嘉陵江南充段青居電站建站前后河道內(nèi)生態(tài)需水量估算

魏曉涵

摘 要：為了合理優(yōu)化配置水資源，對嘉陵江南充段青居電站建站前、后河道生態(tài)需水量進(jìn)行估算，從而觀察建站前、后河道內(nèi)生態(tài)需水量的變化。本文綜合考慮非汛期河流最小生態(tài)基流量和汛期河道內(nèi)最大輸沙用水量。結(jié)果表明，建站后較建站前非汛期河流最小生態(tài)基流量增加，汛期河流最大輸沙用水量減少。嘉陵江南充段青居電站所控制的河道范圍生態(tài)需水量非汛期河流最小生態(tài)基流量為64.75億m3，汛期最大輸沙量為95.46億 m3。

關(guān)鍵詞：生態(tài)需水量估算;青居電站;嘉陵江

1引言

我國水資源時空分布與生產(chǎn)力布局不相適應(yīng)， 年內(nèi)年際分布不均，地區(qū)間存在著很大的用水競爭，水資源開發(fā)利用方式等問題尤其突出，也導(dǎo)致了很多生態(tài)環(huán)境問題。為了實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用，修建水電站具有發(fā)電、防洪、灌溉、利于航運(yùn)、改善水土流失等多項(xiàng)好處。研究人員也在密切關(guān)注河流生態(tài)的最小需水量，根據(jù)河道內(nèi)生態(tài)需水的估算，來觀察修建電站前、后需水量的變化情況。

嘉陵江南充段干流有9個中型梯級開發(fā)電站，本文以青居電站為例， 通過計(jì)算嘉陵江南充段青居電站梯級開發(fā)前后汛期和非汛期兩個時期的河道內(nèi)的最小生態(tài)需水量來觀察需水量的變化情況。河道內(nèi)生態(tài)需水量的估算為南充段優(yōu)化配置水資源提供基礎(chǔ)，對促進(jìn)南充市水能資源開發(fā)、管理將發(fā)揮積極作用。

2流域概況

嘉陵江為長江上游左岸的一級支流，干流發(fā)源于陜西省鳳縣東北的秦嶺南麓，干流全長1120km，流域面積為159800km2，整個流域位于東經(jīng)102°31′～109°29′，北緯29°40′～34°30′之間。南充市河流分屬嘉陵江及渠江支流，在兩大流域河流上共有中、小型水電站103座，其中嘉陵江干流建有9座中型梯級電站，青居電站位于南充市下游約17km 處的青居街，壩址以上干流河長815km，控制集雨面積76753km2，利用河彎約18km，河段比降約為0.32‰。

3河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的估算方法

河流生態(tài)環(huán)境需水量包括河道內(nèi)生態(tài)需水量和河道外生態(tài)需水量[1]。本文討論河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的變化，包括河流生態(tài)基流量、輸沙用水量、河流水面蒸發(fā)量、河道滲漏用水量、入海需水量以及水上娛樂環(huán)境需水量等。

3.1河流生態(tài)基流量

河流生態(tài)基流量是維持水生生物生存以及滿足河道不斷流、不萎縮的最小需水量。本文采用河流基本生態(tài)環(huán)境需水量法[2] ，計(jì)算非汛期保證河流生態(tài)平衡的最小需水量，計(jì)算公式為：

（1） 式中，Wb為河流生態(tài)基流量（108m3）;T 為換算系數(shù)， 其值取為31.536×106S;n 為統(tǒng)計(jì)年數(shù);Qij表示第 i 年第j 個月的月均流量（m3/s）。

3.2輸沙用水量

本文通過計(jì)算汛期多年月平均的輸沙用水量表示河道內(nèi)汛期的最小生態(tài)需水量，來滿足泥沙的正常運(yùn)輸，以免發(fā)生航道堵塞，計(jì)算公式為[3]：

（2） 式中，Ws 為輸沙用水量（108m3）;n 為統(tǒng)計(jì)年數(shù);St 為多年平均輸沙量（104t）;Cij 表示第 i 年第 j 個月的月平均含沙量（kg/m3）。

3.3???? 河流面蒸發(fā)量

河流的水面蒸發(fā)是河流水量消耗的重要因素之一，研究者通常采用水量平衡法估算河流的水面蒸發(fā)量，計(jì)算公式為：

E=P-R???? （3）

WE 總 =E×B×V??? （4）

式中，E 為多年平均水面蒸發(fā)量（mm）;P 為多年平均降水量（mm）;R 為多年平均徑流深（mm）;We 總為多年平均河流水面蒸發(fā)量（m3）;B 為河寬平均值（m）;V 為月平均流速（m3/s）。

由于河流的生態(tài)基流量計(jì)算的是非汛期水面蒸發(fā)、河道滲漏后保持河道水量平衡、水生生物生存、水體自凈的最小需水量，所以本文不再重復(fù)的計(jì)算河道水面蒸發(fā)量。

3.4???? 入海需水量、和水上娛樂環(huán)境需水量嘉陵江南充段所處的位置為長江上游的支流，影響相對較小，且回補(bǔ)地下水位的生態(tài)需水量有部分重合，因此不計(jì)算入海需水量和河道滲漏用水量。同時為保證河道水上娛樂功能以及恢復(fù)河流的生態(tài)功能和環(huán)境功能，這部分水上娛樂環(huán)境需水量，就南充的目前階段來看，可以忽略不計(jì)。綜上所述，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量實(shí)際上分為非汛期河流最小的生態(tài)基流量和汛期最大的輸沙用水量。

4青居電站建站前、后河道內(nèi)生態(tài)需水量的估算及結(jié)果分析

4.1???? 青居電站建站前、后的生態(tài)需水量估算

青居電站于2000年開始修建，2005年竣工，文章分別采用建站前1956～2000年和建站后2006～2018年的數(shù)據(jù)，計(jì)算非汛期（1～4月、11～12月）的多年月平均最小河流生態(tài)基流量和汛期（5～10月）的多年月平均最大輸沙用水量，查閱2000～2018年《長江泥沙公報》、《中國河流泥沙公報》等資料進(jìn)行分析。青居電站建站前、建站后的河道內(nèi)生態(tài)需水量的估算結(jié)果為：河流生態(tài)基流量（非汛期）建站前、后分別為58.21億 m3和64.75億 m3;輸沙用水量（汛期）建站前、后分別為106.20億 m3和95.46億m3。

4.2???? 梯級水電站開發(fā)前、后河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量估算的結(jié)果分析

根據(jù)估算結(jié)果可以看出：（1）在嘉陵江南充段青居電站建站前、后河流生態(tài)基流量分別為58.21億 m3和64.75億 m3，開發(fā)后比開發(fā)前河流生態(tài)基本需水量有所增加，可能為建站后水的流動性變小，水體自凈能力變低，所需的生態(tài)基流量變高;（2） 河道的輸沙用水量建站前、后分別為106.20?? 億m3和95.46億m3，開發(fā)后比開發(fā)前有所減少，梯級水電工程具有攔沙的作用，使大量泥沙淤積在水庫內(nèi)，且近年來各項(xiàng)水土保持工程和水利工程攔沙，這些都是泥沙減少的原因，所以梯級水電站建站后所需的輸沙用水量有所減少;（3）青居電站所控制的流域河道內(nèi)生態(tài)需水量在梯級水電站建站前最小的河流生態(tài)基流量和最大的輸沙用水量分別為58.21億m3和106.20億 m3，建站后最小的河流生態(tài)基流量和最大的輸沙用水量分別為64.75億 m3和95.46億 m3，可以看出青居電站建站前后對水體的自凈能力、生物的生產(chǎn)活動產(chǎn)生了一定的影響，但起到了攔沙的作用，防止河道的泥沙大量淤積，維持了水沙平衡和沖刷與侵蝕的動態(tài)平衡。

5結(jié)論

水資源的短缺使得合理開發(fā)、利用、分配水資源顯得尤為重要，河道內(nèi)生態(tài)需水量的估算為區(qū)域優(yōu)化配置水資源提供了基礎(chǔ)。本文采用的計(jì)算方法是河流生態(tài)基流量和輸沙用水量。梯級水電站開發(fā)下生態(tài)需水量的變化情況為：河流生態(tài)基流量增加，最大輸沙需水量減少，梯級水電站開發(fā)后河道內(nèi)生態(tài)基流量（非汛期）為64.75億 m3，較開發(fā)前有所減少，最大的輸沙用水量（汛期）為95.46億 m3，較開發(fā)前有所減少，生態(tài)需水量的估算結(jié)果為配置水資源提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃錦輝. 黃河干流生態(tài)環(huán)境需水研究[D]. 河海大學(xué)，2005.

[2] 鮑衛(wèi)鋒， 黃介生， 于福亮. 區(qū)域生態(tài)需水量計(jì)算方法研究[J]. 水土保持學(xué)報，2005，19（5）：139-142.

[3] 崔樹彬. 關(guān)于生態(tài)環(huán)境需水量若干問題的探討 [J]. 中國水利，2001（8）：71-74.