遼河干流河流生態(tài)需水評估整合計(jì)算研究

于露

（遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000）

0 引言

河流系統(tǒng)是一個(gè)具有復(fù)雜水力聯(lián)系的自然-社會(huì)復(fù)合體，水文過程是河流系統(tǒng)的重要驅(qū)動(dòng)力。長期以來，河流水文過程主要受自然條件影響。近年來，隨著人類活動(dòng)影響的加劇，特別是大型水庫群的修建運(yùn)用，河流水文過程發(fā)生改變，對河流生態(tài)系統(tǒng)造成影響及脅迫，危及河流生態(tài)健康及水資源的可持續(xù)利用。在此背景下，如何科學(xué)評估維系河流生態(tài)健康、保障河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能長期持續(xù)發(fā)揮的生態(tài)流量過程，已經(jīng)成為新時(shí)代河流管理面臨的重要挑戰(zhàn)之一[1，2]。

生態(tài)需水是指生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到、實(shí)現(xiàn)或維持某一特定的狀態(tài)所需要的具有一定品質(zhì)的水量過程。從生態(tài)系統(tǒng)類型方面劃分，可分為河流生態(tài)需水、濕地生態(tài)需水、河口生態(tài)需水等；從需水特性方面考慮，可分為消耗型生態(tài)需水及非消耗型生態(tài)需水[3]。其中，非消耗型生態(tài)需水主要指河流生態(tài)流量；消耗型生態(tài)需水主要為維持各生態(tài)系統(tǒng)功能所需要消耗的水量，如蒸發(fā)、蒸騰、滲漏等。

遼河是我國七大江河之一。自20世紀(jì)70年代起，遼河干支流上陸續(xù)修建了清河水庫、柴河水庫、南城子水庫、榛子嶺水庫、石佛寺水庫等多座大中型水庫工程，對遼河徑流過程及水文情勢造成明顯影響[4，5]。針對此，本文參照相關(guān)研究成果[7-10]，著重開展遼河干流生態(tài)需水評估整合研究。

1 資料來源

1.1 研究區(qū)概況

遼河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)克什克騰旗芝瑞鎮(zhèn)馬架子村，流經(jīng)內(nèi)蒙古、吉林、遼寧?。▍^(qū)），在盤錦市大洼縣趙圈河鄉(xiāng)河口自然保護(hù)區(qū)匯入渤海。遼河流域面積191946km2，河長1383km，其中，遼寧省境內(nèi)面積40988km2，長度554km。

1.2 代表站確定及資料系列

綜合地理位置、資料系列完整性等多方面因素，選取遼河干流上游福德店水文站、鐵嶺水文站，中游馬虎山水文站，下游六間房水文站作為代表站計(jì)算遼河干流河流生態(tài)流量。實(shí)測資料來源為遼寧省基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫（《水文年鑒》電子版），天然流量系列來源為水資源的3次評價(jià)成果。各代表站特征及資料見表1。

表1 遼河干流各站點(diǎn)水文資料

2 遼河干流節(jié)點(diǎn)生態(tài)需水計(jì)算

2.1 生態(tài)流量計(jì)算

將生態(tài)流量劃分為最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量兩級。其中，最小生態(tài)流量維持生態(tài)系統(tǒng)不退化；適宜生態(tài)流量為河流水生物種提供良好生境條件。研究采用水文學(xué)法計(jì)算河流生態(tài)流量，該方法認(rèn)為天然水文情勢是維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康、穩(wěn)定的必要水文過程?；谶@一假定，以河流天然狀態(tài)下的流量過程為本底，按一定規(guī)則計(jì)算維系河流生態(tài)健康所需流量。水文學(xué)法對資料的要求不高、操作簡單，應(yīng)用廣泛。國內(nèi)常用的生態(tài)流量計(jì)算水文學(xué)法主要有Tenent法、流量歷時(shí)曲線法等，均被列入《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》?？紤]到北方河流徑流年內(nèi)分布不均衡的特點(diǎn)，研究采用流量歷時(shí)曲線法計(jì)算代表站各級生態(tài)流量。

流量歷時(shí)曲線法利用歷史流量資料構(gòu)建各月流量歷時(shí)曲線，以某個(gè)保證率相應(yīng)的流量作為河道生態(tài)流量閾值。最小生態(tài)流量的頻率可選90%或95%，適宜生態(tài)流量的頻率可選75%，也可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。方法建立在至少30年的流量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，每一個(gè)月給出一個(gè)推薦流量，可反映徑流在年際、年內(nèi)的不均勻性。

研究以福德店、鐵嶺、馬虎山、六間房4處代表水文站月天然流量過程為基礎(chǔ)，進(jìn)行皮爾遜III型曲線頻率分析，繪制流量歷時(shí)曲線。選用90%保證率的流量作為最小生態(tài)需水；75%保證率流量作為適宜生態(tài)需水。以鐵嶺站為例，按照3—5月、6—8月、9—11月、12—2月合繪各月流量歷時(shí)曲線，如圖1所示，各代表站最小、適宜生態(tài)流量見表2。

表2 遼河主要節(jié)點(diǎn)最小適宜生態(tài)流量成果 m3/s

圖1 鐵嶺站各月流量歷時(shí)曲線

2.2 耗水量計(jì)算

耗水量主要包括蒸發(fā)量及滲漏量（地下水補(bǔ)給量）。蒸發(fā)量采用鐵嶺站蒸發(fā)能力與遼河干流水面面積的乘積來計(jì)算。其中，遼河干流河長約為550km，平均水面寬度按照50m計(jì)算，鐵嶺站年水面蒸發(fā)量約為1350mm，據(jù)此計(jì)算，遼河干流年水面蒸發(fā)量約為0.37億m3。

河床滲漏量采用楊志峰等提出的地下水動(dòng)力法計(jì)算河床滲漏量：

式中：Wu為河床滲漏需水量；K為滲漏系數(shù)；I為地下水水力坡度；Hu為含水層厚度；L為評估河段長度；T為計(jì)算時(shí)段總時(shí)長。據(jù)此計(jì)算，遼河干流年滲漏量約為0.47億m3。

2.3 河口生態(tài)需水[10]

遼河三角洲主要植物類型為蘆葦沼澤，為丹頂鶴、白鶴、黑嘴鷗等物種提供繁殖與棲息環(huán)境，此次研究主要計(jì)算蘆葦沼澤消耗性需水：

式中：Qw為濕地生態(tài)需水量；E為蒸散發(fā)量；P為降水量；S為濕地面積。

遼河三角洲蘆葦沼澤面積約為8×104hm2，水面面積約為0.86×104hm2。三角洲年均降水量約630mm，年均蒸發(fā)量約930mm，年蘆葦蒸散量約1033mm。據(jù)此計(jì)算，遼河三角洲濕地消耗型需水量為3.48×108m3。考慮到三角洲是由遼河、大遼河、大凌河等沖積而成，根據(jù)蘆葦分布的位置及范圍，遼河干流區(qū)約占40%，遼河干流河口三角州濕地生態(tài)需水量為1.39×108m3。

3 生態(tài)需水整合

河流生態(tài)系統(tǒng)由多種不同類型、不同位置的子生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成，各子生態(tài)系統(tǒng)在水文循環(huán)的聯(lián)系下形成一個(gè)整體，其生態(tài)需水有重合部分。生態(tài)需水整合主要解決不同類型生態(tài)系統(tǒng)之間需水量的重復(fù)計(jì)算，以及不同分區(qū)之間生態(tài)需水的重復(fù)計(jì)算問題。其中，消耗型生態(tài)需水按照累加法進(jìn)行整合；非消耗型生態(tài)需水結(jié)合水文循環(huán)特征采用最大法計(jì)算，見表3[2]。

采用表3中計(jì)算方法對遼河各代表站通量型生態(tài)需水按照最小、適宜2個(gè)級別進(jìn)行整合，成果見表4。

表3 非消耗型生態(tài)需水整合計(jì)算方法

由表4可知，遼河干流最小、適宜非消耗型生態(tài)需水量分別為11.00，19.77億m3。在此基礎(chǔ)上，考慮蒸發(fā)、滲漏耗水及河口生態(tài)需水等消耗型需水，可知：遼河干流最小生態(tài)需水量為13.23億m3；適宜生態(tài)需水量為22.00億m3。以遼河下游六間房水文站為控制站，遼河干流水資源量40.20億m3，據(jù)此計(jì)算得出：遼河干流最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量分別占總水資源量的33.0%，54.7%。

表4 生態(tài)需水整合計(jì)算結(jié)果m3

4 結(jié)語

文中主要以水文學(xué)法中的流量歷時(shí)曲線法計(jì)算河流生態(tài)流量，尚未系統(tǒng)考慮河流內(nèi)水生物種生境需求，需在明確遼河干流保護(hù)物種和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，開展野外觀測及實(shí)驗(yàn)室模擬，建立基于棲息地模擬等的生態(tài)流量計(jì)算成果，進(jìn)一步完善河流生態(tài)需水過程，以期更好地為遼河生態(tài)治理提供參考。