)需水量為3 905.03萬(wàn)～6 508.38萬(wàn)m3，適宜生態(tài)需水量為1 952.52萬(wàn)m3，最小生態(tài)需水量為650.84萬(wàn)m3。

關(guān)鍵詞：蒲河流域；生態(tài)需水；Tennant法；植被生態(tài)需水量

中圖分類(lèi)號(hào)：TV124 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）05-0041-04

生態(tài)需水包括維持河流系統(tǒng)現(xiàn)狀與自然形態(tài)、防止河流退化、維持河流不斷流及其連續(xù)性、為自然界提供水資源等方面。河流生態(tài)需水一般包括河道內(nèi)生態(tài)需水與河道外生態(tài)需水。河道內(nèi)生態(tài)需水指的是為滿(mǎn)足通航、排沙、水生物繁衍、景觀等要求，河流等天然水體所需要的最小需水量；河道外生態(tài)需水則涉及到湖泊、地下水恢復(fù)及水土保持等?，F(xiàn)主要針對(duì)河道內(nèi)生態(tài)需水進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)域概況

蒲河發(fā)源于鐵嶺縣橫道河子鄉(xiāng)想兒山，從棋盤(pán)山風(fēng)景區(qū)上游望濱鄉(xiāng)石砬子村流入沈陽(yáng)境內(nèi)，流經(jīng)沈陽(yáng)市5個(gè)縣（區(qū)），于遼中縣老坨鄉(xiāng)黑魚(yú)溝村匯入渾河。沈北新區(qū)位于沈陽(yáng)北部，由新城子區(qū)、輝山農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、虎石臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、道義經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)為主體共同組成，區(qū)域面積1 098 km2。沈北新區(qū)處于北溫帶，在亞洲季風(fēng)氣候區(qū)邊北緣，其主要的氣候特點(diǎn)是季風(fēng)氣候特征明顯；春季多為西南大風(fēng)，蒸發(fā)量大，易春旱；夏季則高溫多雨，雨熱同季的氣候特點(diǎn)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育極為有利；秋季風(fēng)勢(shì)較小，天氣多晴朗；冬季寒冷干燥，雨雪甚少，盛吹北風(fēng)和西北風(fēng)。研究區(qū)年平均降水量660.6 mm，最大年降水量991.6 mm，最小年降水量460.1 mm，降水的年際、年內(nèi)變化均較大。

2 生態(tài)需水計(jì)算方法

為維持河道天然生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物種不消亡，保證河道生態(tài)系統(tǒng)基本功能不嚴(yán)重退化所需要的最小水量即為最小生態(tài)需水；維持天然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所需的最小水量稱(chēng)為適宜生態(tài)需水。最小生態(tài)需水的主要功能是以最小的水分條件獲得盡可能大的水域活動(dòng)空間，適宜生態(tài)需水是在水體存在的前提下，河流生態(tài)系統(tǒng)能夠保持生物完整性所需要水分。根據(jù)生態(tài)水文季節(jié)對(duì)生態(tài)需水進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)，將生態(tài)需水分為枯水期（10月—次年3月）、豐水期（4―9月）兩個(gè)時(shí)期，分別對(duì)兩個(gè)時(shí)期的最佳生態(tài)需水、適宜生態(tài)需水、最小生態(tài)需水進(jìn)行計(jì)算。

2.1 河流蒸發(fā)需水量

式中：We為某時(shí)段內(nèi)某河段水面凈蒸發(fā)損失量（即水面蒸發(fā)需水量），m3；A為某時(shí)段內(nèi)某河段水體平均水面面積，m2；E為某時(shí)段內(nèi)某河段水體蒸發(fā)量，mm；P為某時(shí)段內(nèi)某河段的區(qū)間降雨量，mm。

2.2 河流滲漏需水量

河流滲漏需水量是指河流水位高于地下水位時(shí)，河流底部滲漏及岸邊側(cè)漏向地下水補(bǔ)充的水量。一般情況下，滲漏需水量通常采用達(dá)西定律進(jìn)行計(jì)算。一般河流、水庫(kù)滲漏量采用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：W河滲為河流滲漏損失，m3；W湖滲為湖泊、水庫(kù)滲漏損失，m3；W蓄為湖泊、水庫(kù)平均蓄水量，m3；K1，K2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值規(guī)則見(jiàn)表1。

2.3 植被生態(tài)需水量

植被生態(tài)需水量是為滿(mǎn)足植被正常生長(zhǎng)（或維持植被生態(tài)系統(tǒng)健康），且能夠抑制土地生態(tài)系統(tǒng)惡化所需要的水資源量。研究涉及的植被生態(tài)環(huán)境需水量主要是岸邊綠化帶、草地生態(tài)需水。采用面積定額法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：W綠為綠地生態(tài)需水量，m3/a；ψ為綠化用水定額，m3/（a·m2）；F為綠化帶覆蓋面積，m2。

2.4 河道基流生態(tài)需水量

河道基流生態(tài)需水量主要指維護(hù)河道基本生態(tài)功能及河道內(nèi)水生生物生存所需的水量。Tennant法是一種非現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法，基于對(duì)美國(guó)11條河流的斷面數(shù)據(jù)研究后，分析總結(jié)出河寬、流速、水深在不同流量變化下的變化規(guī)律，當(dāng)流量小于年平均流量10%時(shí)，河寬、流速、水深增加幅度較大，而當(dāng)流量大于年平均流量10%時(shí)，對(duì)應(yīng)的水利參數(shù)增長(zhǎng)幅度有所下降。劃分流量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

2.5 河流自?xún)粜杷?/p>

河流自?xún)粜杷渴侵副３趾恿鲗?duì)污染物質(zhì)自?xún)糇饔盟枰乃俊Ｔ诒狈降貐^(qū)，為保持河流一定的生態(tài)功能，河道在枯水季節(jié)保證一定水量是非常必要的。在以往的運(yùn)用和實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，7Q10法計(jì)算出來(lái)的污染物允許排放量值偏高，故本次采用在7Q10法基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的最枯月流量法計(jì)算河流自?xún)粜杷?。?duì)于一般河流，通常采用近10 a最枯月平均流量或90%保證率最枯月平均流量作為河流自?xún)粜杷?。取?0 a最枯月平均流量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中：W自?xún)魹楹恿髯詢(xún)粜杷?，m3；Qmi為近10 a中第i年最小月流量，m3/s。

3 研究區(qū)域生態(tài)需水量計(jì)算

3.1 河段蒸發(fā)需水量

研究區(qū)1980―2015年降雨及蒸發(fā)資料顯示，蒲河流域沈北新區(qū)段多年平均降水量為660.6 mm，折算成E601蒸發(fā)值為861.06 mm，年平均蒸發(fā)量大于年降水量。根據(jù)河流水面蒸發(fā)需水量計(jì)算公式（1）對(duì)沈北新區(qū)段分段蒸發(fā)需水量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。

3.2 河段滲漏需水量

根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況，根據(jù)公式（2）計(jì)算蒲河流域沈北新區(qū)段滲漏需水量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

3.3 植被生態(tài)需水量

根據(jù)《遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)——行業(yè)用水定額》DB21/T1237-2003，研究區(qū)域綠化用水定額取4L/（m2·d），單位換算為0.004 m3/（m2·d）。實(shí)際調(diào)研結(jié)果顯示，該研究區(qū)域澆水時(shí)間為每年4月至10月中下旬，澆水頻率約為153次/a。根據(jù)各段河道外綠化帶面積計(jì)算植被生態(tài)需水量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

3.4 生態(tài)基流需水量

蒲河流域沈北新區(qū)段控制流域面積485.7萬(wàn)m3，多年平均徑流深134.0 mm。通過(guò)相關(guān)河段控制面積可推求研究區(qū)域平均徑流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)Tennant法計(jì)算各分區(qū)段基本生態(tài)需水量推薦值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

3.5 河段自?xún)粜杷?/p>

通過(guò)調(diào)查計(jì)算研究區(qū)各河段自?xún)粜杷?，結(jié)果見(jiàn)表8。

3.6 河流生態(tài)需水量匯總

河流最小生態(tài)需水量的計(jì)算公式為：

根據(jù)河流生態(tài)需水量各組成部分的計(jì)算結(jié)果，用公式（6）計(jì)算河流最小生態(tài)需水量。根據(jù)Tennant法將河流基本生態(tài)流量劃分為不同等級(jí)。為便于實(shí)際管理和操作，在枯水期（10月—翌年3月）選取平均流量10%作為最小生態(tài)需水量，選取平均流量的30%作為適宜生態(tài)需水量，60%～100%作為最佳生態(tài)需水量；在豐水期（4-9月），選取平均流量的30%作為最小生態(tài)需水量，50%作為適宜生態(tài)需水量，60%～100%作為最佳生態(tài)需水量。

由于研究區(qū)域各河段自?xún)粜杷烤∮谏鷳B(tài)基流量的最小值，因此取Tennant法得出的生態(tài)基流推薦值為最終生態(tài)基流。結(jié)合研究區(qū)基本生態(tài)需水量及基本生態(tài)流量匯總求得研究區(qū)域河流的生態(tài)需水量及生態(tài)基流量推薦值。耦合蒸發(fā)需水量、滲漏需水量、植被需水量與生態(tài)基流量，求得研究區(qū)生態(tài)需水量，結(jié)果見(jiàn)表9。

4 結(jié)論

以蒲河流域沈北新區(qū)段為研究對(duì)象，從河流蒸發(fā)需水量、河流滲漏需水量、植被生態(tài)需水量、河道基流生態(tài)需水量及河流自?xún)粜杷?方面，計(jì)算研究區(qū)域生態(tài)需水量，為蒲河流域生態(tài)需求提供參考數(shù)據(jù)。在人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、水質(zhì)自?xún)裟芰Φ确矫娴挠绊?，還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 特來(lái)提·艾尼瓦.基于生態(tài)恢復(fù)的塔里木河干流生態(tài)需水量預(yù)測(cè)[J].工程技術(shù)，2015，53（9）：00170.

[2] 孫棟元，胡想全，金彥兆，等.疏勒河中游綠洲天然植被生態(tài)需水量估算與預(yù)測(cè)研究[J].干旱區(qū)地理，2016（1）：154-161.

[3] 楚勤方 田興順.基于生態(tài)需水的水資源分析——以貴州省鹽津河流域?yàn)槔齕J].水土保持通報(bào)，2016（1）：259-264.

Abstract： Based on ecological hydrological season ，ecological water requirement can be divided into dry season and wet season. The best ecological water requirement， suitable ecological water requirement and minimum ecological water requirement on the two periods were calculated respectively. Calculations showed that： the best ecological water requirement in Shenbei new area segment Pu River basin is 3905.03～6508.38 ten thousand m3， the suitable ecological water requirement is 1952.52 ten thousand m3， the minimum ecological water requirement is 650.84 ten thousand m3.

Key words： Pu River basin； ecological water requirement； Tennant method； ecological water requirement of vegetation