遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量研究

金云杰

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

?

遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量研究

金云杰

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

文章從遼寧省大凌河流域目前存在的主要生態(tài)環(huán)境問題入手展開分析，分別通過對(duì)遼寧省大凌河河道各水資源分區(qū)的河道生態(tài)需水量和各區(qū)的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算，在此基礎(chǔ)上提出了基于偏枯年水文數(shù)據(jù)對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)基流量、自凈需水和輸沙需水等生態(tài)需水量進(jìn)行估算的方法。該估算方法在一定程度上有效彌補(bǔ)了以往遼寧省大凌河河道在態(tài)環(huán)境分析及生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算過程中采用的枯水季最小流量法和Tennant 法在計(jì)算結(jié)果方面存在誤差的不足。

遼寧省；大凌河；河道生態(tài)；環(huán)境需水量

大凌河作為我國遼寧省西部地區(qū)最大的河流，近年來隨著環(huán)境污染和破壞程度不斷加劇，區(qū)域水資源供、需矛盾日益突出。

因此，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題和社會(huì)問題。在傳統(tǒng)的河道生態(tài)及環(huán)境需水量分析、估算過程中，一般采用Tennant法和最小月實(shí)測(cè)徑流量法及RVA和枯水季節(jié)最小流量法等水文學(xué)分析方法進(jìn)行估算分析，不僅計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，且估算速度較快及簡(jiǎn)便，但是在分析過程中數(shù)據(jù)指標(biāo)較多，因此計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差，因此本文主要采用研究區(qū)偏枯年歷史水文數(shù)據(jù)，對(duì)大凌河河道各水資源分區(qū)的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算分析[1]。

1 遼寧省大凌河河道基本區(qū)域概況

遼寧省大凌河流域基本地理坐標(biāo)為E118°46′—121°50′、N40°28′—42°38′，流域面積和長(zhǎng)度分別為23837 km2和435km。其中，遼寧省大凌河流域主要包括葫蘆島市以及朝陽市和錦州市及阜新市等幾個(gè)主要市區(qū)，除此之外其還與內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰及通遼、河北省的承德等地區(qū)相靠近[2]。具體區(qū)域地理位置劃分如圖1所示。

圖1 遼寧省大凌河河道基本區(qū)域概況圖

從氣候特征來看，遼寧省大凌河流域?qū)儆诒睖貛Ъ撅L(fēng)氣候，冬、春季節(jié)干燥少雨而夏、秋季節(jié)多雨。該區(qū)域全年平均降雨量為400mm，主要降雨過程集中于每年的夏季與秋季，這一時(shí)期的降雨量占全年降雨量的比例為80%。因此，降雨量較為豐富，常年平均地表水資源總量為18.41×108m3。但是，由于該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度較快，使大凌河流域成為遼寧省工業(yè)以及農(nóng)業(yè)和生活用水的主要供水水源地之一。另外，由于近年來工業(yè)化的發(fā)展，導(dǎo)致污染物排放量嚴(yán)重超標(biāo)，由此使大凌河流域地表水與地下水資源受到污染[3]。據(jù)2015年相關(guān)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，遼寧省大凌河流域全年COD污染物排放量達(dá)到60多萬t，多數(shù)水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。因此，水質(zhì)惡化的同時(shí)，大凌河河道徑流量逐漸減小，引發(fā)了嚴(yán)重的海水入侵和河口濕地退化問題。

2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算方法

通過上述區(qū)域背景資料可知，遼寧省大凌河流域面積較大，且不同河段的水質(zhì)差異較大。因此，不同區(qū)域生態(tài)及環(huán)境需水量也存在很大差異[4]。所以，在對(duì)該流域的河道生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于水流的流動(dòng)性特征會(huì)導(dǎo)致大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算存在很大差異。因此，本文在采用分區(qū)生態(tài)需水量計(jì)算方法對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先需確定大凌河流域分區(qū)方案，在具體方案確定過程中需遵循一定的技術(shù)原則：

1)確保大凌河河道內(nèi)河流體系具有完整性；

2)防止對(duì)河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行重復(fù)計(jì)算；

3)在不同流域分區(qū)內(nèi)，應(yīng)建設(shè)必要的水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，從而通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，獲取大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量估算資料。

其次，在上述流域分區(qū)基礎(chǔ)上，確定大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量的具體計(jì)算方法。一般河道生態(tài)需水量主要是指能夠維持大凌河發(fā)揮生態(tài)效益所要消耗的總水量。比如，大凌河為生物提供棲息地及在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)凈化以及保持河道正常徑流量等過程所需要消耗的總水量。在實(shí)際計(jì)算過程中，要結(jié)合大凌河河道不同的生態(tài)環(huán)境功能，將大凌河河道生態(tài)需水量分為自凈水流及生態(tài)水流和輸沙需水等[5]。在對(duì)大凌河河道生態(tài)基流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，本文為了保證河道中徑流量有效供給，采用如下方法對(duì)不同河道生態(tài)基流量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算：①結(jié)合大凌河河道年徑流量歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算不同水資源保證率條件下的河道徑流量；②在河道水資源保證率為75%的條件下，選取偏枯年的年徑流量總量作為研究區(qū)內(nèi)的推薦流量；③結(jié)合該大凌河河道多年歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中枯水季以及汛期的河道徑流量比例，對(duì)不同時(shí)期河道的實(shí)際生態(tài)需水量進(jìn)行科學(xué)分配。

在對(duì)大凌河流域內(nèi)的自凈需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要采用河道水資源保證率為75%的偏枯年枯水季歷史徑流量數(shù)據(jù)，對(duì)大凌河河道水質(zhì)自凈需水量進(jìn)行計(jì)算[6]。另外，大凌河流域在豐水期的輸沙水量占該流域全年用水量的比例為96%-99%，而在枯水期輸沙水量可以忽略不計(jì)。因此，本文在對(duì)大凌河流域河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只計(jì)算豐水期的河道輸沙水量，具體計(jì)算公式如下：

WS=St/C

(1)

公式：WS為大凌河流域河道輸沙需水量，108m3；St為大凌河流域河道偏枯年豐水季最大輸沙量(t)；C為大凌河流域河道偏枯年豐水季含沙量平均值，t/m3。

再者需科學(xué)確定大凌河河道基本生態(tài)需水量。

本文在對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，為了避免對(duì)生態(tài)需水量、輸沙水量和部分水生生物生存用水量等3個(gè)用水指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，將主要基于“最大值”原則，對(duì)大凌河河道生態(tài)及環(huán)境實(shí)際需水量進(jìn)行估算[7]。

此外，本文在對(duì)遼寧省大凌河河道分區(qū)需水量進(jìn)行確定時(shí)，主要采用生態(tài)需水量計(jì)算方法，進(jìn)一步確定河道分區(qū)需水量[8]。

3 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算分析

在對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，本文主要基于上述分區(qū)原則，對(duì)大凌河流域內(nèi)的水資源進(jìn)行科學(xué)分區(qū)，如圖2所示，本文結(jié)合遼寧大凌河流域?qū)嶋H特點(diǎn)，由上游至下游將河道劃分為A、B、C、D四個(gè)不同的功能分區(qū)，其中在4個(gè)主要功能分區(qū)內(nèi)又劃分了多個(gè)不同的小分區(qū)。

圖2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及

具體分區(qū)結(jié)果如表1數(shù)據(jù)所示：

表1 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算功能分區(qū)資料表

結(jié)合表1中遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量計(jì)算功能分區(qū)資料，可利用各水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多年的河道徑流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)不同支流與干流內(nèi)的河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行科學(xué)估算，如下表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量：

表2 遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量表

從上述生態(tài)需水量估算結(jié)果來看，大凌河流域主要河道A區(qū)域生態(tài)及環(huán)境多年平均徑流總量不足。其中，2004-2015年A1區(qū)域和A2區(qū)域多年平均徑流總量分別為1.46×108m3和1.29×108m3。因此，從上述4個(gè)不同區(qū)域多年平均徑流總量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，按照從大到小的順序排列，分別為D區(qū)域>C區(qū)域>B區(qū)域>A區(qū)域，而通過大凌河河道枯水季、豐水季、全年生態(tài)及環(huán)境需水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，B區(qū)域需水量最大，而D區(qū)域需水量次之，C區(qū)域與A區(qū)域生態(tài)及環(huán)境需水量最少。

但是，由于不同區(qū)域水文數(shù)據(jù)處于持續(xù)動(dòng)態(tài)變化過程中。因此，在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)時(shí)，大凌河各河道實(shí)際生態(tài)需水量可能大于估算值；另外，從總體需水量數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果來看，上述4個(gè)不同區(qū)域的總體需水量均為正值，則由此表明，大凌河河道生態(tài)及環(huán)境實(shí)際來水量無法滿足該河道實(shí)際生態(tài)需水量要求。需要各河道提供一定的補(bǔ)充水量，才能滿足當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)用水需求[9]。

所以，遼寧省大凌河河道在總用水需求不斷增大的情況下，可能會(huì)引發(fā)越來越突出的水資源供、需矛盾。故遼寧省相關(guān)水利部門及環(huán)保部門，應(yīng)該聯(lián)合加強(qiáng)對(duì)大凌河流域內(nèi)各河道處的歷史水文數(shù)據(jù)和氣象資料進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。通過數(shù)據(jù)分析及生態(tài)需水量估算，興建大型的水利工程設(shè)施，從而提高區(qū)域水資源綜合利用效率[10]。

4 結(jié) 語

綜上所述，水資源是區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要資源。在此背景下，基于Tennant法對(duì)遼寧省大凌河不同河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行估算研究，主要以河道歷史徑流量作為數(shù)據(jù)計(jì)算參考依據(jù)。因此，通過平均流量對(duì)河道不同月份的河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)一定的誤差；而RVA法在國外發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較多，但其在對(duì)河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算時(shí)，會(huì)涉及很多參數(shù)和指標(biāo)，因此計(jì)算過程較為復(fù)雜。因此，基于上述優(yōu)、缺點(diǎn)，本文重點(diǎn)綜合采用了水資源保證率為75%的偏枯年歷史水文數(shù)據(jù)，對(duì)遼寧省大凌河河道生態(tài)及環(huán)境需水量進(jìn)行科學(xué)估算分析，以期為當(dāng)?shù)厮Y源合理優(yōu)化、配置和水資源保護(hù)提供重要參考。但此種估算方法由于數(shù)據(jù)樣本有限，因此只能作為該研究區(qū)河道生態(tài)及環(huán)境需水量分析配置依據(jù)，相關(guān)不足需在今后研究實(shí)踐中繼續(xù)不斷完善與拓展。

[1]董婷婷.遼寧省市際以上界河信息調(diào)查與成果分析[J].中國水能及電氣化,2016(05):30-32.

[2]雍斌，朱磊，任立良，等.人類活動(dòng)對(duì)老哈河流域近50年徑流變化影響的定量評(píng)估[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014(02)：101-106.

[3]劉鑫.大凌河流域徑流演變規(guī)律分析[J].水土保持研究,2015，22(02)，165-170.

[4]徐飛.沈陽地區(qū)水資源短缺原因分析及對(duì)策研究[J].水資源開發(fā)與管理，2015(01)：24-26.

[5]潘扎榮,阮曉紅.淮河流域河道內(nèi)生態(tài)需水保障程度時(shí)空特征解析[J].水利學(xué)報(bào),2015，46(03)：280-290.

[6]閆曉惠，陳新，張博威.模糊邏輯在水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用探析[J].科技展望,2015(23)：76.

[7]郝璐，王靜愛，高路，等.老哈河流域近 40 年徑流變化趨勢(shì)分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版,2008，44(06)，629-634.

[8]鐘子琳，付楊，于海洋.大伙房水庫社河入庫口濕地保護(hù)對(duì)策研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2014(01)：48-49.

[9]胡波，鄭艷霞，翟紅娟，等.生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量計(jì)算研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2015，32(03)：99-106.

[10]田冰.河北省自然濕地生態(tài)需水量分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007(02)：34-36.

1007-7596(2017)02-0029-03

2017-02-16

金云杰(1984-)，男，遼寧葫蘆島人，工程師，從事水文水資源勘測(cè)、整編、管理工作。

X171.1

B