水库对河流径流过程的影响分析

水库对河流径流过程的影响分析

——以故县水库为例

史艳华 邹鹰丰华丽

（南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210029）

摘要:水流情势是河流生境的主要决定因素之一，影响水生生物群落的组成和多样性。水利工程会改变河流的天然水流情势。本文基于Richter提出的生态水文指标体系，分析了洛河流域长水站的生态水文特征变化。结果显示总体上故县水利枢纽对河流天然径流的影响程度较大。

关键词:水利工程；IHA 法；水文特征值

近几十年来,随着河流开发利用程度的不断加大,河流的自然水文情势由于人类活动的干扰或调节,面临不同程度改变,并影响到河流生态系统,致使河流生态系统退化。如何保护和修复河流生态系统成为被关注的焦点与研究的热点。研究表明,河流水文过程与生态系统之间有着十分密切的关系,Leroy Poff等阐述水流情势在支撑河流生物多样性和生态系统完整性方面起着决

定性的作用[1]；Stanford等认为水流是河流生态的驱动力[2],控制着生物栖息的关键因素如水深、流速和栖息空间等。因此,可以借助传统的水文分析方法,通过研究与生物习性相关的河流生态水文因子(要素)的变动,来确定河流生态保护与修复的目标。

Brian D Richter 等于1997 年提出IHA [3]( Indicators of Hydrologic Alteration) 法用于评价人类活动对河流径流过程的影响,分析河流在人类活动干扰前后与生态相关的水文因

子过程变化。国际上许多研究成果采用该方法评价了河流修建大坝、分取水对河流生态水文特性的改变,确定相关河流的生态水文保护目标[4～6]。本文主要应用IHA 法对故县水库的河流径流过程影响进行评价。

故县水库位于黄河支流洛河中游河南省洛宁县境内，水库的开发目标是以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电等综合利用。水库的调蓄作用改变了大坝上下游水文情势，影响了洛河中下游的水生态系统。研究洛河生态水文特征变化，确定并量化生态水文保护目标，可为故县水库的生态调度提供依据。因此，本研究在收集整理长水站1971~2005年共29年的日径流资料的基础上，基于Richter提出的生态水文变动指标体系(IHA)，分析了洛河流域长水站的生态水文特征变化。

1 IHA

IHA指标体系采用32个水文指标变量来评价生态水文状态改变,并将这些指标划归为流量

大小、发生时间、频率、持续时间和变化率等具有生态意义的五大类(表1)。

表1 IHA 法的水文参数及其生态影响

基金项目：国家自然科学基金面上项目--科学基金项目（50509017）

第一作者简介：史艳华(1981—),女(汉族),河南焦作人,硕士研究生,主要从事水文水资源及生态水利研究。

E-mail:yhshi @

IHA 统计组特征水文参数生态系统影响*

月水文值大小数量,时间月平均值1.水生生物栖息可能性

2.水滨植物供水可得性

3.水资源的可获性

4.野生生物饮水易获性

5.影响水温与溶解氧

年水文极值的大小和持续时

间数量,持续时

间

年最小、最大1 天平均值;

年最小、最大3 天平均值;

年最小、最大7 天平均值;

年最小、最大30天平均值;

年最小、最大90天平均值;

1.生物体竞争与忍耐的平衡

2.创造植物散布的条件

3.河渠地形塑造与栖息

地物理条件培养

4.植物土壤含水紧张

5.野生生物脱水

6.水紧张持续期

7.植物群落分布

年水文极值的发生时间时间

年最大1天发生日期;

年最小1天发生日期

1.对生物体压力的预测与规避

2.迁徙鱼产卵信号

高、低流量脉冲的频率和持续时间数量、频率和

持续时间

每年高流量脉冲、低流量

脉冲次数,平均持续时间

1.植物土壤含水紧张的频率与尺度

2.洪泛区水生生物栖息可能性

3.影响床沙分布

水文值的变化率和频率频率,变化率

涨幅年平均值,降幅年平

均值, 上涨次数,下降次

数

1.植物干旱压力

2.非游动性河浜生物体干燥压力

注:*源自Steve Swanson, resource notes No.58 (http:// www.

/ nstc/resources/resnotes.html).

2 改进的IHA法在故县水库的应用

Poff[7]认为当分析的数据的时间序列至少为20年时,由年际气候变化等因素对IHA计算结果的影响,基本上会减少或消除。因此,对于IHA分析数据的时间序列通常不应少于20年。但本文由于资料限制，不适宜采用传统的IHA法计算，而应采用改进的IHA法。改进的IHA法可以选择一个或一组不受人类影响的测站作为气候控制手段，例如水库上游的水文站，“前期”先建立研究站和水库上游站的同步流量之间的统计学关系，然后由此关系推出研究站在没有水库情况下的“后期”流量过程，就可以用IHA法和实际的（有水库在的情况下）“后期”流量进行比较。

长水水文站是洛河上游干流出口控制站，位于故县水库的下游。以故县水库建库前1971～1989年长水站和卢氏站的同步观测资料建立两站日平均流量的回归关系，用此回归关系预测长水站在建库后1994～2005（缺2000、2004）年的日平均流量，作为水库影响前的数据，以实测的1994～2005（缺2000、2004）年的日平均流量作为水库影响后的数据，进行IHA 参数计算。根据IHA 法,需要确定高低流量脉冲的阈值:将长水站建坝前的所有年份日流量值由小到大依次排序,分别取位于75 %和25 %的流量值为高低脉冲流量的阈值,分别为36.5m3/s和11.8m3/s。将水库建造后的水文序列的32个参数进行统计,比较两序列值的差别，见表2。