松花江哈爾濱段適宜生態(tài)需水量計算

松花江哈爾濱段適宜生態(tài)需水量計算

松花江是中國的第三條河流。黑龍江省大部分地區(qū)位于松花江支流的中間，水資源相對不足。近年來,隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,由于水資源配置的不合理引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題,造成河流生態(tài)用水量得不到有效滿足、河道生態(tài)用水量逐年減少、河流水生生物種群逐年遞減、河床發(fā)生淤積等河流生態(tài)環(huán)境惡化情況出現(xiàn),尤其2004年下游修建了大頂子山航電樞紐后更加速了流域河流生態(tài)系統(tǒng)的惡化,對河流生態(tài)系統(tǒng)健康造成影響,引起了廣泛關注。對河道內(nèi)生態(tài)需水研究成果較多,但對松花江流域研究很少,因此定量確定哈爾濱段生態(tài)需水對松花江河流生態(tài)系統(tǒng)健康保護十分必要。本文運用生態(tài)徑流相關計算方法確定哈爾濱段河道生態(tài)需水量,并采用Tennant法對計算結(jié)果進行評價和對比,研究結(jié)果可為維護松花江河流生態(tài)系統(tǒng)保護和水資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供重要的參考價值。1生態(tài)流量計算方法本文主要選取國內(nèi)常用的逐月頻率法計算研究區(qū)河道生態(tài)徑流。(1)生態(tài)徑流法①次最小(大)值法。采用次最小值法作為該月的最小生態(tài)徑流,改進了因取最小值而給特殊年份的河流水生態(tài)系統(tǒng)帶來風險。計算最大生態(tài)徑流時,同樣依據(jù)該法用次最大值作為該月的最大生態(tài)徑流。②改進后最小(大)生態(tài)徑流法。采用次最小(大)值法計算的最小(大)生態(tài)徑流值,實際此時是天然狀態(tài)下水生生物所能容忍的極限。若在天然情況下水生生物已安全度過,且生態(tài)系統(tǒng)未遭受嚴重的不可恢復的破壞,說明在不考慮水質(zhì)情況下水生生態(tài)系統(tǒng)能適應,水生生物的最低生存條件和生存安全在這個流量條件下能得到保證。若考慮污染物稀釋用水,最小生態(tài)徑流值可能還要相應增大。若考慮到水生生物生存安全性的提高,最大生態(tài)徑流值可能還要有所減小。因此,本文改進了原有的次最小(大)值法,主要步驟為:將每個月多年系列的平均流量降序排列,取保證率為95%(5%)時的流量作為該月的最小(大)生態(tài)徑流值,以剔除極端狀態(tài)的流量值。(2)確定最佳方法評價首先選擇文獻四種逐月頻率計算法計算適宜生態(tài)徑流,并對四種方法進行評價,再根據(jù)水質(zhì)標準要求及哈爾濱的本地用水特點選擇最佳方法,進一步對此方法進行改進和調(diào)整,得到滿足哈爾濱段河流水生態(tài)系統(tǒng)水量水質(zhì)的最佳結(jié)果。(3)河流生境在對河流斷面數(shù)據(jù)進行分析后,依據(jù)流量對應的流速、水深的變幅大小,認為年均流量的10%是河流生境得以維持的最小流量,并以預先確定的年平均流量的百分比將河流生境劃分為不同等級。該法已廣泛用于河道生態(tài)徑流方法的評價。本文用此方法評價計算不同生態(tài)徑流過程的可靠性。2東南角及其周水量、n45843松花江干流哈爾濱水文站位于E126°37′,N45°47′,集水面積3.044×104km2,選用1898～1987年實測逐日流量資料。2.1計算生態(tài)最小流量和生態(tài)所需水量的最佳方法圖1為依據(jù)最小生態(tài)徑流法計算哈爾濱段最小生態(tài)徑流量結(jié)果,表1為最小生態(tài)徑流量及生態(tài)需水量。2.2計算最大生態(tài)流量和最大生態(tài)需求水的計算用選擇次最大值和改進后的方法計算松花江哈爾濱段的最大生態(tài)徑流,計算結(jié)果見圖2,表2為最大生態(tài)徑流量及生態(tài)需水量。2.3保證率及保證率采用保證率冬季80%、春秋75%、夏季50%(方法Ⅰ);采用保證率豐水期50%、平水期70%、枯水期90%(方法Ⅱ);年內(nèi)各月保證率均取50%(方法Ⅲ);采用保證率豐水期用多年平均值、平水期和枯水期分別采用50%和90%(方法Ⅳ)分別計算研究區(qū)的適宜生態(tài)徑流,計算結(jié)果見圖3,表3為方法Ⅲ適宜生態(tài)徑流及生態(tài)需水量計算結(jié)果。3明確規(guī)定生態(tài)徑流的確定運用Tennant法對最大(小)生態(tài)徑流和適宜生態(tài)徑流的計算結(jié)果合理性進行分析與評價,結(jié)果見表4。由表可看出:①改進后的最大(小)生態(tài)徑流計算法評價結(jié)果明顯優(yōu)于次最小值法,該法可提高保證河流水生態(tài)系統(tǒng)健康所需水量的底限。②運用Tennant法對四種適宜生態(tài)徑流保證率選取方法進行評價,方法Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ較理想。四種方法計算的適宜生態(tài)徑流只是從水量的角度出發(fā),但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人類活動對水質(zhì)的影響越來越大,確定最終適宜生態(tài)徑流還需綜合考慮松花江哈爾濱段水生態(tài)系統(tǒng)健康的水質(zhì)要求。根據(jù)2000年《哈爾濱市水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》,通過分析哈爾濱斷面1978～1981年的水質(zhì)實測資料,流量在170～350m3/s范圍都可達到要求的水質(zhì)標準,研究封凍期枯水流量與綜合污染指數(shù)及與酚含量、汞含量、溶解氧含量、離子總量等關系,在現(xiàn)狀污染和加大治理措施情況下,哈爾濱斷面流量為250m3/s為宜,這樣可滿足水源的一定的功能區(qū)劃水質(zhì)標準。由圖3可看出:①方法Ⅰ計算出的適宜生態(tài)徑流過程與多年平均流量年內(nèi)過程線性差異很大,其余3種方法相似,其中方法Ⅲ、Ⅳ計算的線性和流量值更接近多年平均流量年內(nèi)過程。②僅有方法Ⅲ在枯水期時流量值高于水質(zhì)標準范圍的最低值170m3/s,所以四種計算最小生態(tài)徑流的方法中以第三種為最佳。但該法1～3月的流量值小于250.0m3/s,所以將1、3月的適宜生態(tài)徑流調(diào)至為250.0m3/s。2月調(diào)至為本月的多年平均值223.3m3/s,既可保證最接近水質(zhì)要求的適宜流量,還可保證評價結(jié)果為最佳。4改進生態(tài)徑流計算結(jié)果a.選用多種生態(tài)徑流計算法計算松花江哈爾濱段最大(小)生態(tài)徑流和適宜生態(tài)徑流,Tennant法評價結(jié)果說明改進最大(小)生態(tài)