河道生态基流三种计算方法

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⑵ 流域的生态环境需水量计算

生态需水与环境需水虽相互联系，但有不同，前者偏重于自然方面，后者侧重污染与水环境容量^[1]。流域生态环境需水量主要分为河道内需水与河道外需水两大部分。

（1）河道内的生态用水可从河流功能的各方面来分项计算。包括：

——河道基流。根据多年最小径流R_min与多年平均最小月径流R_min,a，确定求取R_min/R_min,av=α，在只有多年月系列的情况下，河道生态最小基流量用a确定。

——冲沙水量（R_sid）。从河流多年流量与泥沙系列中选择实测大断面与相应的流量、泥沙进行定量。

——河道环境需水量。主要是保持河流水环境容量的需水量，可参照以下方法计算：①Tennant法；②月流量保证率设定计算；③100%保证率最小月流量等方法。

——与河流相连接的湖泊、湿地的生态需水量。前者用设定水位来计算，后者由湿地水量平衡来确定。

——河流生物需水量。综合考虑水量与水质。简单的方法采用历史资料鉴别。

——城市生态环境需水量。主要是绿化植被的需水量。面积按城市规划计算。

（2）河道外的生态用水。从河道引出的水量，主要是生活与生产用水，过去并未专门提供生态用水的计算，但是河流中的水量来自河道外的流域面积。流域内的土地覆盖与土地利用实际要影响汇入河道中的水量。主要是绿化——林草、农田及水土保持（含少量的雨水利用）需用（耗）的水量，可按生态环境保护的规划（规划部门提供）分别在计算河道内、外各种生态系统环境需水的基础上进行汇总。

文献[4]综合不同学者的观点，认为生态需水量是生态系统中客观存在的水量，是水资源的一部分，它是一个时间变量，随生态系统的发展而动态变化；生态用水量具有一定的目标性，它是一个空间变量，根据不同需求，可将生态用水量划分为最大、最小和适宜生态用水量。文中阐述了生态需水量估算的理论基础和方法，并指出：对于流域而言，生态需水的计算分河道内和河道外。河道外的生态需水量应首次选定天然植被并进行本底分区，然后由区域天然植被生长的年降水量、气温及热量平衡资料结合区域水量平衡算出植被的需水量（文献[1]中也引用了国外Baird等的不同植被蒸腾量的确定与估算）。河道内按不同生态功能计算需水量。二者之和扣除重复才是整个流域的生态需水量。

王西琴等认为^[2]，根据人类对水资源的利用和影响程度，可以将地表水资源利用划分为4个阶段：①未被人类利用阶段；②合理利用阶段；③极限利用阶段；④过度利用阶段。由此分析得出：①虽然地表水能被人类利用，但是有一个限度。国际上认为，地表水合理的开发利用率应为25%。考虑到我国北方地区水资源短缺的实际情况，其合理利用率为40%。只有低于合理的利用率，才能保证河流系统的稳定和平衡。②河道内必须留有足够的水量，以保证水体固有的生态和环境功能。③人类不能无节制地利用水资源和追求河道水体的功利性功能，而必须重视生态系统本身所需要的水，以保证水资源的良性循环，达到水资源的持续利用。

河流的功能有两个方面。一是功利性功能，如为生产、生活提供用水，为航运、水上娱乐、养殖等提供水域，对水力发电提供能源等；二是生态环境功能，如为水生生物提供生存环境，对污染物的稀释自净作用，保证河口地区生态系统稳定，以及输沙排盐、湿润空气、补充土壤含水等功能。根据上述分析，河道环境需水是指为保护和改善河流水体水质、为维持河流水沙平衡、水盐平衡及维持河口地区生态环境平衡所需要的水量。可以概括为河道基本环境需水、输沙需水及入海需水。三者之间有重合部分，其中基本环境需水包含于输沙需水和入海需水之中，输沙需水和入海需水既有重合部分，又有包含与被包含的关系，其主要决定于河流的主导功能。河道最小环境需水量是指为维系和保护河流的最基本环境功能不受破坏所必须在河道内保留的最小水量的阈值。河道生态需水是指维持水生生物正常生长及保护特殊生物和珍稀物种生存所需要的水量。如果以水资源开发利用阶段衡量，其相当于水资源利用的第二阶段河道内留有的水量。河道最小生态需水是指维系和保护河流的最基本生态功能不受破坏所必须在河道内保留的最小水量的阈值。如果以水资源开发利用阶段衡量，其相当于水资源利用的第三阶段河道内留有的水量。

事实上，生态、环境需水随着生态环境保护目标的不同而发生相应的变化。对生态环境功能的要求越高，则相应的生态需水量也越多，反之亦然。因此，生态（环境）需水不是一个定值。而最小生态（环境）需水是保证生态系统平衡所必须具有的最低阈值。因此，在一定阶段，如果对生态环境功能的要求不变，则最小生态（环境）需水应是一个定值。

⑶ （二）河道内生态环境需水量计算

河流在从源头流向河口的过程中，随着汇流面积的增大，一般水量也随之增大。即水量是汇水面积或河长的单调增函数。设定一个河道生态环境需水流量为Q（P），即可在河流上找到一个断面，且断面以下的河道水量一般能满足Q≥Q（P）。因此，任何一条或一段河流只需选择一个断面进行生态环境流量的计算即可。对较大的河流或沿程水量、水功能差异悬殊的河流，则可以分段计算。

因为大沽夹河源短流急，流域位于山东半岛，处于东经120°50′～121°20′、北纬37°00′～37°40′之间。所以，只取一个断面即可。根据引水入河工程取水点的影响范围的实际情况，这里取夹河福山站断面水文站进行计算。计算结果见表8-9。

表8-9 大沽夹河下游各断面生态环境需水量计算结果 单位：m³/s

对于本次研究的河流，基本属于有水文站点的季节性河流。

推荐的基流分为汛期和非汛期，其中汛期为4～10月，非汛期为10月～次年3月。

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

5447.01×40%＝2178.704m³/s

非汛期总流量（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