河流生態(tài)基流的計算方法及其適用性分析

孟慧穎

吉林省水文水資源局吉林分局， 吉林吉林 132013

1 概述

河流生態(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)基本功能正常運轉的最小流量。在此流量下，河道可以保證不斷流，水生生物群落能夠避免受到不可恢復性的破壞。

生態(tài)基流與河流生態(tài)系統(tǒng)的演進過程以及水生生物的生活史密切相關，而水生生物的生長又受水量、水溫等因素的制約，故在不同的時期，生態(tài)基流并非固定值，按照河流水文特性，生態(tài)基流一般有汛期和非汛期之分。

生態(tài)基流不足，通常會造成河流納污能力和稀釋自凈能力降低、地下水位下降、水土流失、水生生物棲息地環(huán)境惡化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此，生態(tài)基流對于維持河流生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)平衡、保持流域的整體性和連續(xù)性等特征具有重要的意義。

2 生態(tài)基流的幾種計算方法及其適用性分析

生態(tài)基流的計算方法較多，一般可分為四大類，即水文學法、水力學法、生境模擬法和整體法，其中水文學法和水力學法比較常用。

2.1 Tennant 法

Tennant 法屬于水文學計算法的一種，即將河流多年平均流量的10%～30%作為生態(tài)基流，該法適用于流量比較大且水文資料系列較長的河流。

由于不同的河流河道內(nèi)環(huán)境和生態(tài)功能有差異，同一河流的不同河段也有區(qū)別，因此必須根據(jù)實際情況選取合理的環(huán)境和生態(tài)目標來確定流量百分比，這個百分比非常關鍵。

Tennant 法計算步驟簡單，可以快速確定數(shù)值，但是沒有考慮河流的寬度、水深、流速以及形狀等水文參數(shù)，沒有區(qū)分標準年、枯水年和豐水年之間的差異，忽略了水生生物對環(huán)境的需求，對于流量較小的河流，該法的使用具有一定的局限性。

2.2 流量歷時曲線法

流量歷時曲線法屬于水文學計算法的一種，該法是將20年以上的水文觀測資料進行整理和統(tǒng)計分析，通過逐月流量歷時曲線，以90%保證率下的流量作為生態(tài)基流，該法適用于水文資料系列達到20 年以上的河流。

流量歷時曲線法同樣具有簡單快速的優(yōu)點，由于使用了逐月流量歷史曲線中的某個頻率來確定生態(tài)基流，其靈活性亦更強，可以按照河流水生生物的實際需求確定流量大小，同時也考慮了各月流量間的變化和差異，適用性較強。唯一制約該法的因素是，目前對不同時期水生生物需水量方面的研究較少，因此在具體的頻率設定過程中可供參考的成果不多。

2.3 保證率法

保證率法屬水文學計算法的一種，一般采用90%保證率下最枯月平均流量作為生態(tài)基流。

保證率法比較適合水量較小，同時開發(fā)利用程度較高的河流，要求有較長序列（一般不低于20 年）的水文觀測資料。保證率法計算出來的生態(tài)基流在某種意義上維持了河流水質(zhì)標準，更適合于生態(tài)環(huán)境需水要求。但保證率法是基于流量基礎之上的一種方法，對水生生態(tài)學方面的因素考慮較少。

2.4 最枯月流量法

最枯月流量法屬水文學計算法的一種，通常采用最近10年最枯月平均流量作為生態(tài)基流。

最枯月平均流量法需要的水文觀測資料系列較短，其適用范圍和局限性與保證率法基本一致，在計算河流納污能力方面有獨特的優(yōu)勢。

2.5 7Q10 法

7Q10 法屬水文學計算法的一種，即將90%保證率下，連續(xù)最枯7 天的平均流量作為生態(tài)基流。

7Q10 法同樣適合水量較小，同時開發(fā)利用程度較高的河流，要求有較長序列（一般不低于20 年）的水文觀測資料。該法計算出來的生態(tài)基流能夠維持河道不發(fā)生斷流，但同樣未考慮生物學因素，通常用于考量水環(huán)境容量。

2.6 濕周法

濕周法屬于水力學法的一種，即利用河流的濕周作為水生生物棲息地質(zhì)量指標來估算河流的生態(tài)基流。該法遵循的原理是以保護臨界區(qū)域水生生物棲息地的濕周來維持臨界區(qū)域以下水生生物棲息地的穩(wěn)定。

濕周法一般根據(jù)河流濕周～流量關系圖上的拐點來確定生態(tài)基流。當拐點不明顯時，以某個濕周率（通常取50%）對應的流量作為生態(tài)基流。

濕周受河道形狀的影響比較大，比較適用于寬淺矩形渠道和拋物線形河道等河床形狀穩(wěn)定的河流，不適合于三角形河道，因三角形河道的濕周～流量關系曲線的拐點不明顯，難以進行判斷。

3 生態(tài)基流計算應注意的問題

由于各流域水資源量及其時空分布不均、水資源開發(fā)利用程度以及水環(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行計算。

北方河流的生態(tài)基流應分為汛期和非汛期兩個水期分別進行計算，在條件允許的情況下，盡量采用多種方法，一般情況下，非汛期生態(tài)基流不可低于多年平均天然凈流量的10%，汛期生態(tài)基流應達到多年平均天然凈流量的20%～30%為宜。

南方河流亦應盡量采用多種方法進行計算，并取其外包線作為生態(tài)基流。通常情況下，生態(tài)基流不應小于90%保證率下最枯月平均流量。如果采用Tennant 法，生態(tài)基流應達到多年平均徑流量的20%～30%以上。

在區(qū)域經(jīng)濟不受較大損害的前提下，應選擇最大的計算結果作為生態(tài)基流，非汛期生態(tài)基流必須能滿足水功能區(qū)達標對流量的需求。

4 結論

河流的生態(tài)基流不僅與河流生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能有關，而且與流域的氣候、土壤、水文、地質(zhì)和其他諸多因素有關。現(xiàn)階段要進行深入的河流生態(tài)基流研究還存在各種困難，主要限制于各種生物資料的獲取，水文學和水力學兩大類計算方法在確定河流生態(tài)基流方面雖然具有一定的優(yōu)勢和可操作性，但仍需不斷完善，并應逐步深入開展生境模擬法和整體法的研究，以最終完美解決生態(tài)基流的計算問題。

[1]李瑞，單媛媛，于潔.河流生態(tài)基流及其計算方法研究.中國水利水電市場，2012，3.

[2]朱黨生，等.河流開發(fā)與流域生態(tài)安全.中國水利水電出版社，2012，11.