松花江哈尔滨段适宜生态需水量计算

松花江哈尔滨段适宜生态需水量计算

松花江是中国的第三条河流。黑龙江省大部分地区位于松花江支流的中间，水资源相对不足。近年来,随着经济社会的快速发展,由于水资源配置的不合理引发了一系列生态环境问题,造成河流生态用水量得不到有效满足、河道生态用水量逐年减少、河流水生生物种群逐年递减、河床发生淤积等河流生态环境恶化情况出现,尤其2004年下游修建了大顶子山航电枢纽后更加速了流域河流生态系统的恶化,对河流生态系统健康造成影响,引起了广泛关注。对河道内生态需水研究成果较多,但对松花江流域研究很少,因此定量确定哈尔滨段生态需水对松花江河流生态系统健康保护十分必要。本文运用生态径流相关计算方法确定哈尔滨段河道生态需水量,并采用Tennant法对计算结果进行评价和对比,研究结果可为维护松花江河流生态系统保护和水资源的可持续开发利用提供重要的参考价值。1生态流量计算方法本文主要选取国内常用的逐月频率法计算研究区河道生态径流。(1)生态径流法①次最小(大)值法。采用次最小值法作为该月的最小生态径流,改进了因取最小值而给特殊年份的河流水生态系统带来风险。计算最大生态径流时,同样依据该法用次最大值作为该月的最大生态径流。②改进后最小(大)生态径流法。采用次最小(大)值法计算的最小(大)生态径流值,实际此时是天然状态下水生生物所能容忍的极限。若在天然情况下水生生物已安全度过,且生态系统未遭受严重的不可恢复的破坏,说明在不考虑水质情况下水生生态系统能适应,水生生物的最低生存条件和生存安全在这个流量条件下能得到保证。若考虑污染物稀释用水,最小生态径流值可能还要相应增大。若考虑到水生生物生存安全性的提高,最大生态径流值可能还要有所减小。因此,本文改进了原有的次最小(大)值法,主要步骤为:将每个月多年系列的平均流量降序排列,取保证率为95%(5%)时的流量作为该月的最小(大)生态径流值,以剔除极端状态的流量值。(2)确定最佳方法评价首先选择文献四种逐月频率计算法计算适宜生态径流,并对四种方法进行评价,再根据水质标准要求及哈尔滨的本地用水特点选择最佳方法,进一步对此方法进行改进和调整,得到满足哈尔滨段河流水生态系统水量水质的最佳结果。(3)河流生境在对河流断面数据进行分析后,依据流量对应的流速、水深的变幅大小,认为年均流量的10%是河流生境得以维持的最小流量,并以预先确定的年平均流量的百分比将河流生境划分为不同等级。该法已广泛用于河道生态径流方法的评价。本文用此方法评价计算不同生态径流过程的可靠性。2东南角及其周水量、n45843松花江干流哈尔滨水文站位于E126°37′,N45°47′,集水面积3.044×104km2,选用1898～1987年实测逐日流量资料。2.1计算生态最小流量和生态所需水量的最佳方法图1为依据最小生态径流法计算哈尔滨段最小生态径流量结果,表1为最小生态径流量及生态需水量。2.2计算最大生态流量和最大生态需求水的计算用选择次最大值和改进后的方法计算松花江哈尔滨段的最大生态径流,计算结果见图2,表2为最大生态径流量及生态需水量。2.3保证率及保证率采用保证率冬季80%、春秋75%、夏季50%(方法Ⅰ);采用保证率丰水期50%、平水期70%、枯水期90%(方法Ⅱ);年内各月保证率均取50%(方法Ⅲ);采用保证率丰水期用多年平均值、平水期和枯水期分别采用50%和90%(方法Ⅳ)分别计算研究区的适宜生态径流,计算结果见图3,表3为方法Ⅲ适宜生态径流及生态需水量计算结果。3明确规定生态径流的确定运用Tennant法对最大(小)生态径流和适宜生态径流的计算结果合理性进行分析与评价,结果见表4。由表可看出:①改进后的最大(小)生态径流计算法评价结果明显优于次最小值法,该法可提高保证河流水生态系统健康所需水量的底限。②运用Tennant法对四种适宜生态径流保证率选取方法进行评价,方法Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ较理想。四种方法计算的适宜生态径流只是从水量的角度出发,但随着社会经济的发展,人类活动对水质的影响越来越大,确定最终适宜生态径流还需综合考虑松花江哈尔滨段水生态系统健康的水质要求。根据2000年《哈尔滨市水资源可持续利用规划》,通过分析哈尔滨断面1978～1981年的水质实测资料,流量在170～350m3/s范围都可达到要求的水质标准,研究封冻期枯水流量与综合污染指数及与酚含量、汞含量、溶解氧含量、离子总量等关系,在现状污染和加大治理措施情况下,哈尔滨断面流量为250m3/s为宜,这样可满足水源的一定的功能区划水质标准。由图3可看出:①方法Ⅰ计算出的适宜生态径流过程与多年平均流量年内过程线性差异很大,其余3种方法相似,其中方法Ⅲ、Ⅳ计算的线性和流量值更接近多年平均流量年内过程。②仅有方法Ⅲ在枯水期时流量值高于水质标准范围的最低值170m3/s,所以四种计算最小生态径流的方法中以第三种为最佳。但该法1～3月的流量值小于250.0m3/s,所以将1、3月的适宜生态径流调至为250.0m3/s。2月调至为本月的多年平均值223.3m3/s,既可保证最接近水质要求的适宜流量,还可保证评价结果为最佳。4改进生态径流计算结果a.选用多种生态径流计算法计算松花江哈尔滨段最大(小)生态径流和适宜生态径流,Tennant法评价结果说明改进最大(小)生态