何立純

（長沙市水文水資源勘測局，湖南 長沙 410007）

生態(tài)基流是指維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能，保證水生態(tài)系統(tǒng)基本功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最小流量。在此流量下，河道可能保證不斷流，水生生物群落能避免受到不可恢復(fù)性的破壞。

1 流域概況

撈刀河流域?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候,多年平均年降水量1 484.0 mm，4～9 月降水量占全年總量的65.9%。撈刀河源頭為湘東北暴雨高值區(qū)，多年平均24 h 暴雨達(dá)120 mm，暴雨頻繁，山洪易發(fā)；中下游地勢低平，農(nóng)田較多，流域內(nèi)水旱交加。

2 河流水系及水文測站情況

撈刀河為湘江一級支流，有“長沙市第二大內(nèi)河”之稱，位于湖南省長沙市境內(nèi)，湘江下游右岸。撈刀河發(fā)源于瀏陽市石柱峰北麓的社港鎮(zhèn)周洛村。流經(jīng)瀏陽市社港鎮(zhèn)、龍伏鄉(xiāng)、沙市鎮(zhèn)、北盛鎮(zhèn)和永安鎮(zhèn)，長沙縣春華鎮(zhèn)和黃花鎮(zhèn)，長沙市開福區(qū)撈刀河街道。撈刀河干流長度141 km，總流域面積2 543 km2，河流平均坡降0.78‰，多年平均流量為30 m3/s。

撈刀河流域上一級支流流域面積100 km2以上的支流共6 條，分別是白沙河、金井河、獅巖河、永樂橋、東門江、黃泥江。

撈刀河流域現(xiàn)有水文站共有5 個(gè)，其中撈刀河布設(shè)有羅漢莊、星沙、沙市，金井河布設(shè)有螺嶺橋，白沙河布設(shè)有安沙等站。除金井河螺嶺橋站有流量資料外，其他站點(diǎn)均無實(shí)測流量數(shù)據(jù)，對生態(tài)基流的分析計(jì)算工作帶來一定程度的困難。見圖1。

圖1 撈刀河流域水文測站分布圖

3 河道生態(tài)基流的概念

河道生態(tài)基流是指維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能，保證水生態(tài)系統(tǒng)基本功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最小流量。對于一條常年性河流，具有流動(dòng)的足夠的水量是維持河道生態(tài)環(huán)境功能的最基本條件，如果發(fā)生河流斷流，原有的水生環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞，即使再次復(fù)水，河道系統(tǒng)也很難恢復(fù)到原來的水生生態(tài)系統(tǒng)，甚至一些本地特有的物種將從此滅絕。因此，為了防止河道萎縮或斷流，維持河道基本的生態(tài)環(huán)境功能，河道中常年都應(yīng)該保持一定比例的基本流量，河道生態(tài)基流的概念是基于此而提出。

4 生態(tài)基流計(jì)算的原理與方法

對于河流最小生態(tài)流量的計(jì)算，目前在國際國內(nèi)流行多種計(jì)算方法，一般有四類：水文學(xué)法、水力學(xué)法、整體法和生境分析方法，其中水文學(xué)法和水力學(xué)法比較常用，由于各方法的計(jì)算差異較大，采用單一計(jì)算方法可能產(chǎn)生較大誤差。故一般采用多種方法計(jì)算，對計(jì)算成果進(jìn)行比較，并結(jié)合生境分析來決定成果取值。本文主要采用水文法進(jìn)行分析計(jì)算。

對有水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的河流可采用以下5 種水文學(xué)方法對河流最小生態(tài)流量進(jìn)行對比計(jì)算。方法如下：

方法1：Tennant 法（1/10 多年年平均流量法）——此法是依據(jù)河道多年年平均流量來確定河段最小生態(tài)流量，計(jì)算時(shí)取多年年平均流量的1/10。

方法2：（最枯月平均流量法）——先根據(jù)控制斷面歷年的最枯平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算，再取P=90%最枯月平均流量作為最小生態(tài)流量。

方法3：（最小瞬時(shí)流量法）——根據(jù)控制斷面歷年最小瞬時(shí)流量進(jìn)行頻率計(jì)算，取P=90%最小瞬時(shí)流量作為河段最小生態(tài)流量。

方法4：（最近10 年最枯月平均流量法）——直接取控制斷面最近10 年最枯月平均流量作為河段最小生態(tài)流量。

方法5：（美國7Q10 法）——根據(jù)控制斷面歷年最枯連續(xù)7 天平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算，取P=90%最枯連續(xù)7 天平均流量作為河段最小生態(tài)流量。

對于沒有水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的河流，采用水文比擬法移植相近流域資料，提出其最小生態(tài)流量。

5 河道生態(tài)基流的計(jì)算

撈刀河流域已設(shè)有星沙和羅漢莊兩個(gè)水位站點(diǎn)，并擬建石塘鋪水文站，下游段和上游河段分別選用羅漢莊和石塘鋪?zhàn)鳛榭刂茢嗝孢M(jìn)行計(jì)算，因撈刀河流域沒有實(shí)測流量資料，本文采用水文比擬法，移植相近金井河流域螺嶺橋水文站資料和瀏陽河流域榔梨水文站資料，并用面降雨量進(jìn)行修正，分別推求出所需流量，進(jìn)行對比取值。具體推求見式（1），參照螺嶺橋站推求成果詳見表1，參照榔梨站資料推求成果詳見表2。

式中 Q求、Q參——推求斷面和參證斷面的流量；

F求、F參——推求斷面和參證斷面的集水面積；

P求、P參——推求斷面和參證斷面的面雨量；

N——面積指數(shù)，一般取值為2/3。

表1 采用螺嶺橋站資料推求羅漢莊斷面流量 m3/s

表2 采用榔梨站資料推求羅漢莊斷面流量 m3/s

1）Tennant 法（1/10 多年年平均流量法）

Tennant 法也叫蒙大拿法，屬于水文學(xué)計(jì)算法的一種，即將河流多年平均流量的10%～30%作為生態(tài)基流，由于不同的河流河道內(nèi)環(huán)境的生態(tài)功能有差異，因此必須根據(jù)實(shí)際情況選取合理的環(huán)境和生態(tài)目標(biāo)來確定流量百分比，本文依據(jù)2014 年《長沙市水資料保護(hù)規(guī)劃》選取10%作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)來推求，計(jì)算成果詳見表3 和表4。

表3 撈刀河最小生態(tài)流量成果表（螺嶺橋站類比法）

表4 撈刀河最小生態(tài)流量成果表（榔梨站類比法）

2）方法2（最枯月平均流量法）

最枯月平均流量法屬水文學(xué)計(jì)算法的一種，先根據(jù)控制斷面歷年的最枯平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算，再取P=90%最枯月平均流量作為最小生態(tài)流量。此法計(jì)算出來的生態(tài)基流在某種意義上維持了河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，更適合于生態(tài)環(huán)境需水要求。在計(jì)算河流納污能力方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。詳見圖2、圖3，計(jì)算成果詳見表3 和表4。

圖2 螺嶺橋站推求流量排頻成果

圖3 榔梨站推求流量排頻成果

3）方法3（最小瞬時(shí)流量法）

圖4 螺嶺橋站推求流量排頻成果

根據(jù)控制斷面歷年最小瞬時(shí)流量進(jìn)行頻率計(jì)算，取P=90%最小瞬時(shí)流量作為河段最小生態(tài)流量。詳見圖4、圖5，成果詳見表3 和表4。

圖5 榔梨站推求流量排頻成果

4）方法4（最近10 年最枯月平均流量法）

直接取控制斷面最近10 年最枯月平均流量作為河段最小生態(tài)流量，計(jì)算成果詳見表3 和表4。

5）方法5（美國7Q10 法）

7Q10 法屬于水文學(xué)計(jì)算法的一種，根據(jù)控制斷面歷年最枯連續(xù)7 天平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算，取P=90%最枯連續(xù)7 天平均流量作為河段最小生態(tài)流量。該法計(jì)算出來的生態(tài)基流能夠維持河道不發(fā)生斷流，但未考慮生物學(xué)因素。詳見圖6 和圖7，成果詳見表3 和表4。

圖6 螺嶺橋站推求流量排頻成果

圖7 榔梨站推求流量排頻成果

6 結(jié) 論

綜合此流域降雨和下墊面等情況，并依據(jù)2017 年生態(tài)補(bǔ)償實(shí)測流量值為6.18 m3/s 以及2014 年《長沙市水資源保護(hù)規(guī)劃》撈刀河羅漢莊站到河口生態(tài)基流為5.2 m3/s，認(rèn)為采用螺嶺橋站類比資料更符合撈刀河流域?qū)嶋H情況。按照“生態(tài)基流應(yīng)不小于90%保證率最枯月平均流量和多年平均天然徑流量的10%兩者之間的大值”規(guī)劃要求，本文撈刀河流域生態(tài)基流采用方法2 即最枯月平均流量法的計(jì)算成果。最終采用成果見表5。

表5 撈刀河流域最小生態(tài)流量成果表（采用值）

7 建 議

由于各流域水資源量及其時(shí)空分布不均，水資源開發(fā)利用的程度以及水環(huán)境狀況差異較大，生態(tài)基流一般需要分區(qū)域、采用不同的方法來進(jìn)行計(jì)算。北方河流的生態(tài)基流應(yīng)分汛期和非汛期分別進(jìn)行計(jì)算，南方河流應(yīng)盡量采用多種方法進(jìn)行計(jì)算。

河流的生態(tài)基流不僅與河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)，而且與流域的氣候、土壤、水文、地質(zhì)和其他諸多因素有關(guān)。水文學(xué)和水力學(xué)等計(jì)算方法在確定河流生態(tài)基流方面有一定的優(yōu)勢和可操作性，但仍然需要不斷的完善，并應(yīng)逐步深入開展生境模擬法和整體法的研究，最終解決生態(tài)基流的計(jì)算問題。