生态基流

河流生态基流量整合计算模型*

摘要：针对北方地区流域水域生态系统人工化明显和河流断流的现状，提出了河流生态基流量的概念，并分析了其内涵，河流生态基流量包括河道生态基流量、河口生态基流量和湿地生态基流量。河流生态基流量计算应考虑流域内不同水系、不同河段生态环境的差异性和时空变化规律。通过改进生态环境需水量计算方法，分析河流的空间结构特征、各河段的相互关系以及流域的水文特征，提出了整合计算模型。整合计算模型分为 2 类：不同水系和同一水系的整合。同一水系整合计算模型又分为：河流生态基流量整合模型、河流与湿地生态基流量的整合以及河道生态基流量的整合模型。其中最为复杂的河道生态基流量的整合模型共分为 6 种形式：简单式、汇流式、分流式、组合式、交叉式和河口式。研究结果表明：各子系统的生态基流量是河流生态基流量整合计算的基础；河流生态基流量保证系数是计算的重要参数，其值在确定基数的基础上，通过恢复模式和空间优化配置这 2 个影响因子进行调整而得到，取值范围为[0 1, ]；整合计算模型需要明确消耗性生态基流量和非消耗性生态基流量，消耗性生态基流量不受保证系数的影响，非消耗性生态基流量因保证系数取值的不同而变化。

本文拟面向流域水平上河流生态系统的生态恢复，以改善河流生态系统结构与功能的完整性为目标，首次提出河流生态基流量的概念和内涵；在河流和湿地等各子系统计算方法的基础上，针对流域

生态环境特点，初步探讨各子系统生态基流量的关键参数—保证系数的确定，建立生态基流量的整合计算模型。

1 河流生态基流量的概念和内涵

河流生态基流量（River ecological flow）是指为保证河流生态服务功能，用以维持或恢复河流生态系统基本结构与功能所需的最小流量。研究和确定河流生态基流量的目的在于遏止河道断流和流量减少而造成的生态环境恶化，最终实现流域河流生态系统的可持续发展。

在流域尺度范围内，河流生态基流量的概念已经从狭义的河道内流量（basic flow）扩展为以保护生物多样性和恢复河流生态服务功能为管理目标的广义概念，其内涵包括如下 3 方面： 1）河道生态基流量：包含中心河道、河漫滩过渡带所需的生态基流量。中心河道生态基流量是指保护或恢复中心河道水生生物生存所需的最小流量，包括保证水生动物需水的基流量、保证蒸发渗漏需水的基流量、保证栖息地需水的基流量、保证休闲娱乐需水的基流量。河漫滩过渡带生态基流量是指维持或恢复河漫滩生物多样性所需的最小流量，包括保证水生植物需水的基流量、保证水生动物需水的基流量、保证蒸发与渗漏需水的基流量、保证栖息地需水的基流量、保证休闲娱乐需水的基流量。

2）河口的生态基流量：河口生态基流量是指维持或恢复河口生态功能所需的最小入海流量。此项特别针对长期无入海水量河流的生态恢复，其它河流此项与河道生态基流量兼容。河口生态基流量按照

其功能划分包括保证蒸发与渗漏需水的基流量、保证水生植物需水的基流量、保证底栖动物需水的基流量、保证径流量/潮流的基流量、证恢复生物栖息地需水的基流量、保证防止海水入侵需水的基流量、保证提供旅游、景观娱乐需水的基流量。

3）湿地生态基流量：湿地生态基流量是指维持或恢复各类型湿地生态服务功能的最小流量，用于辅助调控河道生态基流量。按照其功能划分包括：保证湿地蒸发渗漏需水的基流量、保证湿地植物需水的基流量、保证湿地土壤需水的基流量、保证湿地动物需水的基流量、保证野生生物栖息地需水的基流量、保证调节气候需水的基流量、保证休闲/旅游需水的基流量。

根据主要生态服务功能确定的以上各项生态基流量，计算时为避免重复参照生态需水量计算的兼容性和最大值原则[ 9]。

2 各生态子系统生态基流量计算方法

2.1 河道子系统

河道生态基流量按照以下公式计算：

QL= ξ1×Qn （1）

其中，QL 为河道生态基流量；ξ1为河道生态基流量保证系数。Qn 为多年平均（月）天然径流量。

河流生态基流量的整合计算需要将河道生态基流量分为河道消

耗水量和生物栖息地需水量，他们的计算方法如下：

Qh= QZ+ QS+ QQ+ Qb （2）

QV= QL− Qh （3）

式中Qh 为河道总耗水量；QZ 为河道蒸发损失量；QS 为河道渗漏损失量；QQ 河道内植被蒸散（发）耗水量；Qb 河岸带植被的蒸散（发）耗水量；QV 为生物栖息地需水量。各分项耗水量计算参考湿地生态环境需水量的计算[9]。

2.2 湿地子系统

湿地系统是通过调蓄洪水来保证流域河流生态基流量，湿地系统通过入湖水量和出湖水量来控制水体交换和水位变化。计算方法如下：

WW= {Wp+Wb+ ξ2[Q + Max(Wq,Ql)+Wn+Wy]}/T （4）式中Wp 为植物需水量；Wb 为地下水补水量；ξ2 为湿地基流量保证系数；Q为土壤需水量；Wq 为生物栖息地需水量；Ql 为景观娱乐需

水量；Wn 为防止岸线侵蚀需水量；Wy 为溶盐洗盐需水量，Wn 和Wy 针

对滨海湿地，对于非滨海湿地Wy

=Wn

= 0；T 为湿地换水系数，湿地的

换水系数用于保证水的流动性，增强自我调节能力，是湿地生态基流

保证机制的关键因子。公式中各分项计算方法参考已有研究

[9，13]

。

2.3 河口子系统

河口生态基流量年际总量( F )为恢复水循环消耗( Fa

)、生物种群

分布( Fb

)及河口生物基本生存环境( Fc

)3 方面基流量的总和。

( ) F = Fa

+ ξ 3

Fb

+ Fc

（5）

式中ξ 3 为河口基流量保证系数；Fa 为保证恢复系统水循环消耗基

流量；Fb 为维持和恢复生物种群分布的基流量；Fc 为维持和保证入海

流量的生态基流量。各分项计算方法参考已有研究

[15]

。

3 生态基流量保证系数的确定

生态基流量保证系数取值范围为：[0 1, ]，对于干流及主要支流，

枯水年、平水年的汛期和丰水年需要保证较高的流量，尤其考虑