生态流量计算方法

㈠ 谁有关于河道生态流量的调研方案

调研背景和意义
随着社会经济的发展，人类对水资源的开发利用量不断增大，致使对生态系统的干扰不断加大，甚至超出生态系统的承受能力。我省开发建设的小型水电站多以引水式为主，水电站运行过程中，受电站调度运行影响，原河段水流减少，到枯水季节易形成减水河段。减水河段的出现可能会给生态系统带来一系列的危害，河道流量减少导致河流自净作用减弱，河水水质出现恶化，给当地的人畜健康和生命造成威胁。同时，沿河居民生活、农田灌溉用水无法得到保障，对当地的旅游发展业造成不良影响，制约着当地社会经济的发展。
人类在对河流进行开发建设的过程中，过去考虑较多的是对区域经济的发展和发电效益，而对保护生态水环境考虑的较少，很少考虑坝下游生态和水环境保护的要求，导致水生态系统受到严重破坏。生态、环境的保护是国家可持续发展的根本性问题。因此，对河道生态系统的调研，以便保护和恢复生态系统功能的研究工作显得尤为重要而迫切。
2、调研目的
通过对某引水式水电站附近河道上下游的水文、气象，生态状况，灌溉、防洪以及工农业生产等方面深入的调研，计算维持河道生态系统功能稳定所需的最小生态需水；探讨适合我省各流域河流特性的最小生态需水的计算方法和理论并提出相应的生态修复补救措施。

㈡ 请问河流的供水量怎么计算

用逐月最小生态径流计算法、逐月频率计算法和Tennant法计算了伊河和洛河的生态径流量，并在此基础上提出了适用于我国北方中小型河流生态径流量计算的一些改进方法：改变连续历时时段计算法、逐月次最小（大）生态径流计算法、确定河流生态径流量上界的参照法和逐月频率计算的综合法．分析结果表明，对于中国北方像伊河和洛河这样流量不是很大但年际和年内变化较为剧烈的河流，采用改进方法确定其河流生态径流量更有利于河流的生态保护．

㈢ 地下水天然资源量计算

以多年平均天然补给量作为地下水的天然资源量，天然资源量补给项包括：大气降水入渗补给量、侧向径流补给量、河流渗漏补给量、地表水灌溉补给量。地下水灌溉回渗补给量为地下水重复计算量，不包括在天然资源中。其计算方法是利用长系列（1956～2000年）的水文、气象资料，取其多年平均值进行计算，计算单元与计算方法与均衡计算相同。全区共划分为16个气象分区，计算单元的降水量、蒸发量采用控制气象站的多年算术平均值，并按统计经验频率分别计算丰水年（降水频率为25%）、平水年（降水频率为50%）、枯水年（降水频率为75%）的降水量，计算不同降水水平年的地下水补给资源量。

一、天然资源计算

（一）降水渗入补给量

大气降水入渗补给是本区地下水的主要补给源，其入渗量与降水量、潜水水位埋深及包气带岩性等条件有关。根据包气带岩性和潜水位埋深将全区划分为76个降水入渗系数分区，131个计算段，计算公式为

Q_降水＝10^-1·α.X.F

其中：Q_降水为降水对地下水补给量，10⁴m³·a^-1；α为渗入补给系数；X 为计算时段有效降水量（mm/a），按全年降水的90%计算；F为计算单元内陆地面积F（km²），扣除了计算单元内的水体面积。

（二）地下径流侧向补给量

盆地周围均是基岩山地丘陵区，其侧向补给地下水的量很有限，地下水侧向径流补给主要来自于山区河流的地下水径流，全区共有补给断面25条，根据达西定律，各个断面的侧向径流量按如下公式计算：

Q_侧补＝10^-4·K·M·B·J·丁

式中：Q_侧补为地下水侧向流出量，10⁴m³·a^-1;K为补给断面平均参透系数，m/d;M 为补给断面含水层平均厚度，m;I为补给断面的地下水力坡度；B 为补给断面宽度，m;T 为补给时段长（365 d）。计算结果见表6—11。

（三）河道渗漏补给量

从地下水等水位线与河流关系分析，盆地内对地下水有补给的河流分布在西部山前倾斜平原与嫩江的齐齐哈尔江段。其中，霍林河近几年干枯，洮儿河2004年也已干枯，因此这两条河流2004年没有计算入渗量。河流渗漏补给量按以下公式计算：

Q_河渗＝10^-4·B·L·K·（H_河—H）/M·丁

式中：Q_河渗为河道渗漏补给量，10⁴m³·a^-1;H_河为河流水位，m;H 为地下水位，m;B为河床宽度，m;L为计算段河流长度，m;K为河床底积层渗透系数，m/d;M 为河床底积层厚度，m；丁为补给时段长（d），这里取155～185 d。

洮儿河入渗补给量采用上、下游流量差计算河水入渗量，将上游水文站镇西站和务本站的河道来水量减去下流水文站洮南站的河道来水量和区间引出水量作为扇形地河道渗漏补给量。用公式表示为：

Q_河补＝Q_镇西＋Q_务本—Q_洮南—Q_引水

式中：Q_河补为河道渗漏补给量，10⁴m³·a-¹;Q_镇西、Q_务本、Q_洮南为镇西、务本、洮南水文站河流多年平均径流量，10⁴m³·a^-1;Q_引水为上、下游站之间的引用河水量，10⁴m³·a^-1，为Q_引水＝900× 10⁴m³·a^-1。

根据1956～2004年的水文资料统计，Q_镇西＝155 199×10⁴m³·a^-1,Q_务本＝246 211.17×10⁴m³·a^-1,Q_洮南＝143 818×10⁴m³·a^-1，计算得Q_河补＝24 692.17×10⁴m³·a^-1。河流渗漏补给量计算结果见表6—12。

（四）灌溉水回渗补给量

灌溉回渗水量主要是水田灌溉回渗，回渗水量计算公式：

Q_回＝10^-4β_回·Q_灌·F

式中：Q_回为农田灌溉水回渗补给量，10⁴m³·a^-1;Q_灌为灌溉定额，m³·hm^-2;F为水田面积， hm²；β回为灌溉回渗补给系数。

二、天然资源量计算结果

计算结果见表6—19，全区地下水多年平均补给资源量为131.8082×10⁸m³，其中，降水入渗补给量为111.5804×10⁸m³，占补给量的84.6%，侧向补给量为2.7721×10⁸m³，占2.1%，河流渗漏补给量为9.0442×10⁸m³，占6.9%，地表水灌溉回渗量为8.4115×10⁸m³，占6.4%。枯水年（降水频率为75%）补给量为109.6291×10⁸m³，比多年平均少22.1782×10⁸m³。

表6—19 天然资源计算成果表

续表

三、地下水可开采量确定

本次地下水开采资源计算采用水均衡法、平均布井法及开采系数法。

（一）水均衡法

水均衡法计算地下水开采资源量是通过总补给量减去不可夺取的地下水排泄量得到的。不可夺取的排泄量包括不可夺取的蒸发排泄量、不可夺取的河流排泄量、不可夺取的侧向排泄量及不能夺取的湖泡排泄量。

松嫩平原地下水资源及其环境问题调查评价

1.不可夺取的蒸发排泄量

地下水位即使是降到蒸发极限深度以下，仍存在一部分蒸发量，根据低平原地下水位下降不超过10 m，高平原不超过15 m，河谷平原不超过5 m 这样一个开采方案，通过潜水蒸发率随地下水位下降变化曲线图查得蒸发系数，计算地下水的不可夺取的蒸发量。

2.不可夺取的河流排泄量

在开采状态下，由于地下水位降低，河流排泄将会减少，但在东部高平原地下水位是无法降至河水位以下的，仍将会有一部分地下水排向河流。从维持河道生态环境角度考虑，河流必须保持一定的最低水量，按照水利部门确定的河道最低需水量为多年平均河道水量的25%，来确定全区地下水最低河流排泄量为多年平均的25%。

3.不可夺取的侧向流出量

侧向流出只有松花江河谷一个出口，在未来开采条件下减少不大，因此，仍按现状条件下的径流排泄量计算。

4.不可夺取的湖泡排泄量

松嫩低平原湖泡星罗棋布，与地下水联系密切，有的常年接受地下水补给。虽然湖泡排泄地下水量是完全能够夺取的，但必将导致湖泡消失，生态环境严重恶化。松嫩平原湖泡数量和水域面积已经到了再也不能减少的程度，要保持目前的湖泡数量和水域面积，就必须有一部分地下水补给湖泡，这是不能夺取的地下水排泄量，地下水湖泡排泄量按现状条件计算。均衡法计算开采资源结果见表6—20。

表6—20 水均衡法计算开采资源表（单位：10⁸m³·a^-1）

（二）开采系数法

开采系数法计算地下水可采资源量是一种简单有效方法，它直接以补给资源量为依据，乘以开采系数获得开采资源量，开采系数最大值分布在西部扇形地，为0.87；最小值分布在东部高平原为0.65。经计算，全区开采资源量为102.3603×10⁸m³（见表6—21）。

表6—21 开采系数法计算地下水开采资源量结果表

（三）平均布井法

平均布井法是以水文地质参数为依据计算地下水开采资源的一种方法。松嫩平原水文地质勘察资料比较丰富，不同地段、不同深度含水层的水文地质条件比较清楚，可以获得比较准确的单井涌水量。本次是采用稳定流平均布法计算地下水开采资源，布井面积为陆地面积（不包括玄武岩区），采用方形网格布井，井距、单井涌水量根据前人资料和现状开采经验值确定，地下水位降深潜水设计为5 m，承压水为15 m。在高平原缺水区评价了白垩系地下水开采资源，评价深度为200 m。

计算公式为： Q_开＝10²·Q_单·n

n=F/L²

式中：Q_开为开采资源量，10⁴m³·a^-1;Q_单为单井涌水量，m³·a^-1;F为布井面积km²;L为布井间距（m），单井引用影响半径的2倍。

经计算，全区开采资源为101.5230×10⁸m³，计算结果见表6—22。

（四）开采资源量的确定

通过三种方法计算的全区地下水开采资源量：均衡法计算结果为105.7016×10⁸m³、开采系数法计算结果为102.3603×10⁸m³、平均布井法计算结果为101.5230×10⁸m³。均衡法从水量均衡角度控制全区及各系统的开采资源，开采系数法则是依据补给资源量确定开采资源量，全区开采系数为0.78，平均布井法则是从具体的水文地质条件出发计算地下水开采资源量。三者相互验证，结果比较接近，增加了开采资源量计算的可靠性，以平均布井法计算的开采资源量作为全区的开采资源量，即101.5230×10⁸m³。

表6—22 平均布井法计算开采资源成果表

四、多年平均补给量与排泄量分析

全区地下水总补给量为134.1475×10⁸m³，按目前开采量计算的总排泄量为137.7287×10⁸m³，二者相差—3.5812×10⁸m³，总排泄量略大于补给量，各亚区也都呈现排泄量略大于补给量的现象，全区呈负均衡。这与全区地下水水位下降的实际情况一致。近20年来，气候总体偏旱，降水量偏少，地下水开采量增加较快，地下水位出现不同程度的下降，山前倾斜平原下降幅度最大，达2～7 m，主要原因是降水和大兴安岭河流来水减少；中部低平原平均下降1～2 m，主要原因是开采量增加较大而引起；东部高平原地下水位下降程度差异较大，松花江干流亚系统水位下降幅度较大，第二松花江亚系统水位下降幅度较小，河谷平原变化幅度最小。

（一）地下水总补给量及其近20年的变化

全区地下水总补给量为134.15×10⁸m³，天然资源量为131.81×10⁸m³。补给量中降水入渗补给为111.58×10⁸m³，占总补给量的83%，占天然资源的85%。区外地下水流入2.77×10⁸m³，河流转化补给9.04×10⁸m³，地表水转化为灌溉渗入补给8.41×10⁸m³，地下水灌溉回渗2.34×10⁸m³。近20年地下水补给量呈现减少的趋势，总补给量比1984年减少了14.06×10⁸m³，比1994年减少8.81 ×10⁸m³。其主要原因，第一是自1998年洪水以来该地区降水量一直偏小，1999年以来的大气降水平均为395.84 mm，比多年平均值475 mm减少了79.16 mm。在几个主要气象观测站当中，长春站减少了114.1 mm，白城站减少130.5 mm，哈尔滨站减少42.4 mm，齐齐哈尔站减少46.5 mm；第二是由于降水量减少，导致河流径流量减少，从而导致河流渗漏补给量减少；第三是大量开发地下水使水位下降，补给途径增长，降水补给入渗率降低。

（二）地下水排泄量及其近20年的变化

全区地下水总排泄量为137.73×10⁸m³，其中蒸发55.65×10⁸m³，河流排泄18.13×10⁸m³，湖泡排泄5.36×10⁸m³，侧向流出0.27×10⁸m³，开采58.16×10⁸m³，人工开采已成为地下水的主要排泄方式。与1984年相比，天然排泄总量比1984年减少35.76×10⁸m³。其中蒸发量比1984年增加了6.69×10⁸m³；径流排泄量（包括向河流排泄、湖泡排泄量、泉的排泄量）减少了42.45×10⁸m³；人工开采量增加了29.48×10⁸m³，人工开采量夺取的主要是地下水河流排泄量。

（三）近20年来开采资源量的变化

近20年来，由于地下水补给资源量的减少，导致可开采资源量的减少。可开采量比1984年减少了18.99×10⁸m³，比1994年减少了7.5×10⁸m³（图6—2）。与此同时，地下水开采量由1984年的28.68×10⁸m³，增加到58.16×10⁸m³，增加了29.48×10⁸m³。可开采资源量减少的主要原因是地下水补给量减少，在实际开采过程中出现资源枯竭，水位持续下降。

图6—2 近20年来补给资源量与开采资源量的变化

㈣ 怎样保护水资源

1、大力发展绿化，增加森林面积涵养水源。

据不完全统计，我国目前有便器水箱近4000万套和大量的其它卫生器具，每年因马桶水箱漏水损失水量上亿立方米。

㈤ 关于生态及环境需水的概念

目前，对生态环境需水的概念尚无统一的定义，有些定义为生态需水，有些定义为环境需（用）水，有些定义为生态环境（需）用水，有些将生态需水与环境需水进行区分。文献[2]对此作了如下阐述：

Covich认为，生态需水就是保证恢复和维持生态系统健康发展所需的水量。Peter H Gleick提出了基本生态需水（basic ecological water requirement）的概念，即提供一定质量和一定数量的水给天然生境，以求最大程度地改变天然生态系统的过程，并保护物种多样性和生态整合性；同时应该考虑气候、季节变化等因素对生态需水的影响，认为基本生态需水应是在一定范围内可以变动的值，而不是一个固定的值。

杨振环、崔宗培、徐乾清等将环境用水的概念定义为：“改善水质、协调生态和美化环境的用水”。汤奇成界定了干旱区的生态环境用水量概念，认为生态环境用水，一是指对一些重要（对绿洲经济的持续发展和对周围生态环境起重要作用）的湖泊进行补水，不主张对干旱区所有萎缩和干涸的湖泊进行补水，如罗布泊、台特马湖等；二是人工造林及人工草场的用水量，以土地沙漠化的面积不再扩大为原则。贾宝全等认为，生态用水就是环境用水或生态环境用水，并给出了干旱区生态用水的粗略概念：在干旱区内，凡是对绿洲景观的生存与发展及环境质量维护与改善起支撑作用的系统所消耗的水分，称之为生态用水。谢新民等认为：所谓生态需水量是指为解决生态问题（如保护湖泊、湿地、水生生物、生态防护等）所需要的水量。刘昌明根据水资源开发利用与生态用水的关系，提出了“四大平衡”的原理，即水分能量平衡、水盐平衡、水沙平衡与水量平衡（含水资源供需平衡）。钱正英等认为；“从广义上讲，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需要的水，包括水热平衡、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡等所需要的水都是生态环境用水”，“狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总量”，其狭义概念的实质是生态环境建设用水。根据狭义观点，钱正英等从保护和恢复内陆河下游的天然植被及生态环境、水土保持和水保范围之外的林草植被建设、维持河流水沙平衡及湿地水域等生态环境的基流、回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水等方面，估算了全国的生态用水，认为全国的生态用水低限应为800×10⁸～1000×10⁸m³。

综上所述，应该看到，生态需水和环境需水是有区别的：

（1）环境需水是指为保护和改善人类居住环境及其水环境所需要的水量。主要有下列几个方面：①改善用水水质。对于河流，应保证枯水期的最小流量，使其保证河流最基本的环境功能，达到一定的污径比，以改善水质。对于湖泊，主要是加强受污染水体的水量交换，提高水体自净能力和降低单位容积的纳污量，以达到湖泊功能要求和水质标准。②协调生态环境。为维持水沙平衡、水盐平衡及维护河口地区生态环境，需要保持一定的下泻水量或入海水量。③回补地下水。为遏制超采地下水所引起的地质环境问题，需要一定的回灌用水。④美化环境。主要指城市净化、绿化及公园湖泊等用水。

（2）生态需水是指维持生态系统中具有生命的生物物体水分平衡所需要的水量。主要有下列几个方面：①维护天然植被所需要的水量，如森林、草地、湿地、荒漠植被等；②水土保持及水保范围之外的林草植被建设所需要的水量，如绿洲、生态防护林等；③保护水生生物所需要的水量，如维持湖泊、河流中鱼类、浮游植物等生存的用水。

文献[3]主张“生态用水”概念，并定义为“在一定区域，支撑生态系统完整性所需用的水量”，同时指出，在操作时应根据研究区具体情况，划分生态系统类型，进而划分生态用水类型与范围，针对每一生态用水计算区进行计算，再汇总。显然，这里的完整性包含了环境的含义在内。文献中列举了生态用水计算模型和生态用水定额的确定方法，描述了生态用水量与水资源量的关系以及水资源配置中如何考虑生态水的建议。

笔者认为，“环境”与“生态”有交互重叠的部分，但只用“生态需（用）水”或只用“环境需（用）水”都难以完全涵盖用以自然生态系统中的水需用量。因此，采用“生态环境需水量”一词较为贴切。

㈥ （三）流域生态环境需水量综合分析

美国第二次全国水资源评价中，在估计每一个水资源分区内鱼类及野生生物用水量时，以分区河流出流点的月流量状况作为判断，提出了下列评判标准：

1）河道内径流为多年平均流量的60%（即40%为河道外耗水），这是为大多数水生动物在主要生长期提供优良的栖息条件所推荐的基本径流量。

2）河道内径流为多年平均值的30%，这是保持大多数水生动物有较好的栖息条件所推荐的基本径流量。

3）河道内流量为多年平均流量的10%，这是保持大多数水生动物短时间生存条件所推荐的最低瞬时流量。

从各方面综合考虑，可以认为，按照Q90法的结果流量是维持河道内生态环境长期基本需求的“最小流量”；按照Tennant法或湿周法的结果流量是维持河道内生态环境长期较好需求的“适宜流量”；多年平均流量的60%流量是维持河道内生态环境长期优良需求的“理想流量”。此外在多年平均流量的10%的条件下，可以在短期内维持河道内水生生物和生态系统的基本需求。对于调水工程来说，五个断面位于夹河的下游。在河流的上游地区，由于距离取水点较近，且流量一般相对不大，考虑到调水的需要，在此采用Q90法的计算结果为推荐流量，这一流量是维持河道内水生生物和生态系统基本条件的极限流量。此外在枯水季节，河道内的流量可以短时间放低，取多年平均流量的10%作为在枯水季节河道内生态环境需水的短期流量。

㈦ 什么是水电站最小生态下泄流量，如何合理

合不合理是由环保部等专家定的，你就得必须按这个来执行

㈧ 算生态需水的tennant法

Tennant法也称为蒙大拿法（Montana method），是Tennant，D.L等人于1976年提出。他们在1964-1974年对美国蒙大拿、怀俄明及内布拉斯加的11条河流进行了野外研究。通过分析地域、断面和流量变化对渔业的影响，建立了河宽、水深、流速等鱼类栖息地参数与流量之间的关系。多年平均天然径流量的10%是保持河流生态系统健康的最小流量，多年平均天然径流量的30%能为大多数水生生物提供较好的栖息地条件

㈨ 河流位置不同，生态流量怎么确定

河流生态系统的生物组成、结构和功能依赖于河流水流的天然动态变化特征,即河流水文情势。变异性范围法（Range of Variability Approach,RAV）被广泛应用于评估河流生态系统是否得到维护。将RVA法的思路扩展到生态流量的计算,提出了一种简便、立足整体河流水文情势的生态流量估算方法。该方法使用均值与RVA阈值差计算了生态流量值,为维持河流健康生态系统提供支持。将该方法应用于南水北调西线一期工程中泥曲河的生态流量估算,得到引水坝址仁达处年可调径流量为6.44亿m3,与其他生态需水估算方法的结论基本一致。另提出了可支配系数反映河流流量可调用状况。南水北调西线一期工程计划从泥曲调水8亿m3・a-1,从RVA法的理念来看,该方案对仁达至朱巴河段的生态系统将构成威胁,需谨慎实施。

㈩ 蒸腾量的测定方法

目前国内多采用蒸发渗漏仪（Lysimeter）进行蒸腾量研究，通常选择当地植被群落中有代表性的数种植物分别移栽于蒸发渗漏仪中，尽量使仪器内土的结构与实际包气带结构和密度相近，准确测量每日的耗水量和渗漏水量。为保证数据的客观性，每种植物需做2～3组的平行试验。该方法适用于草本和灌木植被群落的蒸腾量的研究，可信度高。

树木蒸腾量的测定方法较多，主要方法有：气孔计法，树液流动法，热脉冲速度法，茎干热平衡法，热消散法，放射性同位素法等。

1.气孔计法

采用美国LI-COR公司的LI-1600稳态气孔计可直接测定叶片的气孔阻力、蒸腾强度、叶面温度、光合有效辐射等项目。

2.树液流动法

L.Fredrik等（2002）指出，正常情况下，树木一天的蒸腾量与树汁的流量相等，因此在日时间尺度上，可以用树汁流量表征蒸腾量。陈仁升（2004）等运用该方法对黑河流域临泽、额济纳旗的树木蒸腾进行了成功的研究。树汁流量传感器由两个探针组成，一个是铜镍合金热电偶，另一个是加热电极探针。将传感器插入树干中，然后每30分钟在采数仪上采集1次温差数据，测量原理为热扩散法。树汁流量计算公式为：

生态水文地质学

式中：u为树汁流量速率（mL/cm²·min¹），dT_night为每日最大温差（一般在傍晚从观测数据中确定，℃）；dT_actual为实测温差（℃）。

生态水文地质学

式中：F为树汁流量（L/day¹）；SA为加热探头处树干截面积（cm²）。

另外的几种方法如热脉冲速度法、茎干热平衡法、热消散法也是基于热扩散法的原理来测定树汁流动速率，从而计算出树木的蒸腾量。