王樂(lè)文

(甘肅省天水水文站,甘肅 天水 741000)

1 項(xiàng)目背景

河流健康程度直接決定著河岸及周邊環(huán)境質(zhì)量,也與人類的健康息息相關(guān)。對(duì)河流健康狀況進(jìn)行評(píng)估,對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有很強(qiáng)的導(dǎo)向作用,也是河長(zhǎng)制實(shí)施以來(lái)的一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。隨著社會(huì)的進(jìn)步及人類生活水平的提高,河流生態(tài)成為人們最關(guān)心的話題之一[1]。在干旱半干旱區(qū)域,水量相對(duì)較少,對(duì)河流健康的關(guān)心則更為突出。在人類活動(dòng)的影響下,水循環(huán)及其伴生的水生態(tài)、水環(huán)境和水沙過(guò)程發(fā)生了深刻變化,水多、水少、水渾、水生態(tài)退化與水管理缺失并存,人水關(guān)系愈加復(fù)雜,原有的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和水文過(guò)程受到了一定程度的影響[2]。對(duì)河流健康程度進(jìn)行評(píng)估,可以為河流管理者提供必要的數(shù)據(jù)支持并發(fā)揮導(dǎo)向作用。

劉俊等[3]對(duì)陜西省渭河干流的河流健康程度作了評(píng)價(jià),由于渭河是大于50km長(zhǎng)度的河流,研究時(shí)將渭河干流劃分為10個(gè)評(píng)估河段,對(duì)渭河干流的流量過(guò)程變異程度、生態(tài)流量滿足程度等指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)估,但在研究時(shí)未分析水資源開(kāi)發(fā)利用率,而渭河水資源利用率較高,對(duì)水資源利用率指標(biāo)缺乏研究,將影響整個(gè)河流健康評(píng)價(jià)的最終結(jié)果;李爽[4]采用模糊綜合評(píng)價(jià)模型,選取5個(gè)指標(biāo)重新構(gòu)建了河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)等級(jí);寇利卿[5]深入研究了拒馬河健康程度,研究認(rèn)為,提高保證生態(tài)流量能力,修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境,加大河道整治力度,保證河道的暢通是確保河流健康的重中之重,成縣南河流域地處徽成盆地西北方向,流域內(nèi)人類活動(dòng)頻繁,是徽成盆地主要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域,因此,河流健康與否至關(guān)重要;杜斌[6]針對(duì)成縣南河流域的水污染開(kāi)展了調(diào)查及分析研究,但忽略了流量等的變異過(guò)程;張兆新等[7]針對(duì)南河的徑流等開(kāi)展了研究,結(jié)果表明:南河流域降雨和徑流年內(nèi)分配不均、徑流量年際變化大。歷史文獻(xiàn)中,無(wú)論是針對(duì)河流健康評(píng)估還是成縣南河流域的水文完整性的評(píng)估均少之又少。按照《河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)的要求,河流健康評(píng)估“水”準(zhǔn)則層分為兩個(gè)亞準(zhǔn)則層,分別是“水文完整性”和“化學(xué)完整性”[8]。水文完整性分為“水資源開(kāi)發(fā)利用率”“生態(tài)流量滿足程度”兩個(gè)基本指標(biāo)和“流量過(guò)程變異程度”一個(gè)備選指標(biāo),本文在評(píng)估時(shí),選取水文完整性的兩個(gè)基本指標(biāo)和“流量過(guò)程變異程度”這個(gè)備選指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)論可為河流管理者提供數(shù)據(jù)支持,在南河河流治理方面也將起到一定的導(dǎo)向作用,對(duì)流域內(nèi)水資源開(kāi)發(fā)利用、水生態(tài)修復(fù)具有深遠(yuǎn)意義。

2 區(qū)域概況

成縣南河[9]流域?qū)匍L(zhǎng)江流域嘉陵江水系,發(fā)源于隴南市成縣與西和縣交界的海酒山,源頭屬高山峽谷原始森林區(qū),源頭海拔2500m,河流全長(zhǎng)48km,流域面積399.9km2,占長(zhǎng)豐河流域總面積的34%,是長(zhǎng)豐河的最大支流。其流域面積占成縣總面積的24%。南河流域全部在成縣境內(nèi),年徑流在100萬(wàn)m3以上的支流有5條,主要為棋盤河、小川河等。多年平均年徑流量0.82億m3,流量為2.6m3/s。南河徑流年際變化大,流域內(nèi)降水量和徑流年內(nèi)分配不均勻,也有暴雨、洪水、泥石流,泥石流一般在雨后12h左右形成。流域內(nèi)植被覆蓋率高,水質(zhì)較好,含沙量小。中游植被較上游略有減少,區(qū)間內(nèi)分布有二郎鄉(xiāng)、陳院鎮(zhèn);下游屬人類活動(dòng)密集區(qū),分布有拋沙鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、支流豐泉河上游小川鎮(zhèn);河床縱坡14‰以上,上游狹陡,下游流經(jīng)拋沙鎮(zhèn)及成縣縣城,附近河床有砂質(zhì)堆積。

3 資料及研究方法

3.1 水資源開(kāi)發(fā)利用率

水資源開(kāi)發(fā)利用率是指開(kāi)發(fā)利用水量與區(qū)域水資源總量之比,用以反映水資源利用的程度與水平。水資源開(kāi)發(fā)利用率反映了社會(huì)活動(dòng)對(duì)水量的影響,以及流域的開(kāi)發(fā)程度。計(jì)算公式為

式中:WRUI為水資源開(kāi)發(fā)利用率,%;WS為取水量,萬(wàn)m3;WR為水資源總量,萬(wàn)m3。

成縣南河處于長(zhǎng)江流域嘉陵江水系,屬南方區(qū),賦分時(shí)按照南方區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)賦分。水資源開(kāi)發(fā)利用率評(píng)估賦分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 水資源開(kāi)發(fā)利用率評(píng)估賦分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 流量過(guò)程變異程度

流量過(guò)程變異程度是指河流評(píng)估基準(zhǔn)年實(shí)測(cè)月徑流過(guò)程與天然月徑流過(guò)程的差異,由基準(zhǔn)年逐月實(shí)測(cè)徑流量與天然月徑流量的平均偏離程度表達(dá)。計(jì)算公式見(jiàn)式(1)、式(2),賦分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 流量過(guò)程變異程度指標(biāo)評(píng)估賦分標(biāo)準(zhǔn)

(1)

(2)

3.3 生態(tài)流量滿足程度

生態(tài)流量是指河流在自然狀態(tài)下,為維持河流生態(tài)環(huán)境所需的最基本的水量,常用的計(jì)算方法有Tennant法、90%保證率法、近10年最枯月流量法、流量歷時(shí)曲線法、濕周法等。其賦分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 河流生態(tài)用水滿足程度評(píng)估賦分標(biāo)準(zhǔn)

4 水文完整性指標(biāo)計(jì)算及賦分

成縣水資源總量為12.76億m3,其中自產(chǎn)水資源量為3.31億m3。南河曾設(shè)有南河橋水文站,測(cè)站以上集水面積為375km2,僅有1985—1990年共6年的水文實(shí)測(cè)資料,不具有代表性。南河入河口下游1.1km的長(zhǎng)豐河上設(shè)有成縣水文站,測(cè)站以上集水面積為1502km2,至2021年已有連續(xù)63年的水文實(shí)測(cè)資料,成縣站多年平均年徑流量為2.631億m3,汛期5—10月徑流量約占年徑流量的77.1%,枯期12月至次年3月徑流量約占年徑流量的12.9%。本次徑流分析計(jì)算依據(jù)成縣水文站的實(shí)測(cè)資料,采用水文比擬法、徑流深等值線法[10]推算南河的徑流量。水文比擬法計(jì)算公式為

(3)

式中:W評(píng)估河段為南河徑流量,萬(wàn)m3;W成縣為成縣水文站徑流量,萬(wàn)m3;F評(píng)估河段為斷面集水面積,km2;F成縣為成縣水文站控制面積,km2;α為徑流量修正系數(shù),取α=1.00。

徑流深等值線法通過(guò)查水文圖集得出數(shù)據(jù),計(jì)算徑流量。通過(guò)兩種不同方法計(jì)算南河多年平均徑流量,結(jié)果分別為:水文比擬法為0.7005億m3,徑流深等值線法為0.7998億m3,兩種計(jì)算方法結(jié)果相差993萬(wàn)m3。2021年成縣水文站及南河各評(píng)估河段月徑流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2021年成縣水文站月徑流量成果 單位:萬(wàn)m3

利用水文比擬法計(jì)算分析范圍內(nèi)各評(píng)估河段的實(shí)測(cè)月徑流量,見(jiàn)表5。點(diǎn)繪磨壩村斷面、東郊村斷面、成縣站斷面的逐月流量過(guò)程進(jìn)行對(duì)比,見(jiàn)圖1,可以看出流量過(guò)程基本一致,說(shuō)明本次計(jì)算流量基本可靠。

圖1 評(píng)估斷面與成縣站逐月流量過(guò)程對(duì)比

表5 2021年南河各評(píng)估河段月徑流量成果 單位:萬(wàn)m3

兩種計(jì)算方法基本原理相同,都是以成縣水文站資料為基礎(chǔ)。水文比擬法以成縣站1959—2021年水文實(shí)測(cè)資料為依據(jù),計(jì)算結(jié)果可反映出近年來(lái)徑流的變化情況,較真實(shí)可靠;徑流深等值線法成果是20世紀(jì)80年代依據(jù)現(xiàn)有水文測(cè)站的徑流資料,通過(guò)分析計(jì)算得出的大區(qū)域內(nèi)的徑流情況,有水文站點(diǎn)少、系列資料短的缺點(diǎn),因此采用水文比擬法的計(jì)算結(jié)果更為可靠。

4.1 水資源開(kāi)發(fā)利用率

根據(jù)成縣城市總體規(guī)劃綱要(2008—2025年),中心城區(qū)包括城關(guān)鎮(zhèn)、拋沙鎮(zhèn)及陳院鎮(zhèn),至遠(yuǎn)期2025年人口要達(dá)到22萬(wàn),建設(shè)用地面積22km2,將建成城南、河?xùn)|、拋沙3座水廠,城市供水總規(guī)模達(dá)6.5萬(wàn)m3/d。

城區(qū)原供水主要以城南孫家壩3眼機(jī)井為水源,由成縣供排水公司負(fù)責(zé)向東河以西老城區(qū)供水,日最大供水量約為6580m3,另一處供水工程以高峰水庫(kù)作為補(bǔ)充水源,主要承擔(dān)東河以東的新城區(qū)的供水任務(wù),供水能力不足2000m3/d。2019年7月成縣城區(qū)供水磨壩峽水源(水庫(kù))工程建成后,成縣城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)均由磨壩峽水庫(kù)統(tǒng)一供水,原供水水源停供,作為備用水源。根據(jù)磨壩峽水庫(kù)管理所提供的供水量資料,確定近2年年平均供水量為900萬(wàn)m3,表明開(kāi)發(fā)的南河流域水資源主要用于城區(qū)供水,南河水資源利用率為12.8%。

南河為河源溪流,磨壩峽以上為水源保護(hù)區(qū),沿線多為海拔較高的山地地帶,流域開(kāi)發(fā)利用程度低,通過(guò)計(jì)算得出,南河水資源開(kāi)發(fā)利用率指標(biāo)值賦分為100分。

4.2 流量過(guò)程變異程度

流量過(guò)程變異程度研究分為兩個(gè)河段進(jìn)行,分別是磨壩村以上河段、東郊村以上河段。磨壩村以上河段開(kāi)發(fā)利用程度較低,區(qū)域內(nèi)無(wú)工業(yè)用水,只有二郎鄉(xiāng)全部及陳院鎮(zhèn)極少部分居民生活用水,而且在人口聚集的村鎮(zhèn)采用地下水集中供水,只有極少部分散居戶引用山泉水,對(duì)天然徑流總量及分配過(guò)程影響較小,評(píng)估基準(zhǔn)年流量過(guò)程變異程度在0.05以內(nèi),因此流量過(guò)程變異程度指標(biāo)賦分為100分;南河下游東郊村河段為成縣城區(qū),區(qū)域內(nèi)人口、工商業(yè)戶眾多,用水需求量大,全部由磨壩峽水庫(kù)供給,對(duì)天然徑流總量及分配過(guò)程影響較大,評(píng)估基準(zhǔn)年流量過(guò)程變異程度為0.43,按照線性插值法計(jì)算流量過(guò)程變異程度指標(biāo)賦分為47.3分。磨壩村以上河段長(zhǎng)36.2km,東郊村以上河段長(zhǎng)11.8km,占比分別為0.75和0.25,以河長(zhǎng)占比為權(quán)重,計(jì)算得南河流量過(guò)程變異程度指標(biāo)綜合賦分為86.8分。

4.3 生態(tài)流量滿足程度

分別計(jì)算南河4—9月及10月至次年3月最小日均流量占相應(yīng)時(shí)段多年平均流量的百分比。經(jīng)統(tǒng)計(jì),成縣水文站多年平均流量為8.33m3/s;2021年4—9月最小日平均流量為2.31m3/s,2021年10月至2022年3月最小日平均流量為2.31m3/s。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出南河各評(píng)估河段流量,見(jiàn)表6。

表6 南河2021年各評(píng)估河段流量計(jì)算

根據(jù)兩個(gè)評(píng)估河段多年平均流量、各評(píng)估河段2021年10月至2022年3月最小日均流量、4—9月最小日均流量,進(jìn)行賦分,生態(tài)流量保障程度指標(biāo)最終賦分見(jiàn)表7和表8。

表7 磨壩村段生態(tài)用水滿足程度指標(biāo)賦分計(jì)算

表8 東郊村段生態(tài)用水滿足程度指標(biāo)賦分計(jì)算

根據(jù)兩個(gè)評(píng)估河段生態(tài)用水滿足程度指標(biāo)賦分值,得到南河生態(tài)流量用水滿足程度指標(biāo)EFr值為80分。按照《河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則》(SL/Z 479—2010)[11],河流生態(tài)需水可采用流量歷時(shí)曲線法計(jì)算,采用30年以上的系列流量資料,構(gòu)建各月流量歷時(shí)曲線,將90%或95%頻率對(duì)應(yīng)的流量作為生態(tài)流量。選取成縣水文站1959—2021年歷年最枯月平均流量進(jìn)行頻率計(jì)算,得出成縣站多年最枯月平均流量為1.89m3/s,查《甘肅省水文圖集》Cv=0.5,Cs/Cv=2.5,90%保證率時(shí)Kp=0.47,則保證率流量為0.89m3/s,根據(jù)水文比擬法計(jì)算,得出南河生態(tài)需水量為0.24m3/s,為南河多年平均流量的10.8%,與山區(qū)性河流特性相吻合。由此可見(jiàn),南河生態(tài)流量用水滿足程度指標(biāo)賦分較為合理。

5 南河“水文完整性”賦分及健康評(píng)估

水文完整性亞準(zhǔn)則層分值根據(jù)水資源開(kāi)發(fā)利用率、流量過(guò)程變異程度、生態(tài)流量滿足程度等3個(gè)指標(biāo)分值和權(quán)重綜合計(jì)算,得分為89.4分,見(jiàn)表9。

表9 南河水文完整性亞準(zhǔn)則層賦分

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

本文通過(guò)南河“水文完整性”亞準(zhǔn)則層中水資源開(kāi)發(fā)利用率、生態(tài)流量滿足程度和流量過(guò)程變異程度計(jì)算,結(jié)合現(xiàn)有資料的收集調(diào)研,按照《河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)的要求,采用分級(jí)指標(biāo)評(píng)分法,逐級(jí)加權(quán),對(duì)成縣南河流域水文完整性進(jìn)行了深入的研究,主要得出以下結(jié)論:水資源開(kāi)發(fā)利用率為12.8%,賦分100分;生態(tài)流量滿足程度賦分為80分;流量過(guò)程變異程度賦分86.8分。三項(xiàng)指標(biāo)按照權(quán)重計(jì)算,最終得到南河河流“水文完整性”亞準(zhǔn)則層健康指數(shù)為89.4分。

對(duì)比河湖健康評(píng)估分級(jí)表,確定南河水文完整性健康評(píng)估結(jié)論為:南河河流“水文完整性”亞準(zhǔn)則層為健康狀態(tài),水資源開(kāi)發(fā)利用率低,流量變異程度小,生態(tài)流量滿足保障較好。

6.2 建議

建議促進(jìn)南河流域治理體系和治理能力現(xiàn)代化,持續(xù)改善南河河流面貌,大力推進(jìn)南河流域綜合治理,強(qiáng)化各級(jí)政府在河湖規(guī)劃管理和水資源統(tǒng)一調(diào)度、管理和綜合執(zhí)法等方面的職能。成縣南河水文完整性評(píng)估結(jié)果為健康,需要通過(guò)小流域綜合管理,尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的理念,處理好河湖管理保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用的關(guān)系,強(qiáng)化規(guī)劃約束,促進(jìn)河流休養(yǎng)生息、維護(hù)河流生態(tài)功能,逐步提高南河流域水文完整性健康水平。