大伙房水库下游河道内最小生态需水量研究

摘要 为了使Tennant法更适合计算大伙房水库下游河道内生态需水量，对Tennant法计算标准进行修正，考虑了河流丰、平、枯水文变化特征，采用典型年逐月径流量修正Tennant法计算的生态需水量，不仅体现了天然河流水文变化特征，使计算的最小生态需水量更科学、更合理，而且减少了大伙房水库一些不必要的弃水，减轻供水期，尤其是枯水年供水期的水量分配压力。

关键词 大伙房水库下游河道；Tennant法；最小生态需水量

中图分类号 TV212 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）01-0261-02

Research on Minimum Ecological Water Requirement in Downstream River of Dahuofang Reservoir

LIU Shu-chun LIU Yong-peng

（Chaihe Reservoir Administration Bureau of Liaoning Province，Tieling Liaoning 112000）

Abstract In order to make Tennant method more suitable for calculating downstream river ecological water requirement of Dahuofang reservoir. Based on fixed calculation of standard of Tennant method，the hydrological variation of river when in high，normal and low flow were considered in the calculation. Tennant method with amendment of monthly runoff in the typical year was used to calculate the downstream ecological water requirement. This method reflects the hydrological variation of river，and makes the calculation of the minimum ecological water requirement more scientific and reasonable as well. Meanwhile some unnecessary abandoned water would be reduced and water supply pressure of the water allocation would be relieved especially in the dry year.

Key words Downstream river of Dahuofang Reservoir；Tennant method；ecological water requirement

河道内生态需水通常是指河流为了维持某一特定生态系统的结构和基本生态功能，即为维护河流水沙平衡、水盐平衡及维护河口地区生态环境平衡河道应保持的最小水量[1]。河流上大量水利工程的兴建，一方面带来了巨大的社会经济效益，另一方面导致水利工程下游河道水文情势发生变化，河道水量大幅度减少，原始河流生态连续性遭到胁迫，容易引起下游河道水质恶化、水生生物绝种或迁徙等生态环境问题。面对日益严峻的水生生态环境问题，水利工程所带来的负面效应逐渐凸显出来，如何减轻水库大坝对河道生态环境的不良影响越来越受到人们的关注。该文根据大伙房水库1935―2009年75年实测径流资料，研究大伙房水库下游河道内生态需水量及需水过程，为水库控制运行调度中增加生态需水量约束、协调水库各种用水保证率、保证下游河道一定的生态环境用水、实现生态调度提供依据。

1 生态需水量计算方法

1.1 常用计算方法

目前河流生态需水量研究已成为热点之一。国内外计算河道生态需水量的常用方法有水文学方法、水力学方法、栖息地偏爱法和综合法。典型水文学方法有Tennant法（蒙大拿法）、Texas法、7Q10法、RVA法、NGPRP法、基本流量法、最小月平均流量法和月（年）保证率假设法等，具有不需要现场测定数据、计算简单快速的优点，但未考虑流量的丰、枯水年变化和季节变化以及河段形状的变化。典型水力学方法有湿周法、R2Cross法、CASIMIR法等，具有测量简单、不需要详细的物种―生境关系的优点，但体现不出季节变化因素，不适用确定季节性河流流量；典型栖息地偏爱法方法有IFIM法、PHABSIM法、水力评价法、Basque法等，它在水力学法的基础上考虑了水量、流速、水质和水生物种等影响因素，但所需的生物资料难以获取；典型综合法方法有BBM法、整体评价法等，综合考虑了专家小组意见和生态整体功能，强调河流是一个生态系统整体，但必须有实测天然日流量系列、专家小组意见以及公众参与等，不易被应用[2-4]。其中Tennant法由于方法简单、数据容易获得且对生态系统的描述较为科学，应用最为广泛。

1.2 Tennant法简介

Tennant法，又称Montana法，是由Tenanat等人通过对美国11条河流314.5 km长的河段、58个断面38个流量状态开展详细的野外实地调查试验，研究不同河流、不同流量状态对鱼类生长的影响，建立了流量与栖息地质量的关系，将生态需水建立在历史流量记录的基础上，将多年平均天然流量的百分比（表1）作为基流，是一种更多地依赖于河道流量的计算方法[4]。该方法将全年分为多水期（4―9月）和少水期（10月至翌年3月）2个计算时段，根据多年平均流量百分比推荐值和河道内生态环境状况的对应关系，可直接计算出生态需水量。由于它仅仅使用历史流量实测资料就可以确定生态需水量，计算简单，因而更容易将计算结果与水资源规划相结合，已在美国16个州例行使用[5]。

1.3 改进Tennant法

生态需水量目标之一是维持某一特定生态系统的结构和基本生态功能，保持河道内生物种群的稳定，而河道内生物种群的生活习性具有一定的时空变化规律，比如大部分鱼类在春、夏季处于产卵育幼期和习惯向上洄游觅食，这时所需要的生态需水量就多，冬季则洄游到水量较丰富的河道或河口过冬，此时上游的生态需水量就少。Tennant法未考虑生物种群生活习性时空变化，只是简单地把1年均分成少水期和多水期（各为6个月），采用1个均值流量来描述生态需水量，且少水期的生态需水量为平均流量百分比的一个固定值，这样的计算方法在季节性河流中不能通用，也未考虑河流不同年份实际来水量的多少（尤其对于北方季节性河流，河流某年某月实际天然来水量小于按Tennant法计算的该月生态需水量）及河流丰、平、枯水文变化特征。因此，在应用Tennant法时，除考虑Tennant法在不同地区的适应性时，还应考虑以下3方面进行改进：一是应根据具体河道的生物种群活动周期对多水期与少水期进行修正；二是应根据河流断面、形状等水力学特征，分段推求具体河段生态需水量；三是应对少水期的生态需水量计算进行修正。在丰枯变化较为显著的北方中小河流上游地区，少水期日径流量变化极大，有的甚至经常会出现断流，此时河道中一般鲜有鱼类等生物活动，这也符合自然河道生物种群的生活习性变化规律，所需的生态需水量不需要很大。因此，该文在对多水期和少水期修正的基础上，结合河道天然来水量，采用逐月来水量来修正Tennant法计算生态需水量，天然来水量可以采用多年平均径流量或者典型年月径流量来表示。改进Tennant法的生态需水量可用下面的约束条件进行约束：

当W来水量≥Wt时，W生态=Wt（1）

当W来水量＜Wt时，W生态=W来水量（2）

式（1）、式（2）中：W来水量为时间间隔内天然河道或水库的入库流量；Wt为Tennant法计算少水期生态需水量；W生态为生态需水量。

这种改进方法既改变了传统少水期与多水期简单划分的不足，又考虑到用河道天然径流量与河道生物种群的需水量的关系，并且缓解了水库枯水期用水和下游河道生态需水量之间的矛盾。

2 大伙房水库下游河道内生态需水量计算

大伙房水库位于辽河流域浑河干流上，工程1953年11月开工，1958年建成，总库容为21.87亿m3，多年平均入库径流量1 502.42×106 m3。大伙房水库以防洪、供水、发电为主，兼顾养殖、旅游综合利用的大型水利枢纽工程，为多年调节水库。大伙房水库以上流域多年平均降雨量为800 mm左右。雨量年内分配不均，降雨多集中在7月和8月，以7月下旬和8月上旬为暴雨集中期。

2.1 Tennant法计算

通过对大伙房水库1935―2009年75年水库来水量实测资料分析计算，多年平均入库流量为47.608 m3/s，多年平均径流量1 502.42×106 m3。在计算水库下游河道内生态需水量时，可以直接还原水库入库流量作为下游河道入流，作为建库以前的天然来水情况，以此研究水库下游河流生态状态，具有较强的代表性。采用Tennant法计算下游河道生态需水量，将河道生态环境标准定为中，根据表2流量推荐值，少水期（10月至翌年3月）按多年平均流量47.608 m3/s的10%计算，多水期（4―9月）按多年平均流量30%计算，根据每月的实际天数，可求出逐月生态需水量。经计算，全年生态需水总量300.68×106 m3，其中少水期生态需水总量74.86×106 m3，多水期生态需水总量225.82×106 m3。

2.2 改进Tennant法计算

根据实测资料，结合自然河流丰、平、枯水年水文情势变化特征，采用不同频率（25%、50%、75%）典型年的月径流量计算结果对Tennant法进行修正后计算大伙房水库下游河道生态需水量及需水过程。

2.2.1 计算标准修正。计算标准修正主要是根据实际情况对多水期和少水期时段进行重新科学合理地划分[6]。主要气候特点是夏热多雨，冬寒漫长，温差较大，年平均气温为5～7 ℃，通过当地居民和渔政了解到这里鱼类产卵育幼期一般为每年的5―7月，每年的12月至翌年3月河道处于冰冻期。通过对水库多年的来水量分析发现，5―7月也是来水最为充沛的时间。因此，选择栖息地质量标准为中的流量百分比，少水期为8月至翌年4月，推荐百分比为10%；多水期为5―7月，推荐百分比为30%。

2.2.2 频率计算和典型年选择。根据大伙房水库75年入库流量资料，进行频率分析（表2）。

通过计算，频率曲线选配采用Q=47.608 m3/s，Cv=0.49，Cs=2.5 Cv。丰水年（25%），典型年为1950年，实测流量57.70 m3/s，计算流量59.87 m3/s；平水年（50%），典型年为1968年，实测流量44.70 m3/s，计算流量43.27 m3/s；枯水年（75%），典型年为1976年，实测流量31.40 m3/s，计算流量30.41 m3/s。

2.2.3 生态需水量确定。在对Tennant法标准修订的基础上，运用同倍比法对实测年径流量放大求出不同频率下逐月径流量，根据式（1）与式（2）对各月生态需水量进行修正，计算结果见表3。

由表3可知，Tennant法计算水库下游生态需水量为300.67×106 m3，占多年平均来水量的20%。运用改进Tennant法计算，丰水年生态需水量为222.46×106 m3，占多年平均来水量的14.8%；平水年生态需水量为216.56×106 m3，占多年平均来水量的14.4%；枯水年生态需水量为210.79×106 m3，占多年平均来水量的14%。可以看出，由于考虑了大伙房（下转第265页）

水库天然来水量，改进Tennant法计算的生态需水量比Tennant法少。

3 结语

文中计算大伙房水库下游河道生态需水量，不仅考虑到季节河流丰枯变化频繁，鱼类产卵育幼生物活动周期，而且考虑到水库的实际来水量以及用水量协调关系等因素，在传统Tennant法的基础上对计算标准时段进行重新划分，采用典型年逐月径流量修正Tennant法计算的生态需水量，不仅体现了自然河流水文变化特征，使计算的最小生态需水量更科学、更合理，而且减少了水库一些不必要的弃水，减轻供水期，尤其是枯水年供水期的水量分配压力。

在今后的研究中，应该将下游河道水深、流速及水利工程坝下水温、盐度、氧气等综合因素考虑进去，并考虑某种特定水生生物生长水文过程，为水库实现生态调度提供更可行的生态需水过程线，最后根据实际生态效果对水库下游河道生态需水进行反馈。

4 参考文献

[1] 左其亭.干旱半干旱地区植被生态用水计算[J].水土保持学报，2002，16（3）：114-117.

[2] 俞科慧，王浩.杨溪水库下游河道生态需水量分析与计算[J].浙江水利科技，2010（3）：7-9.

[3] 陈敏建，丰华丽，王立群，等.适宜生态流量计算方法研究[J].水科学进展，2007，18（5）：745-750.

[4] 张丽，李丽娟，梁丽乔，等.流域生态需水的理论及计算研究进展[J].农业工程学报，2008，24（7）：307-312.

[5] 郑志宏，张泽中，黄强，等.生态需水量计算Tennant法的改进及应用[J].四川大学学报：工程科学版，2010，42（2）：34-39，57.

[6] 门宝辉，刘昌明.Tennant法计算标准的修正及其应用[J].哈尔滨工业大学学报，2008，40（3）：479-482.