原标题：基于革新年内展布盘算法的梧桐河流域河流生态基流研究摘 要：为合理确定我国北方径流季节丰枯显著变化河流的生态基流,对年内展布盘算法举行了革新。以松花江一级支流——梧桐河为例,基于宝泉岭水文站1951—2018年逐月天然径流资料,依据流域季节划分时段,盘算各季差别时段90%频率月径流量与多年平均月径流量的同期均值比。联合多年平均月径流历程,确定了梧桐河生态基流;依次与年内展布盘算法、Tennant法、频率排位法、逐月最小值法盘算效果比力,分析本次革新方法盘算效果的合理性。

效果讲明:本次革新法盘算的1～12月生态基流均大于年内展布盘算法的;各季生态基流对应的流量条件对河流生境影响水平依次为“中”“中”“中-好”“很是好”。本次革新法与频率排位法盘算的生态基流年总量相同,4～11月生态基流差异不大,本次革新法盘算的12月～次年3月生态基流稍大。总体上,本次革新法盘算的生态基流更有利于维持河流生境康健与稳定,其径流历程更能体现河流对径流丰枯的季节性需要;研究结果对梧桐河流域生态评价、治理与掩护有一定的参考意义。

关键词：革新年内展布盘算法; 月径流; 生态基流; 梧桐河流域;作者简介：赵越(1988—),女,工程师,学士,主要从事河流生态流量盘算研究。E-mail:xizhuang52629@163.com;引用：赵越，周光涛． 基于革新年内展布盘算法的梧桐河流域河流生态基流研究［J］. 水利水电技术，2020，51( 10) : 167-172.ZHAO Yue，ZHOU Guangtao． Improved annual distribution calculation method-based study on river ecological base-flow in Wutonghe River Watershed［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2020，51( 10) : 167-172.0 引 言河流生态基流系河流、湖泊、沼泽给定的生态情况掩护目的对应的生态情况功效不丧失,需要保留在河流内的最小水量,是河流内生态情况需水要求的下限值;现在,水利工程建设与运行给下游河流带来生态功效削弱、生境破坏等一系列问题。因此,新建水利工程均应思量向下游河流泄放一定的生态流量,即生态基流。

生态基流是涉水建设项目环评的重点评价指标,自20世纪70年月至今,我国专家、学者、工程师一直致力于探索如何合理确定生态基流,并已取得诸多结果。其中,应用最为广泛的是水文学法,比力有代表性的是年内展布盘算法,该方法最初由潘扎荣等提出,通过建设最小年均径流量、多年年均径流量的同期均值比,联合多年平均月径流,确定生态基流;为使该方法适用于我国北方径流季节丰枯变化强烈河流,赵然杭等将同期均值比修改为P=90%特枯年径流量与多年平均径流量的比值,范肖予等把年内划为丰、平、枯水期,依次盘算各期同期均值比。上述方法在某种水平上制止了水文学法将多年平均径流量的特定比例作为生态基流的不足,但对于季节径流悬殊、最小月径流差异显著的北方河流而言,上述方法仍不能满足相关工程设计需要。

鉴此,本文基于河流季节水文历程,联合流域四季划分,以各月90%频率径流量替代各月最小径流量,盘算各季同期均值比,研究了松花江一级支流——梧桐河生态基流,以期为维持河流生态系统康健、指导河流生态掩护事情提供一定的借鉴。1 年内展布盘算法及其革新1.1 年内展布盘算法1.1.1 基本原理年内展布盘算法[5]以长系列天然径流资料为基础,建设各月最小径流量的年均值Qmin、各月多年平均径流量的年均值Q¯的同期均值比,联合各月多年平均径流历程,确定生态基流。

该方法原理如下式中,Q¯为各月多年平均径流量的年均值,万m3;qi为第i月多年平均径流量,万m3;qij为第j年第i月径流量,万m3;n为径流长度;Qmin为各月最小径流量的年均值,万m3;qmin(i)为第i月最小月径流量,万m3;η为同期均值比;Qi为第i月生态基流,万m3。1.1.2 优势与不足年内展布盘算法以天然径流为基础,建设最小年均径流量与多年年均径流量的同期均值比,可弥补以多年平均径流量的特定比例作为生态基流的履历性与主观性,其中多年年均径流量可出现长系列径流总体变化特征、同期均值比适用性强、区域代表性好。

年内展布盘算法确定的生态基流能够在一定水平上体现天然径流年内丰枯特性,但由于径流季节变化显著的河流可能部门月份断流,其最小年均径流量易受极端径流影响,导致盘算效果可能存在偏差,且各月接纳同一均值比不能有效出现径流季节变化显著的河流在年内差别时期的丰枯特征。图1 梧桐河1951—2018年3月天然径流量P-Ⅲ频率曲线1.2 革新年内展布盘算法1.2.1 革新思路为使该方法适用于我国北方径流季节变化显著河流,对原盘算方法举行了革新,盘算步骤如下。步骤1:确定90%频率月径流。

依据天然径流资料,接纳皮尔逊-Ⅲ型曲线对月径流系列频率适线,确定各月90%频率径流量q90%,i。梧桐河1951—2018年3月天然径流P-Ⅲ频率曲线如图1所示。

步骤2:划分年内季节实时段。梧桐河为松花江一级支流,其季节划分效果与松花江保持一致,即春、夏、秋和冬季依次对应4～5月、6～8月、9～10月、11月～次年3月。步骤3:统计时段平均径流量。

统计差别季节内的各月90%频率径流量的时段均值、各月多年平均径流量的时段均值,其盘算公式如下式中,qi为第i月多年平均径流量,万m3;qij为第j年第i月径流量,万m3;i=1～12;Q90%,1、Q90%,2、Q90%,3、Q90%,4依次为春、夏、秋、冬季90%频率各月径流量的时段均值,万m3;q90%,i为第i月90%频率径流量,万m3;Q1、Q2、Q3、Q4依次为春、夏、秋、冬季各月多年平均径流量的时段均值,万m3。步骤4:获得时段同期均值比。划分盘算同一季节内的各月最小径流量的时段均值与各月多年平均径流量的时段均值的比值,其盘算公式如下式中,η1、η2、η3、η4划分为春、夏、秋和冬季的同期均值比。

步骤5:盘算河流生态基流量。联合各月多年平均径流历程,盘算生态基流Qi。式中,Qi为各月生态基流,万m3。

1.2.2 革新方法思路本次革新法保留了原方法可体现长系列径流总体演变特征的优点,又以各月90%频率径流量替代各月最小径流量,各季接纳差别的同期均值比,可使本次革新法的盘算效果能够制止极端径流量影响,适合于确定北方径流季节变化显著河流,这在某种水平上拓展了原方法的适用规模。2 实例盘算与分析2.1 实例盘算2.1.1 流域概况梧桐河起源于小兴安岭东麓邵家店北沟,沿途接纳老梧桐河、鹤立河等,于梧桐河农场南屯注入松花江;梧桐河全长498 km,流域面积4 516 km2,上游山丘区约占80.5%、中下游平原区约占19.5%。梧桐河位于寒温带大陆性季民风候区,多年平均降水量615.2 mm;受西伯利亚内陆冷空气、海洋暖气流季风配合影响,流域四季明白:春季回暖快、降水少、易干旱,夏季降水集中、6～8月降水量占全年的62.3%,秋季降温快、多冻害,冬季严寒而干燥。

2.1.2 基本资料梧桐镇水位站设立于1951年1月,1955年改为水文站,控制流域面积2 548 km2;1972年,测流断面下移20 km,改为宝泉岭水文站,控制流域面积2 750 km2,连续观察至今;本次经耗水量还原、相关插补延长,获得了宝泉岭水文站1951—2018年逐月天然径流资料。梧桐河各月径流累积均值模比系数年际历程如图2所示,至2010年前后,累积均值模比系数基本稳定在1.0左右。

因此,本次接纳的宝泉岭水文站各月多年平均径流量已基本稳定,径流资料有较好的代表性。图2 梧桐河1～12月径流累积均值模比系数年际历程2.1.3 盘算历程基于宝泉岭水文站1951—2018年逐月天然径流资料,根据步骤1～步骤5,联合多年平均月径流q¯,盘算生态基流Qi。

梧桐河生态基流中间变量及结果如表1所列。表1 梧桐河生态基流中间变量及结果2.2 实例分析2.2.1 本次革新法与年内展布盘算法的效果比力基于本次革新法、原方法盘算的梧桐河生态基流如表2、图2所示。表2 本次革新法与原方法盘算的梧桐河生态基流图3 本次革新法与原方法盘算的梧桐河生态基流由表2、图2可知:(1)两种方法盘算的生态基流年内变化趋势基本一致,但本次革新法盘算的1～12月生态基流均大于原方法的。

(2)原方法确定的夏、秋季生态基流偏小,不能使水流将更多的营养物质输移至下游,对下游水生生物发育、繁殖与生长倒霉;冬季生态基流偏小更多,倒霉于下游水生生物宁静渡过年内最危险的时段。总体上,本次革新法盘算结果对河流维持其基本生态功效、保持水生生物基本的流量状态是更有利的。2.2.2 本次革新法与Tennant法的效果比力Tennant法是由Tennant即是1976年提出的,该方法依据流量条件对河流生境影响水平,设定判别河流生境优劣的推荐基流尺度。Tennant法中的各级流量条件对河流生境影响水平的评价尺度如表3所列。

表3 流量条件对河流生境影响水平的评价尺度(Tennant法) 基于Tennant法评价本次革新法盘算的河流生态基流如表4所示。由表4可知:(1)春、夏、秋和冬的生态基流占时段多年平均径流量的比例依次为27.3%、21.5%、21.2%和24.7%,对应的流量条件对河流生境影响水平依次为“中”“中”“中-好”“很是好”。(2)本次革新法盘算的生态基流在春、夏、秋季能够使河流宽度、深度和流速条件处于较好状态,可满足鱼类生育与繁殖的最低需求;在冬季可使河流维持一定的景观水面,鱼类尚能洄游,水深、流速,满足水生物最基本生存需要。

综上,本次革新法盘算效果能够满足河流维持其基本生态功效、保证水生生物有基本的生存空间,是合理的。表4 梧桐河生态基流的Tennant法评价效果2.2.3 本次革新法与其他法的效果比力本次革新法盘算的生态基流与频率排位法、逐月最小值法的盘算效果比力如表5、图4所示。

由表5、图4可知:(1)本次革新法、频率排位法盘算效果较靠近,各月生态基流均大于逐月最小值法的,逐月最小值法盘算的生态基流对河流生境是最倒霉的;(2)本次革新法虽与频率排位法盘算的生态基流年总量相同,4～11月来水较丰,两种方法盘算效果差异不大,但12～3月来水较少,本次革新法盘算的生态基流稍大,对水生物渡过最倒霉的生存时期是更有利的。因此,相较于频率排位法、逐月最小值法,本次革新法的盘算效果是更为合理的。表5 多种方法盘算的梧桐河生态基流历程图4 多种方法盘算的梧桐河生态基流历程 3 结 语(1)本次联合流域四季划分,以各月90%频率径流量替代各月最小径流量,盘算差别季节的同期均值比,对年内展布盘算法举行了革新;经与原方法、频率排位法、逐月最小值法比力,并以Tennant法评价,效果讲明本次革新法盘算的生态基流历程更有助于维持河流生态系统的康健与稳定。

(2)年内展布盘算法是一种便捷、科学简直定河流生态基流的盘算方法,其盘算效果越发贴近河流生态水文历程对年内径流动态需求的实际情况;本次仅从年内分期、同期均值比等方面临该方法举行了开端革新,未来还可实验将其他方法与该方法举行耦合,以便发挥差别方法的优势,越发有效、合理地确定河流生态基流,指导流域河流生态工程设计、生态评价与治理事情。水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文焦点期刊，面向海内外公然刊行。

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