程国森
云南省水文水资源局曲靖分局 云南曲靖
摘要
云南省滇东北地区岩溶发育，水资源分布不均，水资源开发利用困难，其中最典型的就是黄泥河。河道生态基流是保障河流生态健康的基础，在区域水资源开发利用水资源论证中，一般按多年平均径流量的10%～20%计算生态基流。本文以黄泥河为代表，采用水文学法、水力学法、基流分割法等多种方法计算河道生态基流，为喀斯特山区建设项目水资源论证确定生态流量提供参考。
关键词
滇东北；黄泥河 ；喀斯特山区 ；水资源开发利用；生态基流
1.概述
1.1 流域水系概况
黄泥河发源于云南省曲靖市沾益区东北部乌蒙东麓白水镇潘家洞，流经沾益区白水镇、富源县中安镇、大河镇、营上镇，至新堡电站，新堡电站上游称块择河，其下游称色衣河，九龙河汇入后称喜旧溪河，小黄泥河汇入后称黄泥河，在贵州省兴义市三江口镇汇入南盘江，为南盘江左岸一级支流。河长为232.2km，平均比降为5.2‰，云南省境内流域面积为6577.4km2。
1.2 水资源分配情况
区域内多年平均降水量为1326.9mm，径流深为684.6mm，降水量年内分配不均，主要集中在汛期（5-10月），致使径流量年内分配不均，5-10月径流量约占全年径流量的85%；径流量年际变化大，丰枯水年径流量比约为2.5倍；洪水由暴雨产生，发生的主要时段为6-9月，近年来因单点暴雨突出，洪峰陡涨陡落，单峰居多。
2.生态基流计算方法及结果
国内不同学者对生态环境蓄水概念、计算方法进行了不同的研究，由于出发点和对生态蓄水研究的尺度的不同，目前关于河道内生态流量的计算方法很多，总的来说可以分为四类，即水文学法、水力学法、生境模拟法和基流分割法。
2.1 水文学法
水文学法是从水文学的角度出发，寻找不同的方法计算接近于实际的生态基流的方法。水文学法主要有以下几种：
（1）10年最小平均流量法。
即采用最近10年最枯月平均流量为基础资料，计算平均值作为生态基流。
（2）典型年最小月流量法。
选择满足河道一定功能、未断流，且未出现生态环境问题的某一年为典型年，将典型年最小月径流量作为满足生态环境需水的平均流量。
（3）Q90法。
将90%频率下的最小月平均流量作为河道生态流量。
（4）7Q10法。
用最近10年中每年连续7天最枯的平均流量作为河流最小流量的设计值。
根据流域内站点分布及水文资料，选用资料站点有河边、他谷、妥者、长底、普梯、岔江、乃格沙等水文站的水文资料系列。根据《河道内生态需水评估导则（试行）》的要求，对所用的水文资料进行了一致性、可靠性和代表性分析。
黄泥河主要支流有九龙河和小黄泥河，流域内三片区域（含正源块择河）除人类活动对生态水文系统演变的影响具有强弱不同外，整体性、相似性、地理位置不重叠性和等级性基本相同，所以可以视为一个生态水文系统分析生态基流。
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2.2水力学法
水力学法是以栖息地保护类型的标准设定的模型，根据河道水力参数确定河流生态需水量，主要有R2CROSS法和湿周法。此次计算采用湿周法，建立河道断面湿周与流量的关系曲线，依据该曲线确定变化点的位置，变化点对应的流量即为生态流量。
本次采用水力学法中最常用的湿周法分析河流生态流量。根据湿周法计算原理与站点选取原则，选取河边水文站、岔江水文站、他谷水文站、妥者专用站及小黄泥河汇口（黄泥河大桥断面）、冒水洞电站、长底专用站、九龙河汇口计算生态基流。
各断面不论是用对数函数还是用幂函数拟合湿周～流量关系，用斜率为1确定变化点得到的生态流量都大于用曲率最大法得到的生态流量。然而，曲率最大法确定的变化点合理还是曲率为1法确定的变化点合理，目前还没有一个定论。斜率为1的点表示在该点单位流量的增加会引起单位湿周的增加，但这样的点突变不明显。曲率最大的点相对来讲，更能体现突变点的意义。各水文站（断面）水力学法计算生态流量结果见下表：
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2.3 生境模拟法
河道生态用水一般是基于这样一种假设：保护水生生物指示物种所需的水量与保护整个河流生境所需的水量大致相同。生境模拟法是通过水生生物和河道水力参数来共同确定河道内所需要的合理生态流量，此方法是目前被认为最可信的评价方法。最常用的是鱼类生境法，该法关键是建立流速与流量关系，具有清晰的物理背景，与栖息地有联系紧密，有关研究表明，一般断面平均流速为0.31m/s所对应的流量最适宜鱼类生存。
由于普梯、乃格沙、长底、岔江等站资料不足，他谷水文站受回水顶托，流速与流量关系不稳定，不具备生境模拟法分析的条件，上述各站均未选做代表站分析生态流量。据站点分布和资料分析情况，选取妥者、河边为代表站，用鱼类生境法计算生态流量。以2010年断面平均流速为0.31m/s为基准，计算河边水文站、妥者专用站生态流量分别为4.29m3/s和2.40m3/s。
2.4基流分割法
河川基流量指河川径流量中由地下水渗透补给河水的部分，即地下水对河道的排泄量。基流分割是依据长系列的径流量资料，分割河川基流作为生态基流的方法，是岩溶山区给予水均衡原理探索的结果，黄泥河所在区域属岩溶山区，地表、地下水不间断交互补给，枯季河川基流量基本接近河道内生态流量，能够反映近期河道生态环境现状的流量，所以采用基流分割法分割河川基流量，并选取枯期流量的平均值作为生态基流。
根据流域内水文站分布及水文资料情况，最大限度选取代表站分析生态流量。由于流域内妥者专用站和岔江站资料系列较短，所以选取流域内河边、他谷水文站为代表站，用基流分割法分析河道基流。
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3.喀斯特山区生态基流计算结果分析
黄泥河主要支流有九龙河和小黄泥河，流域内三片区域除了人类活动对生态水文系统演变的影响具有强弱不同外，整体性、相似性、地理位置不重叠性的等级性基本相同，所以可以视为一个生态水文系统分析生态流量。
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由表4可以看出，水力学法受方法限制，推求结果为最小生态需水量，与多年平均流量相比较，大多小于多年平均流量的10%～20%。水文学法（除他谷站外）、生境模拟法和基流分割法计算成果在20%左右，进一步佐证了在水资源开发利用中生态基流计算按多年平均流量的10%～20%计的算法。
喀斯特地区由于裂隙、漏斗、暗河等地下排水通道密如蛛网，形成喀斯特褶皱地区地层易漏水，尽管降水丰富，但土壤浅薄，保水力差，所以喀斯特山区生态环境系统的物质能量转换途径脆弱，对外来影响适应能力弱，对外界变化的影响程度高，敏感性强。
综上所述，结合不同方法计算出的生态基流结果，以及喀斯特山区特殊的地理环境特征，为偏安全考虑，保证喀斯特山区的生态环境不被破坏，建议在水资源开发利用中生态基流的取值按20%计算较为合理，也更加切合实际。本文依据黄泥河流域水文站点、实测水文资料系列长的优势，采用多种方法分析计算，为喀斯特山区生态基流确定做了有益的尝试。
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作者简介：程国森，男，本科，高级工程师，主要从事水资源调查评价工作.