汉江干流汉中(二)水文站断面河道内生态基流计算分析

曹苗苗

(汉中水文水资源勘测中心，陕西汉中723000)

河道内生态环境需水是为了维持河流生态系统一定形态和一定功能、平衡河流开发利用和保护的关系，所需保留在河道内的水量。为满足河流生态环境保护以及水资源开发利用的要求，分别用生态基流、生态环境下泄水量来表示各控制节点不同情况下应该保留在河道内的水量。生态基流是指维持河床基本形态，保障河道输水能力，防止河道断流、保持水体一定的自净能力的最小流量，是维系河流的最基本环境功能不受破坏，必须在河道中常年流动着的最小水量阈值，生态基流一般用流量表示。

1 汉中(二)水文站基本情况

汉中水文站设立于1971年6月，所在地为汉台区天汉大桥断面，是汉江干流的国家重要控制站之一。流域控制面积9329 km2,至河口距离1383 km。汉中水文站2020年1月上迁至上游4.8 km的龙岗大桥断面，更名为汉中(二)水文站，流域控制面积8622 km2，至河口距离为1387.8 km。测验任务有水位、流量、降水、蒸发、墒情等工作任务，长期收集汉江上游流域各项水文特征值，掌握该河段来水量变化规律，为下游防汛抗旱服务，为防汛减灾提供依据；为汉江流域水利工程的规划、设计和综合治理、开发利用水利资源、编制水资源供需计划及水资源管理提供基本数据。汉中水文站建站以来最大流量9520 m3/s，出现在1981年8月22日。实测最大流量8470 m3/s，最高水位506.63 m,最大流速4.35 m/s，最大水深6.1 m,出现在1990年7月6日。

2 河道内生态基流计算

依据《河湖生态环境生态需水计算规范》(SL/Z 712-2014)，生态基流量共有19种计算方法，结合汉中水文站实际情况，本次分析计算采用Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%频率曲线法四种方法计算汉中水文站下游河道基流量，再通过水文比拟法确定汉中(二)水文站断面河道内生态基流量。由于汉中(二)水文站仅在汉江干流上迁4.8 km，流域面积仅减少7.6%，下垫面条件基本一致，因此只需要进行面积修正。

2.1 Q90法

依据汉中水文站1981年～2019年共39年最枯月平均流量资料系列进行频率计算，采用皮尔逊Ⅲ型曲线适线，经矩法计算和计算机适线后确定的统计参数为：多年平均最枯月流量Q均=16.7 m3/s，变差系数CV=0.44，偏态系数按CS=0.53。

汉中水文站1981年～2019年不同频率多年平均流量频率分析成果见表1，汉中水文站1981年～2019年最枯月平均流量频率曲线图1。由表1可知，汉中水文站控制断面处汉江90%频率枯水流量为7.81 m3/s，根据水文比拟法计算得汉中(二)水文站90%频率枯水流量为7.22 m3/s。

表1 汉中水文站不同频率最枯月平均流量表 单位：m3/s

图1 汉中水文站1981年～2019年月平均流量频率曲线图

2.2 多年平均流量的10%～20%

依据《全国水资源调查评价水生态调查补充技术细则》生态基流计算可以用非汛期的生态基流占多年平均天然径流量的比例不低于10%，汛期比例不低于20%来确定。汉中水文站实测1981年～2019年多年平均天然年径流量为33.42亿m3，变差系数CV=0.54，偏态系数按CS=1.36。多年平均流量为106 m3/s，河道基流年需水量为3.342亿m3，河道内生态基流为10.6 m3/s～21.2 m3/s。根据水文比拟法计算得汉中(二)水文站河道内生态基流为9.79 m3/s～19.6 m3/s。汉中水文站1981年～2019年多年平均径流量频率曲线见图2。

图2 汉中水文站1981年～2019年多年平均径流频率曲线图

2.3 近十年最枯月平均流量

根据水文年鉴资料，计算出汉中水文站2010年～2019年10年最枯月平均流量为20.7 m3/s(见表2)，根据水文比拟法计算得汉中(二)水文站控制断面以上近10年最枯月平均流量为19.1 m3/s。

表2 汉中水文站近10年最枯月平均流量统计表 单位：m3/s

2.4 95%频率曲线法

依据汉中水文站1981年～2019年长系列水文资料的月平均流量构建各月水文频率曲线，将95%频率相应的月平均流量作为对应月份的节点基本生态环境需水量，组成年内不同时段值，用汛期、非汛期各月的平均值复核汛期、非汛期的基本生态环境需水量。根据水文比拟法计算得汉中(二)水文站控制断面95%频率相应的月平均流量，结果见表3、表4。

由表3可以看出汉中(二)站年内生态基流分配情况，表4可以看出非汛期汉中(二)水文站生态基流13.4 m3/s，汛期汉中(二)水文站生态基流20.1 m3/s，年平均生态基流16.8 m3/s。

表3 95%频率相应的月平均流量统计表 单位：m3/s

表4 95%频率相应的各时段流量统计表 单位：m3/s

3 汉中(二)站生态基流确定

(1)Q90法、多年平均流量的10%～20%法、近十年最枯月平均流量和95%频率曲线法计算的汉中(二)站生态基流分别为7.22 m3/s、9.79 m3/s～19.6 m3/s、19.1 m3/s、16.8 m3/s，以上四种计算方法由于选取资料的不同计算的生态基流量相差较大。

(2)Q90法以39年实测最枯月平均流量资料系列进行频率计算，取90%频率的最枯月流量作为生态基流，此种方法着重考虑枯水期流量，适合作为汉中(二)水文站旱警流量。

(3)多年平均流量的10%～20%法分别确定了非汛期和汛期生态流量。

(4)近十年最枯月平均流量法资料系列较短，只考虑了近期河道来水量情况，代表性相对较差。

(5)95%频率曲线法反应了汉江干流汉中水文站控制断面以上各月来水实际情况，最小流量出现时间为枯水期12月～3月，灌溉用水量很少，且上游褒河石门水库枯水期进行除险加固，而上游农业灌溉用水主要集中在5月～6月，因此5月～6月实际来水流量偏小。非汛期汉中(二)水文站生态基流13.4 m3/s，汛期汉中(二)水文站生态基流20.1 m3/s。满足非汛期的生态基流占多年平均天然径流量的比例不低于10%(9.79 m3/s)，汛期比例不低于20%(19.6 m3/s)。且95%频率曲线法确定的汉中水文站生态基流18.1 m3/s与2014年水利部长江水利委员会《汉江流域水量分配方案》确定的汉中水文站最小下泄流量22.4 m3/s，计算方法类似、结果相近，选取的资料系列不一致，本次分析计算选取的资料系列最新最全。因此认为95%频率曲线法确定的汉中(二)水文站生态基流最为合理。

4 结语

本文在调查汉中(二)水文站流域现状的基础上，依据《河湖生态环境生态需水计算规范》(SL/Z 712-2014)，结合汉中水文站实际情况选取四种计算方法，并用相似流域水文比拟法确定汉中(二)水文站生态基流。结果表明，四种计算方法所得的结果虽然不尽一致，但都有理有据，最终采用95%频率曲线法确定的汉中(二)水文站非汛期生态基流13.4 m3/s，汛期生态基流20.1 m3/s，年平均生态基流16.8 m3/s。为维护河道生态平衡，进行水量控制、调度管理提供技术支撑。