河流最小生態(tài)基礎(chǔ)流量分析計算

1、河流最小生態(tài)基礎(chǔ)流量計算方法研究（張新華河流最小生態(tài)基礎(chǔ)流量計算方法研究（張新華李紅霞李紅霞肖玉成肖玉成趙少華）趙少華）摘要：為了能夠計算幾何斷面復(fù)雜、泥沙淤積、河寬大、水深淺的河道生態(tài)基礎(chǔ)流量，本文以渭河關(guān)中地區(qū)的生態(tài)基礎(chǔ)流量計算為例，通過綜合水力學(xué)中的濕周法和R2CROSS法建立了一套簡單、適合管理的最小生態(tài)基礎(chǔ)流量方法——綜合法。該方法計算出的5個站的生態(tài)基礎(chǔ)流量占多年平均流量的比值都在10.8%~14.9%之間，滿足生態(tài)基流的合

2、理要求。通過與Tennant方法比較，結(jié)果表明：綜合法計算確定的生態(tài)基礎(chǔ)流量更為合理、是一種在管理上更值得推廣應(yīng)用的方法。關(guān)鍵詞：生態(tài)需水量；濕周法；斜率法；曲率最大法；R2CROSS法中圖分類號：X171文獻標識碼：A文章編號：16723031（2011）01006608StudyoncomputationalmethodsfminimumenvironmentalflowsZHANGXinhua，LIHongxia，XIAOYuch

3、eng，ZHAOShaohuaAbstract：Indertodeterminetheminimumecologicalflow（MEF）fariversystemwithspecialacteristicsofcomplicatedriverreachprofiles，sedimentproblems，verylargewidthshallowwaterdepth，anintegratedmethodwasproposedtoover

4、comesomeoflimitsinusingwettedperimetermethodR2CROSSmethod.AcasestudywasconductedintheWeiRiver，atributaryoftheYellowRiver.ResultscalculatedbythisintegratedmethodindicatethattheMEFsatthefivehydrologicalstationsareatarangeo

5、f10.8%~14.9%ofthemultiyearmeanflows，respectively.IncomparisonwithTennantmethod，therefe，wecangetaconclusionthattheintegratedmethodismesuitablereasonablefthedeterminationofMEFs.Keywds：ecologicalwaterdem；wettedperimetermeth

6、od；slopemethod；curvaturemethodR2CROSS1研究背景河流系統(tǒng)包括河流、湖泊及其相鄰洪泛區(qū)。河流系統(tǒng)功能通常包括生態(tài)功能、環(huán)境功能和資源功能［1］。然而，在開發(fā)水資源的時候主要考慮到滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水等需求，忽視了河流系統(tǒng)功能得以正常發(fā)揮并維持其基本功能時其自身對水量的要求，從而導(dǎo)致河段內(nèi)的天然流量逐漸減少、甚至出現(xiàn)斷流的情況。另外，經(jīng)濟社會的高速發(fā)展導(dǎo)致大量的污水排放，使得有些河流雖然水量上沒問

7、題，但水質(zhì)污染十分嚴重導(dǎo)致水生生物種群及其數(shù)量急劇下降，水體嚴重富營養(yǎng)化，出現(xiàn)藻類或水華暴發(fā)等現(xiàn)象。為了維持河流系統(tǒng)健康，保障其基本功能能正常發(fā)揮，國內(nèi)外學(xué)者為此開展了大量的研究工作，主要集中在河流生態(tài)環(huán)境需水上并取得了一定的研究成果。河流生態(tài)環(huán)境需水量計算內(nèi)容主要包括：（1）生態(tài)基礎(chǔ)流量；（2）輸沙需水量；（3）自凈需水量；（4）蒸發(fā)需水量；（5）防海水入侵的河道最小水量等［2］。其中的河流生態(tài)基礎(chǔ)流量是維持河道功能不退化、特征水生生

8、物物種能正常繁衍生息所必須維持的河道最小流量，本文重點分析討論這一河道最小生態(tài)基礎(chǔ)流量。然而，國內(nèi)外針對這一流量的研究還未形成統(tǒng)一認識，基本理論和方法都還有待進一步完善。隨著近幾年的研究深入，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種計算方法，概括起來主要包括4類方法：（1）水文學(xué)法；（2）水力學(xué)法；（3）棲息地法；（4）地形結(jié)構(gòu)法等。在這幾種方法中，以水文學(xué)法與水力學(xué)法最為常用。因此，本研究方法的重點在分析討論水力學(xué)法中的濕周法并結(jié)合R2CROSS法和Te

9、nnat法，提出一套簡單、實用、便于管理部門操作的方法—綜合法。2計算方法為曲率最大的一點。該點對應(yīng)的流量值就作為河道內(nèi)的最小生態(tài)流量。曲率最大法求得的最小生態(tài)流量公式為：對數(shù)函數(shù)：Q=a√2（10）冪函數(shù)：2.2Tennant方法Tennant法是Tennant，D.L等人于1976年提出的河流生態(tài)需水量評估方法［6］。該方法是一種歷史流量法，按照Tennant方法的標準，河道內(nèi)的最小生態(tài)流量不能小于多年平均流量的10%。多年平均流量

10、10％是防止河道退化的臨界條件；多年平均流量的20％是保護水生棲息地的適宜標準；在較小河流中，多年平均流量的30％為最佳棲息地標準。2.3R2CROSS方法R2CROSS方法最初是由美國森林委員會提出的，其目的是為了美國高原山區(qū)河流的水資源與水環(huán)境保護，維持生物多樣性而確定山區(qū)河流環(huán)境流量的方法。該方法首先根據(jù)研究河段控制斷面的河頂寬度，查表1得到環(huán)境流量所需的水力學(xué)參數(shù)：平均水深、濕周率和平均流速。然后再根據(jù)該斷面建立的水深、濕周率和

11、平均流速與流量的關(guān)系分別得到3個流量Q1、Q2和Q3，最后在3個流量中選出所需要的環(huán)境流量。方法是按季節(jié)要求：（1）如果是在夏季和秋季，那么平均水深、平均流速及濕周率必須全部滿足，即生態(tài)流量為Q1、Q2和Q3中的最大值；（2）如果是在冬季和春季，3個水力參數(shù)滿足兩個即可，即為Q1、Q2和Q33個流量中的第二大值。表1R2CROSS法確定生態(tài)流量的標準3應(yīng)用及存在的問題分析3.1渭河關(guān)中段河道概況近十幾年來，由于渭河上游過渡開發(fā)，維持河流

12、基本生態(tài)功能所需的最小流量即生態(tài)基流得不到保證，一系列河流生態(tài)問題已經(jīng)日益突顯，為此，本研究以渭河關(guān)中段為研究對象。渭河關(guān)中段全長504.2km，流域面積為6.17104km2。渭河關(guān)中段有5個主要的水文站，分別為林家村水文站、魏家堡水文站、咸陽水文站、臨潼水文站以及華縣水文站（見圖1）。5個水文站的多年平均流量分別為84.8m3s、117m3s、156m3s、236m3s以及251m3s。渭河關(guān)中段河道的水面寬普遍較大，正常情況下都能