浅议广东省河道生态基流定量分析分析
佚名 2011-11-25
摘要：针对广东省咸潮上溯、水污染严重及水库、水电站建设对下游河道生态环境的影响等问题，以满足河流最基本的稀释自净功能、维持河道稳定及生物多样性为目的，综合国内外现有多种生态流量计算方法，对广东省典型河道断面的生态基流进行了计算分析。通过分析不同的方法（Tennant法、月保证率法、7Q10法、最小月平均实测径流量法）的优劣与适用性条件以及不同保证率下的计算结果，提出可以75%保证率下河道生态基流为标准，建议广东省河道生态基流量控制在诸断面多年平均径流总量的10%~21%。 关键词：河道生态流量；水文统计；空间变异性
水资源是人类生存和经济社会发展的物质基础，同时也是生态与环境保护的关键。由于在一段时期内，人们只注重生产和生活用水，忽视生态环境需水，没有考虑人与河流的和谐发展，造成生态用水紧张和局部生态系统失衡。生态需水研究是合理配置水资源、实现水资源可持续利用的基础，尤其在既能满足水资源合理开发利用和保护的要求，又能够发挥最佳效益的新的水资源管理模式下，生态与环境问题越来越受到重视［1］。 迄今为止，广东省已开展了大量的河流开发利用建设。在防洪减灾、保障经济社会发展等方面做出了巨大贡献的同时也面临了一些新问题：河流水系上大量水库及水闸不合理调控，导致下游河道流量减少、泥沙淤积、咸潮上溯、河道萎缩与水生生物退化等，导致了河流生态过程与功能的破坏；经济的高速发展、人口的快速增长、城市化进程的加快，使得区域内用水急剧上升；鱼类的过度捕捞、水污染的增加使得鱼类的减少，以及水利工程建设导致水文条件的变化从而对鱼类繁殖期的影响都对物种多样性造成了一定程度破坏。因此以维持河道生态系统生态平衡、保持流域整体性、连续性等特征为目的，研究广东省河道生态基流是非常必要和紧迫的。 本文将在水文学方法的基础上，以广东省典型河道为例，进行河流基本生态需水的概算，对广东省水资源综合开发与管理、丰富和完善河道生态需水理论与应用，具有参考意义。 1 研究区概况 广东省河流众多，全省集水面积在100 km2以上的干支流河道共有542条，其中省际河流52条，珠江三角洲网河区有重要水道26条。众多河流中，主要河流有珠江水系的东江、北江、西江和非珠江水系的韩江、榕江、漠阳江、鉴江等，流域面积在30 000 km2以上的有东江、北江、西江和韩江，是广东省的4大主要河流。珠江流域面积为45.4万km2，在广东境内11.1万km2 ，仅占全流域的24.5%，却占广东全省陆地面积的62.5%。 广东省水资源量与国内其他省区相比较为丰富，多年平均降水量1 774 mm，为全国均值的2.7倍；地表水资源量4 380亿m3（含来自珠江、韩江等上游注入本省的客水）。广东省河流分布状况，可概分为3类4区：珠江流域内4大水系诸河，基本上由西、北、东三面向珠江三角洲网河区汇流，然后由三角洲网河区分8个口门入海；而在粤东沿海和粤西沿海两区，除雷州半岛上的河流外，基本上是平行从北向南流，注入南海。 对部分站点多年天然径流资料进行分析，可分别得出最大、最小、平均年径流量及最大、最小值占多年平均年径流量百分比见图1。图2表示各站点多年年径流量的分布情况。 2 计算方法 目前提出和形成的河流生态需水计算方法已达200余种，分类方法也较多。我国从20世纪90年代开始进行生态需水的研究，形成了较为完备的生态需水理论体系和方法［2-8］。就我国河流系统生态需水的研究而言，已有成果主要是借鉴国外的相关研究理论和方法［6］。在我国现阶段要进行深入的河流生态需水研究还存在各种困难，主要限制于各种生物资料的获取，但可以从水文水力学的角度展开研究。一方面，各流域的水文资料丰富翔实，较为可靠；同时，这些简化的研究也是进行河流生物完整性研究的前提和基础［9］。较为常用的研究方法可以分为三类:一是标准流量法，如7Q10法［10］、Tennant法［11］、最小月平均实测径流量法［12］等；二是基于水力学基础的水力学法，如R2CROSS法［13］、湿周法［14］等；三是基于生物学基础的栖息地法，如IFIM (河道内流量增加法) ［15］、CASIMIR法［16］等。
本文重点运用了水文学方法，将几种常用方法计算所得结果进行分析比较，得出适用于广东省各流域的生态基流阈值。Tennant法是以历史流量为基础确定河道的生态需水量的水文学方法，它采用年平均天然径流量的百分比作为推荐流量，在不同月份采用不同百分比来估算河道生态需水量。7Q10法，即90%保证率连续7天最枯平均流量。由于该标准要求比较高，鉴于我国的经济发展水平比较落后，南北方水资源情况差别大，我国在《制定地方水污染物排放标准的技术原则和方法》（GB 3839-83）中规定：一般河流采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量［17］。最小月平均实测径流量法采用河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本需水量。月(年)保证率设定法，根据系列水文统计资料，在不同的月(年)保证率前提下，以不同的天然平均年径流量百分比作为河道环境需水量的等级，分别计算不同保证率、不同等级下的月(年)河道基本环境需水量，并以计算出的河道基本环境需水量作为约束条件，可以计算相应于不同水质目标的污染物排放量及废水排放量，以满足河流的稀释自净功能［18］。 3 广东省典型河道生态基流量的概算 依据广东省水文统计资料，本文选取了广东省受地下水开发影响较少的21个径流代表站的1956年-2000年的天然径流资料，运用所叙述的方法对不同保证率下的河道生态基流量分别进行了计算。结果列入表1，此处仅列出75% 75%保证率下的河道生态基流量。考虑到生态需水很难达到较高的目标这一实际情况，将75%保证率下的计算结果作为推荐值。 从表1选取几个站点对不同方法计算出的生态基流量进行比较，见图3。 将Tennant法、月保证率设定法、7Q10、最小月法的计算结果的平均值作为各河道生态基流的最终结果，结果见表2。图4是在不同保证率下各站点生态基流量占多年平均天然径流量百分比。 4 计算结果分析 由最小月平均实测径流量法计算得出的生态基流量为454.28亿m3，占多年平均径流量的6.8%。采用7Q10法计算所得的各河道生态基流量为1 439.2亿m3，占多年平均径流量的21.69%。采用Tennant法计算得到的生态基流量，在75%保证率下，介于581～3 483亿m3之间，分别占多年平均径流量的8.75%～52.48%。采用月保证率法计算所得的各流域生态基流量，在75%保证率下，介于572.48～3 940亿m3之间，分别占多年平均径流量的8.63%～59.37%。由图3可看出，最小月平均实测径流量法计算结果最小，Tennant法和月保证率法计算得出的生态基流范围较为接近。生态基流量在年际变化中表现出一定的周期性变化，丰水年所需要的生态基流较多，枯水年则较少。表2是在不同保证率下广东省典型河道主要站点的生态基流情况。多年平均情况下河道生态基流为850.9亿m3，平水年（50%）河道生态基流为843.6亿m3，枯水年（75%）河道生态基流为823.3亿m3，特枯年（95%）河道生态基流为774.6亿m3。以Tennant法的最小推荐值不小于径流量的10%为原则［19］，将75%保证率下的计算结果作为推荐值，则广东省典型河道诸断面的最小生态基流量须保证在多年径流的10%~21%。 生态基流量在空间分布上表现出一定的规律，西江所需要的生态基流量最多，而秋香江最少；从粤西至粤东生态基流量逐渐减少；东江从上游至下游所需生态基流量逐渐增加。 5 结论 本文运用水文学方法在不同保证率下分别对广东省典型河道各站点的生态基流量进行计算，把75%保证率下的计算结果作为推荐值。弥补了单独应用Tennant等方法时的不足。从估算的结果看出，采用Tennant法、月保证率方法和7Q10法计算出的结果相对可靠，更适用于广东省河流。 由于研究目标的不同，计算河流生态需水量的方法很多。本文提到的4种计算河流生态需水量的方法是根据河流水文学的原理，以河流多年实测径流为基础，因此所计算的结果是建立在地区河流水文特征基础之上的。在估算河道生态需水量时，由于资料的缺乏没有对各河道进行分区计算，存在重复计算的问题需要进一步解决。 参考文献: ［1］ 张丽，李丽娟，梁丽乔，等.流域生态需水理论及计算研究进展［J］.农业工程学报，2008，24(7):307-312.(ZHANG Li，LI Li-juan，LIANG Li-qiao，et al.Progress on the Research of Theory and Calculation Method of Ecological Water Requirement［J］.Transactions of the CSAE，2008，24(7):307-312.(in Chinese)) ［2］ 王西琴，杨志峰，刘昌明.河道最小环境需水量确定方法及其应用［J］.环境科学学报，2001，21(5):548-552.(WANG Xi-qin，YANG Zhi-feng，LIU Chang-ming.Method of Resolving Lowest Environmental Water Demands in River Course［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2001，21(5):548-552.(in Chinese)) ［3］ 王西琴，刘昌明，杨志峰.生态及环境需水量研究进展与前瞻［J］.水科学进展，2002，13(4):507-514.(WANG Xi-qin，LIU Chang-ming，YANG Zhi-feng.Research Advance in Ecological Water Demand and Environmental Water Demand［J］.Advances in Water Science，2002，13(4):507-514.(in Chinese)) ［4］ 杨爱民，唐克旺，王浩，等.生态用水的基本理论与计算方法［J］.水利学报，2004，(12): 39-45.(YANG Ai-min，TANG Ke-wang，WANG Hao，et al.Theory and Calculation Method of Ecological Water Use［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2004，(12): 39-45.(in Chinese)) ［5］ 占车生，夏军，丰华丽，等.河流生态系统合理生态用水比例的确定［J］.中山大学学报:自然科学版，2005，44(2):121-124.(ZHAN Che-sheng，XIA Jun，FENG Hua-li，et al.Determination of the Reasonable Proportion of Ecological Water Used of River Ecological System［J］.Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，2005，44(2):121-124.(in Chinese))
