党河最小生态流量探析

党河最小生态流量探析

强盼盼

甘肃省水利水电勘测设计研究院 甘肃兰州 730000

摘要：河流最小生态流量是水利水电工程开发利用水资源时需要保障的河道内最小流量，也称生态基流。常用的确定方法有水文学法、水力学法等，水文学方法主要有六种。本文利用水文学方法对党河干流最小生态流量进行了探析，并对各方法分析结果进行比较选用，最终确定了党河干流最小生态流量。

关键词：最小生态流量；水文学方法；生态需水量；Q_p法；频率曲线法；Tennant法

1 最小生态流量分析方法

河流最小生态流量的狭义概念是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善而需要消耗的流量，包括保护和恢复内陆河流下游的天然植被和生态环境，维持河流水沙平衡、湿地及水域等生态环境的基流^[1]，也称为生态基流。此概念是为在水利水电工程开发利用水资源时河道内生态系统可免受显著不利影响而提出的^[2]。

河流最小生态流量的确定方法常用的有水文学法、水力学法等，水文学法在有水文测站、并有长期径流观测系列的河流上更为常用，水文学方法主要有六种，包括Q_p法、流量历时曲线法、7Q₁₀法、近10年最枯月平均流量法、Tennant法、频率曲线法^[3]。

1. Q_p法

又称不同频率最枯月平均值法，对节点天然月平均流量、月平均水位或径流量（Q）长系列（n≥30年）按最枯月排频，选择不同频率下的最枯月平均流量、月平均水位或径流量作为节点基本生态环境需水量的最小值。频率P视河湖水资源开发利用程度、规模、来水情况等实际情况确定，宜取90%、95%。

2. 流量历时曲线法

利用历史流量资料构建各月流量历时曲线，应以90%或95%保证率对应流量作为基本生态环境需水量的最小值。该法至少需分析20年的日均流量资料。

3. 7Q₁₀法

又称最小流量法，通常选取90%~95%保证率下、年内连续7天最枯流量值的平均值作为基本生态环境需水量的最小值，也可采用一年364天都能满足的流量。该法适用于水量较小、且开发利用程度已经较高的河流，使用时应有长系列水文资料。

4. 近10年最枯月平均流量法

缺乏长系列水文资料时，可用近10年最枯月（旬）平均流量、月（旬）平均水位或径流量，即10年中的最小值，作为生态基流。

5. Tennant法

该法作为经验公式，主要适用于北温带较大的、常年性河流，作为河流规划目标管理、战略性管理方法^[4]。水资源短缺、用水紧张地区河流，可在表1“好”的分级之下，根据节点径流特征和生态环境状况，选择合适的生态环境流量百分比值。

表1 不同河道内生态环境状况对应的流量百分比（单位：%）

6. 频率曲线法

用长系列水文资料的月平均流量、月平均水位或径流量的历史资料构建各月水文频率曲线，将95%频率对应的月平均流量、月平均水位或径流量作为对应月份的节点基本生态环境需水量。频率宜取95%，也可根据需要做适当调整。该法一般需要30年以上的水文系列数据。

2 党河最小生态流量确定

2.1 党河流域概况

党河位于酒泉市西部、河西走廊最西端，发源于疏勒南山的崩坤大板、宰里木克和党河南山东部的巴音泽尔肯果勒及诺干诺尔，主要依靠冰川冰雪融水、泉水和大气降水补给。党河干流流经酒泉市肃北蒙古族自治县和敦煌两县市，经肃北、阿克塞和敦煌利用后，余水汇入疏勒河并最终流入敦煌西湖。

党河流域的月牙湖、党城湾、沙枣园、西千佛洞等处均曾布设水文站点，其中只有党河干流的党城湾、沙枣园水文站观测资料完整，精度高，资料系列较长。党城湾水文站1965年设站至今，控制流域面积14325km²，沙枣园水文站是党河水库的入库流量观测站，1954年设站，控制流域面积16958km²，1972年12月下迁2km，控制流域面积16970km²。

2.2 党河生态流量调查

2015年，党城湾断面来水为偏丰水年，全年平均下泄生态流量11.52m³/s，最枯月下泄生态流量6.10m

³/s，占多年平均流量的55%。

2015年，党河水库来水为丰水年，全年平均下泄生态流量3.85m³/s，占多年平均流量的37%，3月份下泄生态流量为0，下游河道基本干涸。党河水库向敦煌市供水，由于敦煌市经济社会发展对水资源的开发利用程度较高，全年生态下泄水量占其多年平均流量的比例在丰水年为37%，在平水年为13%，且出现不同程度的河道断流现象。

2.3 党河最小生态流量分析

根据水文资料的系列长度、时间尺度等特征，结合各方法的适用条件，选取了水文学方法中的Q_p法、Tennant法和频率曲线法分析党河最小生态流量。

1. Q_p法

分别对党城湾水文站1966~2009年、沙枣园水文站1964~2015年历年各月天然径流系列进行最枯月径流统计，并将季节性无水期排除在外，得到系列长度分别为44年、52年的最枯月径流系列，采用PⅢ型曲线适线，得到最枯月径流统计的三参数。

其中：党城湾水文站最枯月多年平均径流为6.31m³/s，Cv值为0.157，Cs/Cv为2；沙枣园水文站最枯月多年平均径流为3.38m³/s，Cv值为0.80，Cs/Cv为2.5。党城湾水文站最枯月多年平均径流量为0.169亿m³，P=95%的最枯月径流量0.128亿m³；沙枣园水文站最枯月多年平均径流量为0.0905亿m³，P=95%的最枯月径流量为0.0217亿m³。

党河为水资源开发利用程度高的河流，因此以95%的最枯月径流作为节点基本生态环境需水量的最小值，即党河党城湾断面最小生态流量为4.77m³/s，党河水库断面最小生态流量为0.81m³/s。

2. Tennant法

党河枯水时段为11月~次年3月，丰水时段为4~10月。分别统计各水文站丰、枯水时段的平均流量，得到：党城湾丰、枯水时段多年平均天然流量分别为13.69m³/s、7.67m³/s，沙枣园丰、枯水时段多年平均天然流量分别为12.7m³/s、6.77m³/s。

在表1“好”的分列中，丰、枯水时段党河河道内生态环境需水分别占同时段多年平均天然流量的40%和20%，即：党城湾断面丰、枯水时段生态基流分别为5.48m³/s、1.53m³/s；党河水库断面丰、枯水时段河道内生态基流分别为5.08m³/s、1.35m³/s。

3. 频率曲线法

分别对党城湾、沙枣园水文站年内12个月的各月天然径流系列采用PⅢ型曲线进行频率分析，将95%频率对应的月平均流量作为对应月份的控制断面基本生态环境需水量。经分析，党河两个控制断面年内各月最小生态流量见表2。

表2 党河控制断面最小生态流量计算成果（单位：m³/s）

2.4 党河最小生态流量的确定

党河党城湾Q_p法和Tennant法分析成果接近，而党河水库Q_p法和Tennant法分析成果相差较大，主要原因为：Q_p法基于最枯月径流量，而党河水库最枯月径流年际、年内变化更为剧烈，Cv值达到0.8，党城湾Cv值仅为0.157。频率曲线法分析成果则明显偏大。

3 结论

党河是敦煌的母亲河，承载着敦煌市的发展命脉，河流水资源开发利用程度较高，频率曲线法分析结果难与经济社会发展对党河水资源的需求相平衡，Q_p法分析结果难以满足丰枯变化剧烈的较大河流的不同时期河流生态系统水量需求，因此宜选择Tennant法分析结果作为党河党城湾断面的最小生态流量，即党城湾断面枯水期11月~次年3月最小生态流量按1.53m³/s控制，丰水期4~10月最小生态流量按5.48m³/s控制。依照Tennant法的经验，可使党河干流河道生态系统恢复至“好”的状态。

参考文献：

[1]宋进喜，李怀恩，王伯铎，河流生态环境需水量研究综述[J]，水土保持学报，2003，17（6）:95-97.

[2]谭红武，刘兰芬，河流中水利工程下游最小生态流量确定方法研究[J]，水力学与水利信息学进展，2005：134-139.

[3]李丽娟，郑红星，海滦河流域河流系统生态环境需水量计算[J]，地理学报，2000，55（4）:496-500.

[4]谭红武，刘兰芬，陈凯麒，等，河流中水利工程下游最小生态流量确定方法研究——以海南省宁远河大隆水利枢纽为例[C]，国家环保总局，2005：139-146.