ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—９２３５．２０１３．ｚ１．０１８ ２０１３年增刊１・ＰＥＡＲＬ ＲＩＶＥＲ人民珠江 西江梧州断面生态流量研究 马兴华，解河海，查大伟 （珠江水利科学研究院，广东广州５１０６１１） 摘要：为了研究西江梧州断面每个月的生态流量，以西江干流梧州水文站作为控制断面，分别以生境模拟法、湿 周法、Ｔｅｎｎａｎｔ法、Ｔｅｘａｓ法、最小月平均实测净流量法、基于流域水文循环模型的河流流量计算方法，计算梧州断面 生态流量，并对结果进行综合分析，最后提出适合梧州断面各个月的生态流量推荐值，计算结果合理，能够确保汛 期鱼类的生衍繁殖和非汛期珠江三角洲的生态压咸，对珠江流域水资源总量控制以及水资源优化配置具有重要的 现实指导意义。 关键词：西江；梧州断面；生态流量；计算方法 中图分类号：Ｐ３３３ １概况 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２３５（２０１３）Ｓ（１）－００４７－０３ 资源优化配置具有重要的现实指导意义。 ２河道内生态流量研究方法 西江流域水资源总量较为丰富，但时空分布不均，丰水 期（５—１０月）约占年径流量的７９．１％；枯水期（１１月至次年 ４月）约占年径流量的２０．９％。近年来珠江流域枯季出现连 续偏枯的罕见现象，干旱灾害频繁发生，水资源供需矛盾加 剧，局部地区和局部时段的干旱缺水日益突出，２００９年冬至 ２０１０年年初，西江流域中上游的广西、云南和贵州遭受了百 年大旱，来水偏枯加剧导致西江水位下降、珠江河口咸潮加 剧，下游地区人民的饮水安全、西江干流的航运安全、河流生 ２．１生境模拟法 生境模拟法是将水文过程与水生生物生长阶段结合，通 过控制断面的流量～流速关系计算该断面的适宜生态流量， 在生态资料充足的基础上，运用生境模拟法具有较高的精准 度，在我国长江、黄河、辽河、海河等流域得到较为普遍的应 用 。 ２．２湿周法 命健康等均受到了严重的威胁，制约着流域经济社会的可持 续发展。梧州断面作为西江流域与珠江三角洲的控制断面， ２．２．１基本原理 河道湿周法是利用湿周（指研究河段典型断面水面以下 其生态流量的研究对于西江流域水资源调度，保障珠江三角 洲以及珠海、的供水安全至关重要。 目前，全球约有２０７种计算河流生态需水的方法，可分 为水文学方法、水力学方法、生物栖息地模拟法、整体法、综 合方法及其他方法，并在世界范围内得到应用 。我国对生 横断面的周长）作为栖息地的质量指标来估算期望的河道内 流量值。在临界的栖息地区域（通常大部分是浅滩）现场搜 集河道几何尺寸和流量数据基础上，以临界的栖息地类型作 为河流的栖息地指标。该方法在实际应用中需要确定湿周 与流量之间的关系，河道内流量推荐值可依据湿周～流量关 系曲线中影响点的位嚣而确定（图１）。 ２５ ●—————●————＿．———＿－． 态环境需水的研究始于２０世纪８０年代后期 ，刚开始多集 中在水资源供需矛盾突出以及生态环境相对脆弱和问题严 重的干旱、半干旱和季节性干旱的半湿润地区 －６１。目前， 生态环境需水在我国广大地区均得到了广泛的应用，并且对 其概念和内涵也得到了深入的研究 ，与水有关的生态理论 问题也得到了探讨 。 ——２Ｏ 自ｌ５ ＼ 匿 ／ 、影响点 则１０ 目前，对河道生态流量的研究主要是针对枯水期的最小 ５ ／ 生态流量或者鱼类繁殖期的适宜生态需水量，朱远生等 采用生境模拟法研究了西江梧州断面适宜生态流量。但对 Ｏ 于全年各个月的生态流量较少有研究，文中分别以生境模拟 法、湿周法、Ｔｅｎｎａｎｔ法、Ｔｅｘａｓ法、最小月平均实测净流量法、 图１湿周与流量的关系 基于流域水文循环模型的河流流量计算方法，计算梧州断面 全年每个月的生态流量，对珠江流域水资源总量控制以及水 收稿日期：２０１３－０３－２５ 作者简介：马兴华，男，广西南宁人，主要从事水文学及水资源方面的研究。 ４７ ２．２．２基于湿周法的河道最小生态需水量多目标评价模型 在传统湿周法的基础上，建立了以社会经济用水量最大 （河道流量最小）和河道湿周最大为目标的多目标评价模型， 并用理想点法对模型进行求解。该方法综合考虑了社会经 济用水和栖息地保护对河流流量的需求，有效协调了经济用 水与生态用水之间的矛盾 。 多目标评价模型可以表示为： 闭合流域水资源是保持平衡的，从水文循环的过程出 发，采用水量平衡原理，进行流域生态需水量的估算。思路 是将流域流人水量，跨流域调水量，内源降水补给量相加，再 减去排泄水量，得到实际径流水资源总量，以此作为平衡分 析的总控制量进行水量平衡分析。用总控制量减去国民经济 用水量，得到天然生态直接用水量，再加上国民经济用水后的 回归水量，最终得到生态系统可能实际利用的水资源量。 对于一个闭合流域，基于水量平衡原理来描述流域生态 ［ｍｉｎＱ 《ｍａ【ｘＰ ＝Ｐ （ｐ ） （１） 系统实际利用水资源量可以标示为： ｓ．￡．０≤Ｑ，≤ １ 式中Ｐ ——相对湿周；Ｑ ——相对流量，相对湿周是相对 流量的函数。 为了在确定临界点时消除对坐标轴比例的影响，一般需 要将流量和湿周进行标准化，映射到［０，１］的范围之内，即湿 周与流量均采用相对于某一特征流量及其相应湿周的比值。 考虑到多年平均流量综合反映了流域面积、气候、下垫面等 因素，因此多数情况下会采用多年平均流量作为标准化流量 进行计算比较合适，即相对流量与相对湿周的表达式为：Ｐ ＝Ｐ／Ｐ、Ｑ ＝Ｑ／Ｑ，Ｐ为湿周；Ｑ为流量；Ｑ为多年平均流 量；Ｐ为多年平均流量对应的湿周。 ２．３ Ｔｅｎｎａｎｔ法 Ｔｅｎｎａｎｔ法，也称为“Ｍｏｎｔａｎａ法”，以平均年流量的百分 比作为推荐流量，在不同的月份采取不同的百分比（表１）。 表１ Ｔｅｎｎａｎｔ法对栖息地质量和流量关系的描述 流量及相应栖息地 堡鲞墨堕堡 塑煎里亘坌墼 一的定性描述 般用水期 鱼类产卵育幼期 （１０月至次年３月） （４—９月） ２．４ Ｔｅｘａｓ法 由于Ｔｅｎｎａｎｔ法考虑的是需水目标主要需水时段的水量 均值，其缺点是无法进一步提出各月的生态水量，近年来科 学家在此基础上提出了Ｔｅｘａｓ计算方法。 Ｔｅｘａｓ法主要是将５０％保证率下的月流量也参照表１内 容提出了水量的保障权重比例，作为各月生态水量的计算 基础。 ２．５最小月平均实测净流量法 最小月平均实测净流量法是将河流最小月平均实测径 流量的多年平均值作为河流最小生态需水量。 ２．６基于流域水文循环模型的河流生态需水量计算方法 ４８ Ｑ ＝ＱＩ＋Ｑｄ＋Ｐ— —Ｑ２一Ｑ ＋Ｑ＾ （２） 式中 Ｑ ——实际生态利用水资源量；Ｑ ——流域人流 量；Ｑ 为流域调入水量；Ｐ——降水补给量；Ｅ—— 流域蒸散发消耗量；Ｑ ——流域排水量；Ｑ ——国 民经济用水量；Ｑ ——国民经济用水的回归水量。 当流域面积较大时，往往采用分区计算，本文计算考虑 整个西江流域，因此，采用水资源三级分区进行计算，西江流 域的水资源三级区共有四个，分别为南北盘江区、红柳江区、 郁江区和西江区。 ３西江梧州断面生态流量计算 ３．１计算结果 根据以上介绍的６种方法，对西江梧州断面生态流量进 行分析计算。计算用到的数据有梧州水文站实测大断面资 料，实测流量和水位数据，长系列年、月来水量等数据。运用 基于流域水文循环模型的河流生态需水量计算方法时需要 用到流域内各个计算分区的降雨量、径流量、蒸发量、用水量 等数据。生境模拟法主要是参考文献［１０］的计算结果。 Ｔｅｎｎａｎｔ法是按照河道内生态环境需水量达到“好”的水平 时，依据多年平均流量计算的梧州断面生态流量。Ｔｅｘａｓ法 是在求出梧州水文站５０％保证率下的各个月径流量后，按照 表１中的“好”的水平计算梧州断面各个月的生态环境需水 量。６种方法计算结果汇总如表２所示。 ３．２结果分析 生境模拟法主要是为了满足西江肇庆江段大部分鱼类 生长繁衍期间（６—８月）需水而计算的适宜生态需水量；湿 周法是以湿周作为栖息地质量的指标来估算河道内生态需 水量，其基本假设是只要保护好临界区域水生生物栖息地的 湿周，也就能基本满足非临界区域水生生物栖息地保护的基 本要求；Ｔｅｎｎａｎｔ法是一种考核河道生态环境质量好坏的标 准；Ｔｅｘａｓ法是在Ｔｅｎｎａｎｔ法的基础上把河道内生态需水量分 到每个月份，在考虑生态质量处于“好”的水平下，相比Ｔｅｎ－ ｎａｎｔ法，其枯水期计算结果偏小，而丰水期计算结果偏大；基 于流域水文循环模型的河流生态需水量方法，由于其把弃水 也加入到了河道内生态环境需水量之中，然后平摊到全年， 因此，在非汛期（１０月至次年３月）其计算结果偏大，而在汛 期（４—９月）特别是在大部分育苗生长繁育期的６—８月，其 计算结果偏小；最小月平均实测径流量法计算结果为１ ５５７ ｍ ／ｓ，按照Ｔｅｎｎａｎｔ法评价，在供水期处于“好”的水平，在鱼 类产卵育幼期处于“中”以下水平。另外，根据《珠江流域水 资源综合规划》，西江流域梧州断面生态流量为１ ８００ ｍ。／ｓ， 压咸流量为２ １００ ｍ ／ｓ。 表２ 生态需水量计算结果及推荐方案 计算方法 １ ２ ３ ４ ５ ６ ５２１３ 月份 ７ ５２１３ ８ ５２１３ ９ １０ Ｉｌ １２ 生境模拟法 湿周法 １７９１—１９８２ １５５７ １３４８ ２６９６ １３４８ 最小月平均 实测径流量法 Ｔｅｎｎａｎｔ法 Ｔｅｘａｓ法 ３１８ ３６６ ４７８ ｌ４９０ ２８８６ ５２６５ ６５９５ ４３４９ ４６７３ ２５８６ ８４５ ６３８ ３９３ 水文循环模型法 水资源综合规划 推荐方案 占多年平均 流量的比值 ２ｌ００ ３２．６ ２１００ １８０ｏ ２ｌ００ ２ｌ００ ３２．６ １７９１—１９８２ ｌ７９１—１９８２ １７９ｌ一１９８２ ６．２６ ２９．４ ２６．６ ２９．４ ２６．６ ２９．４ ５２１３ ７７．４ ５２１３ ７７．４ ５２１３ ７７．４ １７９１一ｌ９８２ １７９１一ｌ９８２ ｌ７９１—１９８２ ２６．６—２９．４ ２６．６—２９．４ ２６．６—２９．４ ２１００ ３２．６ 因此，考虑到西江河道水生生态需水要求以及下游三角 洲压咸需水要求，推荐西江干流梧州断面生态环境需水量 参考文献： ［１］王西琴．河流生态需水理论、方法与应用［Ｍ］．中国水利水电出 版社，北京，２００７． 为：１２月至次年２月采用压咸流量２ １００ ｍ ／ｓ，占多年平均 流量的３２．６％，处于Ｔｅｎｎａｎｔ法中的“非常好”的水平；３—５ 月、９一ｌ１月采用湿周法计算成果１ ７９１～１ ９８２ ｍ ／ｓ，占多年 平均流量的２６．６％一２９．４％，处于Ｔｅｎｎａｎｔ法中的“好”的水 平；６～８月采用生境模拟法计算结果５ ２１３ ｍ。／ｓ，占多年平 均流量的７７．４％，处于Ｔｅｎｎａｎｔ法中的“最佳范围”，见表２。 推荐方案既考虑了下游三角洲的压咸流量，又考虑了西 ［２］赵西宁，吴普特，王万忠，等．生态环境需水研究进展［Ｊ］．水科 学进展，２００５，１６（４）：６１７—６２２． ［３］王珊琳，丛沛桐，王瑞兰，等．生态环境需水量研究进展与理论 探析［Ｊ］．生态学杂志，２００４，２３（６）：１１１—１１５． ［４］窦明，谢平，夏军，等．西北地区生态需水的量化与分析［Ｊ］．水 利水电技术，２００５，３６（７）：ｌ９—２２． ［５］王玉敏，冯民权，周孝德，等．渭河干流（陕西段）生态需水量研 究［Ｊ］．人民黄河，２００６，２８（２）：４１—４２． ［６］代锋刚，蔡焕杰，张鑫，等．西北干旱内陆河流域生态需水量理 论初探［Ｊ］．干旱地区农业研究，２００４，２２（３）：１４８—１５３． ［７］左其亭．论生态环境用水与生态环境需水的区别与计算问题 江干流的鱼类生境需水量，能够满足西江梧州段全年各个月 的河道内生态需水量的要求，计算结果合理。 ４结语 梧州断面作为西江流域与珠江三角洲的控制断面，其生 态流量的研究对于西江流域水资源调度，保障珠江三角洲以 及珠海、的供水安全至关重要。 本文分别以生境模拟法、湿周法、Ｔｅｎｎａｎｔ法、Ｔｅｘａｓ法、 最小月平均实测净流量法、基于流域水文循环模型的河流流 量计算方法，计算梧州断面全年每个月的生态流量。 ［Ｊ］．生态环境，２００５，１４（４）：６１１—６１５． ［８］马兴华，崔树彬，安娟．水源区生态补偿机制理论框架研究［Ｊ］． 南水北调与水利科技，２０１１，９（４）：８７—９０． ［９］ＺＵＯ Ｑｉｔｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｊｉｎｘｉｎｇ ａｎｄ ＤＯＵ Ｍｉｎｇ．Ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈ－ ｏｄｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ａｑｕａｔｉｃ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｔｈｅ Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｒ 结合《珠江流域水资源综合规划》，对各种计算方法进行 综合对比分析，提出了适合西江梧州断面生态流量全年各个 ｆＨｕａｉｏｈｅＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄＥｃｏｌｏｇｙ，２０１０， １（４）：３７５—３８２． ［１０］朱远生，翁士创，杨昆．西江千流敏感生态需水量研究［Ｊ］．人 民珠江，２０１１，（３）：１—２． 月的推荐值，推荐方案既考虑了下游三角洲的压成流量，又 考虑了西江干流的鱼类生境需水量，能够满足西江梧州段全 ［１１］彭涛，陈晓宏，王高旭，等．基于湿周法的河道最小生态需水量 年各个月的河道内生态需水量的要求，计算结果合理，对珠 江流域水资源总量控制以及水资源优化配置具有重要的现 实指导意义。 多目标评价模型［Ｊ］．水利水电科技进展，２０１２，３２（５）：６—１０． （责任编辑：程茜） ４９
