辽河流域生态需水量计算及水资源分配研究

曾祥玲

（辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁沈阳 110161）

1 引言

美国渔业与野生生物保护组织（United States Fish and Wildlife Service，USFWS）于20 世纪40 年代提出了河流生态需水量的概念并开始进行研究，当时的河流生态需水量是指避免河流生态系统退化的河道最小流量［1-3］。国内外早期关于河流生态需水量的研究主要是对河道枯水流量的研究，随着研究的深入，河流生态需水量被赋予了更多的内涵与意义［4-8］。目前河流生态需水量是在河道最小生态流量的基础上加入河道稀释自净需水量，河道输沙需水量，河道水盐平衡需水量，河口地区生态平衡需水量，水（湿）生生物栖息地需水量，地下水入渗补给需水量，河流系统中天然和人工植被耗水量，保持水体调节气候、美化景观等功能所损耗的蒸发量等［9-10］。

2 辽河生态需水量计算方法

由于水资源短缺，水资源开发利用率高，辽河流域的水环境问题应加以重视。合理分配河流生态需水比例，进行水资源优化配置，实现水资源可持续利用，是进行水生态恢复的关键，而计算河流生态需水量成为首要解决的问题。

辽河流域的主要环境问题是河道断流、泥沙淤积、地表水污染等［11］，因此，辽河流域应该以解决河道断流、泥沙淤积、水体污染为近期的重要治理目标。根据流域存在的主要生态环境问题来确定河流生态需水量类型。辽河流域生态需水量由河流基本生态需水量、河流稀释自净需水量、河流输沙需水量和河流蒸发需水量4 个部分组成。

2.1 河流基本生态需水量

河流基本生态需水量，又称为河道最小生态流量，是指用以维持河流的基本形态和功能不受破坏，维持水生生物的生长与繁殖所需要的水量。采用月保证率法计算河流基本生态需水量，具体步骤为：根据水文数据，将河流的月天然径流量进行排序。计算不同保证率（25%，50%，75%，95%）及多年平均状态下所对应的各月的天然径流量。以不同的月天然径流量的百分比作为河流基本生态流量的等级，计算得出不同保证率及多年平均状态下的月基本生态需水量。

2.2 河流稀释自净需水量

河流稀释自净需水量采用近10 年最枯（小）月平均流量法计算［12］，即用近10 年最枯（小）月平均流量作为河流稀释自净需水量。该方法是由7Q10 法［13］修改而来的，计算公式如下：

式中，Wd为河流稀释自净需水量，m3；Wij为近10 年最枯（小）月平均径流量，m3。

2.3 河流输沙需水量

河流输沙需水量是指河流为了维持河道水沙平衡所需水量，每年6—9 月为辽河流域汛期，汛期的输沙量约占全年输沙总量的80%以上，因此可以以汛期输沙需水量代替全年输沙需水量，而非汛期的输沙需水量可以忽略。计算公式为：

式中，Ws为河流输沙需水量，m3；η 为输沙效率，即入口断面输沙量与出口断面输沙量的比值；α 为指数，η＜1 时，取α＝1，η＞1 时，取α＝0；Ww为净水量，m3；W为径流量，m3；S 为输沙量，108t；γs为泥沙容量，一般取2.65 t/m3。

2.4 河流蒸发需水量

河流蒸发需水量主要是指由于水面蒸发所需要的补水量。当河流水面蒸发量大于降水量时，河流蒸发需水量为两者之差；当河流水面蒸发量小于降水量时，河流蒸发需水量为0。计算公式如下［14］：

式中，We为河流蒸发需水量，m3；A 为水面面积，m2；E 为水面蒸发量，mm；P 为降水量，mm。

2.5 河流生态需水量计算方法整合

河流的生态需水量按照其功能类型可分两类，分别为非消耗型需水量和消耗型需水量，生态需水量则为这两部分需水量之和。其中非消耗型需水量包括河流基本生态需水量、河流稀释自净需水量和输沙需水量，计算时采用取大原则。消耗型需水量为蒸发需水量［15］。

3 数据来源与分析

本研究所用的数据来源于1996—2010 年中华人民共和国水文年鉴。研究选取辽河干流7 个水文站（福德店、通江口、铁岭、马虎山、平安堡、辽中和六间房）、浑河干流4 个水文站（北口前、抚顺、沈阳和邢家窝棚）、太子河干流5 个水文站（小市、本溪、辽阳、小林子和唐马寨）的天然月径流量、输沙率、降水量和蒸发量等资料。根据辽河流域水文要素变化特征，6—9 月为汛期，7—8 月为主汛期，其他月份为非汛期，将辽河流域的需水过程分为汛期和非汛期，分别计算其生态需水量。

4 生态需水量计算

4.1 基本生态需水量

采用月（年）保证率法计算河流基本生态需水量，由于辽河流域水资源开发利用程度较高，采用河流天然径流量的10%作为河流的基本生态需水量。河流在75%保证率下的基本生态需水量见表1。

表1 基本生态需水量 108 m3

4.2 河流稀释自净需水量

应用近10 年最小月平均流量法计算河流稀释自净需水量，结果见表2。

表2 稀释自净需水量 108 m3

4.3 河流输沙需水量

辽河的输沙功能可在6—9 月完成，根据这一特点，本研究只考虑6—9 月输沙需水量，结果见表3。

表3 输沙需水量 108 m3

4.4 河流蒸发需水量

以相邻2 个水文站中间点为分界，分别计算各水文站的蒸发量，若该水文站没有蒸发量和降水量的相应数据，则采用邻近水文站的数据，结果见表4。

表4 蒸发需水量 108 m3

4.5 河流生态需水量整合

对各水文站区间的生态需水量进行类型整合，在基本生态流量、稀释自净需水量和输沙需水量中选取最大值，再与蒸发需水量进行叠加，计算得出各水文站在75%保证率下的生态需水量，见表5。

表5 生态需水量 108 m3

5 生态需水与水资源优化配置

辽河干流、浑河干流及太子河干流各水文站生态需水量（P＝75%）与多年平均径流量的比值见表6。表6 中所得结果可用于各水文站水资源优化配置，即在进行水资源规划时，各水文站需留出大于该比值的水量，用于生态需水，以保证流域水生态系统健康。

表6 生态需水量与年均径流量比值

6 结论与建议

（1）本研究计算了辽河、浑河及太子河干流的主要水文站的生态需水量，根据水文资料与生态需水量的对比，可以得出在天然径流条件下，各水文站基本都能满足生态需水量的要求，而且还有部分剩余水量，可作为河道外引用水。

（2）辽河、浑河及太子河干流具有明显的季节性，充分利用汛期水量，既可以避免汛期洪水威胁，又可保证非汛期有水可用。因此应充分利用河流的上游水库，在汛期蓄水，在非汛期或枯水年放水，以保持河流基本生态需水量，维持河流基本生态功能。

（3）各水文站生态需水量（P＝75%）与多年平均径流量的比值，可用于各水文站水资源优化配置，即在进行水资源规划时，各水文站需留出大于该比值的水量，用于生态需水，以保证流域水生态系统健康。