滇中引水工程取水口下游金沙江生态流量研究

张世强

云南省滇中引水工程有限公司 云南大理 671000

1 研究区概况

云南省滇中地区是长江流域三大干旱区之一，其水资源量仅占全省的12%。资源性缺水与工程性缺水并存，已成为制约地区经济社会可持续发展的瓶颈。长江流域、金沙江流域综合规划均明确向滇中地区供水是金沙江干流综合利用任务之一。滇中引水工程从云南丽江市石鼓镇金沙江中游干流右岸无坝取水，向昆明、大理、楚雄等6个市（州）35个县（市、区）供水，规划水平年2040年多年平均年引水量34．03亿m3。工程开发任务为解决滇中地区的城镇生活、工业、农业和生态用水。水源工程采用一级地下泵站从金沙江石鼓河段大同取水口引提水，设计引水流量135m3/s。输水干渠总长661．06km，包括隧洞、渡槽等270座建筑物。项目批复的初设总投资825．76亿元。

2 流量历史曲线法研究方法及结果

2.1 流量历时曲线法研究方法

流量持续时间曲线法利用历史流量数据构造每个月的流量持续时间曲线。与累积频率相对应的流量Qp被视为生态流动。根据水利部颁布的《江河湖泊生态环境需水量计算规范》（SL/Z712—2014），p频率为90%或95%。常用的低排水指数Q90是水生生境的最小排水量和危险排水条件警示水资源管理者的临界值。Q90是常用的低流量指数或极低流量条件指数，是保护河流的最小流量[1]。

大同取水口上游约500m设有金沙江石鼓水文站，水文站与取水口之间无支流汇入；故，大同取水口断面可采用石鼓水文站的水文观测资料。本文采用目估适线法对石鼓水文站1953年1月-2011年12月共59年的逐月流量资料进行适线，选用P—Ⅲ型频率分布曲线，频率曲线拟合度较好，拟合度值达0．95以上。

2.2 流量历史曲线法研究结果分析

根据上述长系列月流量P—Ⅲ型频率分布曲线的分析结果见表1。由表1可见，P=90%的月均枯水流量为300．02m3/s。

表1 石鼓水文站月均流量频率计算成果

根据研究河段多年月均流量特征，结合长江流域综合规划关于生态流量要求，推荐P=90%的流量作为最小生态流量的控制值，即 300．02m3/s。

3 栖息地模拟法研究方法与结果分析

3.1 栖息地模拟法研究方法

研究区域为大同取水口下游至虎跳峡前的43．5km 金沙江河道，多年平均流量为1370m3/s。河段平均河宽约341m，平均水深约3．75m。由于河段在垂直方向上的尺度远小于水平尺度，所以适宜用平面二维浅水方程来描述区间水流的运动[2]。本文选用MIKE21Flow Model 对研究河道的水动力场进行数值模拟，据此得到不同流量下的河道流场分布。

栖息地模拟：首先，结合目标鱼类根据各微生境因子的适宜性曲线得到每个单元各影响因子适宜性值；然后，将其组合得到每个单元的组合适宜性值；最后，计算研究河段的加权可利用面积WUA（Weighted Usable Area）。即

本文假设河道底质、水深和流速对长丝裂腹鱼的影响力相同，采用乘积法计算组合适宜性值：

由于研究区域长丝裂腹鱼产卵场主要为河漫滩区，底质主要为砂砾石，区域水流较为简单，适宜鱼类生存，故式中所有单元的=1；所以，这里只考虑流速和水深对栖息地质量的影响。

3.2 栖息地模拟法研究结果分析

通过模型计算得到的研究河段内冷水滩产卵场长丝裂腹鱼可利用栖息地面积WUA与不同流量之间的变化关系[3]。不同流量下长丝裂腹鱼可利用栖息地面积各不相同，但呈先增加后减小的变化趋势。当河道流量在多年平均流量的30%即411m3/s附近时，长丝裂腹鱼可利用栖息地面积会出现拐点最大值。为更加精确寻找最大值，对390-490m3/s区间的流量再次增加了9个工况值进行了更为详细的分析，发现WUA出现拐点最大值时流量正好为411m3/s。结合长丝裂腹鱼产卵繁殖期（4月下旬-6月中旬），对比冷水滩产卵场同时期的流量过程，综合分析，推荐长丝裂腹鱼适宜的生态流量为411m3/s。

4 结语

本文采用流量历时曲线法（水文学法）和栖息地模拟法分别计算大同取水口下游至虎跳峡前的43．5km金沙江河段生态流量。采用流量历时曲线法推荐的最小生态需水流量的控制值为300．02m3/s。采用栖息地模拟法计算在长丝裂腹鱼产卵繁殖期4月下旬-6月下旬，可利用栖息地面积WUA与流量的关系呈先增加后减小的变化趋势。通过试算最终确定WUA出现最大值时流量为411m3/s，该值为目标鱼类产卵繁殖期最适宜生态流量。根据这两种方法计算结果并取其中最大值，研究河道的生态流量最终确定为鱼类产卵繁殖期4月下旬-6月下旬为411m3/s，其余时段为 300．02m3/s。