基于改进Tennant法的大沽河河道内生态水量分析研究

郑从奇 庄会波 陈干琴 孙 琳 郭晓娜

目前，河流生态水量的计算方法大致分为水文学法、水力学法、生境模拟法、整体分析法4类，各方法均具有优劣条件。Tennant法是水文学法中应用最为广泛的方法，该法简单易行、便于操作，不需要现场测量，是脱离特定用途的综合性计算方法。但传统的Tennant法作为一种设定标准，在一定程度上不能较好反映河流流量的季节特性，文章以大沽河流域为研究对象，采用南村站实测流量和还原资料，通过改进Tennant法对河道内生态水量进行了分析研究。

一、研究区相关概况

大沽河发源于烟台市辖招远市的阜山，流经莱西、平度、即墨、胶州及城阳等区（市），于胶州市码头村入海。干流长度179 km，流域面积6131.3km2。该流域属暖温带半湿润季风气候区，降水量比较丰沛，但年际变化较大，且有连丰连枯的规律。降水量年内分配不均匀，大约80%集中在6～9月份，尤以7～8月份为最多，约占汛期降水量的70%，年降水天数一般不足90天。

大沽河干流上共有南村、产芝水库、张家院3个水文站，其中南村站系大沽河下游干流控制站，于1951年7月设立，距河口62 km，集水面积3724 km2。南村站以上有小沽河、潴河、五沽河等较大支流。

二、大沽河河道内生态水量计算

根据《河湖生态环境需水计算规范》与《全国水资源调查评价生态水量调查评价补充技术细则》，选择大沽河把口站南村站作为控制断面，进行河道内生态水量计算。同时基于大沽河流域现状调查，未发现明确的指示物种及生态敏感区。因此，根据计算规范，大沽河流域的生态保护目标确定为基本目标，大沽河生态水量为维持大沽河基本形态、生物基本栖息地和基本自净能力等基本生态环境功能所对应的水量，即基本生态需水量。

1.传统Tennant计算方法

Tennant法将全年分为汛期（6～9月）和非汛期（10～5月）两个时段，根据多年天然平均流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系，直接计算维持一定河道功能的生态环境需水量。Tennant法通常将河流流量状况分为8个等级。对一般河流而言，10%的多年平均流量能够为河流生态系统提供短期（最小）的栖息环境。基于大沽河南村水文站1956～2016年逐月天然径流量资料，进一步还现得到61年逐月天然径流量资料，根据大沽河开发利用实际，取相应10%级别比例，并按照汛期、非汛期进行分配，得到大沽河南村站断面生态水量，具体如表1所示。

2.Tennant法的改进

考虑到山东省大沽河为季节性河流，河川径流量年际、年内变化很大，河流的多年平均流量（水量）受极端来水的影响很大。本研究提出改进Tennant计算方法，采用众数法计算值代替河流断面的多年平均天然径流量，以减少极端值对计算结果的影响，在时段划分上，考虑我国北方地区特别是大沽河流域的气候特征，按10～1月 、2～5月 、6～9月三个不同时段计算生态水量。

表1 大沽河南村站基本生态需水量分配表（传统Tennant法）单位：（万m3）

表2 大沽河南村站基本生态需水量分配表（改进Tennant法）单位：（万m3）

众数是统计学名词，是一组数据中出现次数最多的数据，它通常是作为统计分组整理后数据集中趋势的测度值，可以描述和说明统计总体的一般水平，且不会受到极端值的影响，一般可采用经验值或试算法进行计算。

卡尔·皮尔逊认为在适度偏斜的情况下，众数与中位数和算数平均数具有如下的经验公式：

众数试算有两种计算方法：

方法一：找出数据落的最多的区间，求出这一区间的计算平均值作为众数；方法二：找出落在每个区间上的频数大于长系列年/n取整的所有区间，求出这些区间的算数平均值作为众数。

经计算，选择经验值与各段试算值最为接近的一组数作为选定的众数，按三个不同时段对大沽河生态水量进行过程分配，结果如表2所示。

3.不同方法对比分析

为便于比较分析，将多年平均天然月径流量的10%、多年平均天然年径流量的10%、传统Tennant法与改进Tennant法计算结果一并列出，结果见表3与图1。

图1 大沽河南村站生态水量对比散点图

由计算成果和散点图对比可知，南村站生态水量在年内表现出一定的变化，汛期（6～9月）所需要的生态水量较多，非汛期则较少。为实现大沽河流域水资源的高效利用，在选择生态水量计算结果时，应选用符合大沽河水资源开发利用实际、且能反应年内生态水量变化的方案。其中，改进的Tennant法基于大沽河实际考虑，适当降低了生态水量，且根据流域气候特征，按10～次年1月、2～5月、6～9月三个不同时段对生态水量过程进行分配，使计算结果更加科学合理，也比较符合当前大沽河流域水资源短缺的现实情况。

4.满足程度分析

据南村水文站2001～2016年实测月径流量数据，对该断面生态水量满足程度进行分析。总体上大沽河干流生态水量的满足程度较低，其中7月和8月满足程度较高，系列年中有13年达到满足；其次是9月，系列年中有8年达到满足；再其次是2月、5月和10月，系列年中仅有6年达到满足；其余月份满足程度较差，系列年中满足程度都不足5年。全系列中月满足程度为35%，其中汛期为68.8%，非汛期为12.5%。可以看出，大沽河南村站生态水量满足程度较低。根据大沽河南村站2001～2016年实测流量资料数据分析，近16年大沽河断流现象严重，其中最小断流天数为285天，最大断流天数为366天，平均329天实际流量为0，全年生态水量缺失较多。

表3 大沽河南村站控制断面基本生态水量计算结果表 单位：（万m3）

三、结论

（1）传统Tennant法不能较好反映河流的季节性变化，因而在计算河流的生态水量时存在一定的局限性。本研究通过选取众数测算值代替径流平均值，并考虑流域气候、径流特性对传统Tennant法进行了改进，弥补了计算结果受极端值影响的不足，在时段划分上也更符合流域实际情况。

（2）当前大沽河断流现象严重，生态水量满足程度整体较低，未来亟需开展流域的生态水量研究和水调度工作，以解决大沽河流域生态水量不足问题