河道生態基流三種計算方法

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⑵ 流域的生態環境需水量計算

生態需水與環境需水雖相互聯系，但有不同，前者偏重於自然方面，後者側重污染與水環境容量^[1]。流域生態環境需水量主要分為河道內需水與河道外需水兩大部分。

（1）河道內的生態用水可從河流功能的各方面來分項計算。包括：

——河道基流。根據多年最小徑流R_min與多年平均最小月徑流R_min,a，確定求取R_min/R_min,av=α，在只有多年月系列的情況下，河道生態最小基流量用a確定。

——沖沙水量（R_sid）。從河流多年流量與泥沙系列中選擇實測大斷面與相應的流量、泥沙進行定量。

——河道環境需水量。主要是保持河流水環境容量的需水量，可參照以下方法計算：①Tennant法；②月流量保證率設定計算；③100%保證率最小月流量等方法。

——與河流相連接的湖泊、濕地的生態需水量。前者用設定水位來計算，後者由濕地水量平衡來確定。

——河流生物需水量。綜合考慮水量與水質。簡單的方法採用歷史資料鑒別。

——城市生態環境需水量。主要是綠化植被的需水量。面積按城市規劃計算。

（2）河道外的生態用水。從河道引出的水量，主要是生活與生產用水，過去並未專門提供生態用水的計算，但是河流中的水量來自河道外的流域面積。流域內的土地覆蓋與土地利用實際要影響匯入河道中的水量。主要是綠化——林草、農田及水土保持（含少量的雨水利用）需用（耗）的水量，可按生態環境保護的規劃（規劃部門提供）分別在計算河道內、外各種生態系統環境需水的基礎上進行匯總。

文獻[4]綜合不同學者的觀點，認為生態需水量是生態系統中客觀存在的水量，是水資源的一部分，它是一個時間變數，隨生態系統的發展而動態變化；生態用水量具有一定的目標性，它是一個空間變數，根據不同需求，可將生態用水量劃分為最大、最小和適宜生態用水量。文中闡述了生態需水量估算的理論基礎和方法，並指出：對於流域而言，生態需水的計算分河道內和河道外。河道外的生態需水量應首次選定天然植被並進行本底分區，然後由區域天然植被生長的年降水量、氣溫及熱量平衡資料結合區域水量平衡算出植被的需水量（文獻[1]中也引用了國外Baird等的不同植被蒸騰量的確定與估算）。河道內按不同生態功能計算需水量。二者之和扣除重復才是整個流域的生態需水量。

王西琴等認為^[2]，根據人類對水資源的利用和影響程度，可以將地表水資源利用劃分為4個階段：①未被人類利用階段；②合理利用階段；③極限利用階段；④過度利用階段。由此分析得出：①雖然地表水能被人類利用，但是有一個限度。國際上認為，地表水合理的開發利用率應為25%。考慮到我國北方地區水資源短缺的實際情況，其合理利用率為40%。只有低於合理的利用率，才能保證河流系統的穩定和平衡。②河道內必須留有足夠的水量，以保證水體固有的生態和環境功能。③人類不能無節制地利用水資源和追求河道水體的功利性功能，而必須重視生態系統本身所需要的水，以保證水資源的良性循環，達到水資源的持續利用。

河流的功能有兩個方面。一是功利性功能，如為生產、生活提供用水，為航運、水上娛樂、養殖等提供水域，對水力發電提供能源等；二是生態環境功能，如為水生生物提供生存環境，對污染物的稀釋自凈作用，保證河口地區生態系統穩定，以及輸沙排鹽、濕潤空氣、補充土壤含水等功能。根據上述分析，河道環境需水是指為保護和改善河流水體水質、為維持河流水沙平衡、水鹽平衡及維持河口地區生態環境平衡所需要的水量。可以概括為河道基本環境需水、輸沙需水及入海需水。三者之間有重合部分，其中基本環境需水包含於輸沙需水和入海需水之中，輸沙需水和入海需水既有重合部分，又有包含與被包含的關系，其主要決定於河流的主導功能。河道最小環境需水量是指為維系和保護河流的最基本環境功能不受破壞所必須在河道內保留的最小水量的閾值。河道生態需水是指維持水生生物正常生長及保護特殊生物和珍稀物種生存所需要的水量。如果以水資源開發利用階段衡量，其相當於水資源利用的第二階段河道內留有的水量。河道最小生態需水是指維系和保護河流的最基本生態功能不受破壞所必須在河道內保留的最小水量的閾值。如果以水資源開發利用階段衡量，其相當於水資源利用的第三階段河道內留有的水量。

事實上，生態、環境需水隨著生態環境保護目標的不同而發生相應的變化。對生態環境功能的要求越高，則相應的生態需水量也越多，反之亦然。因此，生態（環境）需水不是一個定值。而最小生態（環境）需水是保證生態系統平衡所必須具有的最低閾值。因此，在一定階段，如果對生態環境功能的要求不變，則最小生態（環境）需水應是一個定值。

⑶ （二）河道內生態環境需水量計算

河流在從源頭流向河口的過程中，隨著匯流面積的增大，一般水量也隨之增大。即水量是匯水面積或河長的單調增函數。設定一個河道生態環境需水流量為Q（P），即可在河流上找到一個斷面，且斷面以下的河道水量一般能滿足Q≥Q（P）。因此，任何一條或一段河流只需選擇一個斷面進行生態環境流量的計算即可。對較大的河流或沿程水量、水功能差異懸殊的河流，則可以分段計算。

因為大沽夾河源短流急，流域位於山東半島，處於東經120°50′～121°20′、北緯37°00′～37°40′之間。所以，只取一個斷面即可。根據引水入河工程取水點的影響范圍的實際情況，這里取夾河福山站斷面水文站進行計算。計算結果見表8-9。

表8-9 大沽夾河下游各斷面生態環境需水量計算結果 單位：m³/s

對於本次研究的河流，基本屬於有水文站點的季節性河流。

推薦的基流分為汛期和非汛期，其中汛期為4～10月，非汛期為10月～次年3月。

汛期總流量（3.81＋96.0＋53.3＋22.6）×31＝5447.01m³/s

5447.01×40%＝2178.704m³/s

非汛期總流量（4.48＋1.16）×31＝174.84m³/s

174.84×20%＝34.968m³/s

全年5447.01＋174.84＝5621.85m³/s

5621.85×30%＝1686.555m³/s