广东省河道生态基流定量分析研究(1)
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Research on the Quantitative Analysis of Ecological Base Flow in Typical River Sections of Guangdong Province
CHE N H an 1, SH A O D ong- gu o1 , WU J un- xiao2 , WA N G Q ing2 ( 1. S t ate K ey L abor atory of Wat er R esour ces & H y dr op owe r Eng ine eri ng S ci ence , W uhan Uni v ersi ty , Wuh an 430072, China;
# 92 # 生 态 与 环 境
陈 菡等 # 广东省河道生态基流定量分析研究 流域面积在 30 000 km2 以上的有东江、北江、西江和韩江, 是 广东省的 4 大主要河 流。珠江 流域 面积 为 45. 4 万 km2, 在 广东境内 11. 1 万 km2 , 仅占全流域的 24. 5% , 却占广东全省 陆地面积的 62. 5% 。
2. W ate r Resourc es D e par tmen t of Guang dong P rov inc e, G uang zh ou 510635, Chi na) Abstract: A iming at en vi ron men tal i ssues in G uan gdon g Province such as encroach ment of sal t t ide, severe w ater con taminat ion, negat ive ef f ect s of res ervoirs an d h ydropow er st at ions on t he dow n st ream ri ver environment , w e cal culat ed t h e river ecological b as e f low in t ypical river sect ions of Guangdong Provi nce by int egrat ing exis t ing cal culat ion m et hods of ecological base flow w it h t he pu rposes of sat isf ying t he m os t b asi c river f un ct ion of dilut ion and self-pu rificat ion, as w el l as m aint aining t h e river st abilit y and bi odiversit y, . Bas ed on t he analysis of th e p ros and cons of dif f erent m et hods ( T ennant met h od, M ont h ly G uarant eed Frequ ency m et hod, 7Q 10 met h od and t he min imum mont hl y discharge met hod) , and t h eir adopt ion condit ions, as w ell as t hei r calcul at ed out comes un der diff erent guarant eed rat es, w e recommend t he river ecological base f low under t h e guarant eed rat e of 75% as t he criterion and s uggest th at t he river ecological base fl ow of G uangdong Province s hould accoun t for 10% ~ 21% of t he m ult-i year average runof f . Key words: river ecological f low; hydrological st at ist ic; spat ial variat ion
第 9卷 第 1期 2011 年 2 月
南 水 北调 与 水 利 科 技 Sout h- to-N ort h Wat er Diversion and Wat er Science & T ech nology
Hale Waihona Puke Baidu
doi : 10. 3724/ SP. J. 1201. 2011. 01092
V ol.9 N o.1 Feb. 2011
迄今为止, 广东 省已开 展了 大量的 河流 开发利 用建 设。 在防 洪减灾、保障经济社会发展等方面 做出了巨 大贡献的同 时也 面临了一些新问题: 河流水系上大 量水库及 水闸不合理 调控, 导 致下游 河道流 量减少、泥沙 淤积、咸潮 上溯、河道萎 缩与水生生物退化等, 导 致了河 流生 态过 程与功 能的 破坏; 经济的高速发展、人口的快速 增长、城 市化进程 的加快, 使 得
区域内用水急剧上升; 鱼类的过度捕捞、水污染的增加使得 鱼 类的减少, 以及水利工程 建设导致水 文条件的 变化从而对 鱼 类繁殖期的影响都对物种多样性造成了一定程度破坏。因 此 以维持河道生态系统生态平衡、保持流域整体性、连续性等特 征为目的, 研究广东省河道生态基流是非常必要和紧 迫的。
本文将在水文学方法的基础上, 以广东省典型河道为例, 进行河流基本生态需水的 概算, 对广 东省水资 源综合 开发与 管理、丰富和完善河道生态需水理论与应用, 具有参考意义。
广东省河道生态基流定量分析研究
陈 菡1, 邵东国1, 吴俊校2, 王 庆2
( 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重 点实验, 武汉 430072; 2. 广东省水利厅, 广州 510635)
摘要: 针对广东 省咸潮上溯、水污染严重及水库、水电站建设对下游河道生态环境的影响等问题, 以满足河流最基本的 稀释自净功能、维持河道稳定及生物多样性为目的, 综合国 内外现有多 种生态流量 计算方法, 对广东 省典型河 道断面 的生态基流进行了计算分析。通过分析不同的方法( T ennant 法、月保证率法、7Q 10 法、最小月 平均实测 径流量法) 的 优劣与适用性条件以及不同保证率下的计算结果, 提出可 以 75% 保 证率下 河道生 态基流为 标准, 建议 广东省河 道生 态基流量控制在诸断面多年平均径流总量的 10% ~ 21% 。 关键词: 河道生 态流量; 水文统计; 空间变异性 中图分类号: X 171 文献标识码: A 文章编号: 1672- 1683( 2011) 01-0092- 04
1 研究区概况
广东省河流众多, 全省集水面积 在 100 km2 以上的干支 流河道共有 542 条, 其中 省际河流 52 条, 珠 江三角洲网河区 有重要水道 26 条。 众多河 流中, 主 要河流 有珠 江水系 的东 江、北江、西江和非珠 江水 系的韩 江、榕江、漠阳 江、鉴江 等,
收稿日期: 2010-11- 02 修回日期: 2010-12-11 基金项目: 水利部公益性行业科研专项经费项目( 2010332089) ; 广东水利科技创新与推广项目资助 作者简介: 陈 菡( 1986-) , 女, 湖北荆门人, 硕士, 主要从事水资源规划管理及水环境等方面的研究。
水资源是人类生存和经济社会发展的 物质基础, 同时也 是生 态与环境保护的关键。由于在一段时 期内, 人们只注重 生产和生活用水, 忽 视生 态环境 需水, 没 有考虑 人与 河流的 和谐发展, 造成生态用水紧张和局 部生态系统 失衡。生态需 水研究是合理配置水 资源、实现 水资 源可 持续利 用的 基础, 尤其 在既能满足水资源合理开发利用和保 护的要求, 又能够 发挥 最佳效益的新的水资源管理模式下, 生态与 环境问题越 来越受到重视[1] 。
广东省水资源量与国内其他省区相比 较为丰富, 多年平 均降 水量 1 774 mm, 为 全国 均值 的 2. 7 倍; 地 表水 资源 量 4 380 亿 m3 ( 含来自珠江、韩江等上游注入本省的客水) 。
广东省河流分布状况, 可概分为 3 类 4 区: 珠江流域内 4 大水系诸河, 基本上由西、北、东三面向 珠江三角 洲网河区汇 流, 然后由三角洲网 河区分 8 个 口门 入海; 而在 粤东 沿海和 粤西沿海两区, 除雷 州半 岛上的 河流 外, 基本上 是平 行从北 向南流, 注入南海。
对部分站点多年天然径流资料进行分 析, 可 分别得出最 大、最小、平均年径流量及最大、最小值 占多年平 均年径流量 百分比见图 1。图 2 表示各站点多年年径流 量的分布情况。
图 1 各站点天然径流量情况 Fig. 1 N at ural ru noff at hydrological st at ions
图 2 各站点天然径流量分布情况 Fig. 2 N at ural runof f dist ribut ion at hydrol ogical st at ions
2 计算方法
目前提出和形成的 河流 生态 需水计 算方 法已 达 200 余 种, 分类方法也较多。我国从 20 世纪 90 年代开始 进行生态 需水的研 究, 形 成 了 较 为 完 备 的 生 态 需 水 理 论 体 系 和 方 法[ 2-8] 。就我国河流系 统生 态需水 的研 究而言, 已 有成 果主 要是借鉴国外的 相关研 究理 论和方 法[6] 。在我 国现 阶段要 进行 深入的河流生态需水研究还存在各种 困难, 主要限制于 各种生物资料 的获 取, 但 可以 从水 文 水力 学的 角 度展 开研 究。一方面, 各流域 的水 文资料 丰富 翔实, 较为 可 靠; 同 时, 这些简化的研究也是进 行河 流生物 完整 性研究 的前 提和基 础[ 9] 。较为常用的 研 究方 法可 以 分为 三 类: 一 是标 准 流量 法, 如 7Q 10 法[ 10] 、T ennant 法[ 11] 、最小 月 平均 实 测 径 流量 法[ 12] 等; 二 是 基 于 水 力 学 基 础 的 水 力 学 法, 如 R2CRO SS 法[ 13] 、湿周法[14] 等; 三是基于生物学基础的栖息地法, 如 IFIM ( 河道内流量增加法) [15] 、CASIM I R 法[16] 等。
本文重点运用了水文学方法, 将几 种常用方 法计算所得 结果进 行分析比较, 得出适用于广东省 各流域的 生态基流阈 值。T ennant 法是以历史流量为基础确定河道的生态需水量 的水文 学方法, 它采用年平均天然径流 量的百分 比作为推荐 流量, 在不同月份采 用不 同百分 比来 估算河 道生 态需 水量。 7Q 10 法, 即 90% 保证率连续 7 天最枯 平均 流量。由 于该标 准要求比较高, 鉴于 我国的 经济 发展 水平比 较落 后, 南北方 水资源情况差别大, 我 国在5 制 定地 方水 污染物 排放 标准的 技术原则和方法6( G B 3839- 83) 中规 定: 一 般河 流采用 近 10 年最枯 月平均流量或 90% 保证率最枯 月平均流量[ 17] 。最小 月平均实测径流量法采 用河流 最小 月平 均实测 径流 量的多 年平均值作为河流的基本需水量。月( 年) 保证率设定 法, 根 据系列水文统计资料, 在不 同的月 ( 年) 保证 率前 提下, 以不 同的天 然平均年径流量百分比作为河道环 境需水量 的等级, 分别计算不同保证率、不同等级下的月( 年) 河道 基本环境需 水量, 并以计算出的 河道基 本环 境需 水量作 为约 束条件, 可 以计算 相应于不同水质目标的污染物排放 量及废水 排放量, 以满足河流的稀释自净功能[18] 。
CHE N H an 1, SH A O D ong- gu o1 , WU J un- xiao2 , WA N G Q ing2 ( 1. S t ate K ey L abor atory of Wat er R esour ces & H y dr op owe r Eng ine eri ng S ci ence , W uhan Uni v ersi ty , Wuh an 430072, China;
# 92 # 生 态 与 环 境
陈 菡等 # 广东省河道生态基流定量分析研究 流域面积在 30 000 km2 以上的有东江、北江、西江和韩江, 是 广东省的 4 大主要河 流。珠江 流域 面积 为 45. 4 万 km2, 在 广东境内 11. 1 万 km2 , 仅占全流域的 24. 5% , 却占广东全省 陆地面积的 62. 5% 。
2. W ate r Resourc es D e par tmen t of Guang dong P rov inc e, G uang zh ou 510635, Chi na) Abstract: A iming at en vi ron men tal i ssues in G uan gdon g Province such as encroach ment of sal t t ide, severe w ater con taminat ion, negat ive ef f ect s of res ervoirs an d h ydropow er st at ions on t he dow n st ream ri ver environment , w e cal culat ed t h e river ecological b as e f low in t ypical river sect ions of Guangdong Provi nce by int egrat ing exis t ing cal culat ion m et hods of ecological base flow w it h t he pu rposes of sat isf ying t he m os t b asi c river f un ct ion of dilut ion and self-pu rificat ion, as w el l as m aint aining t h e river st abilit y and bi odiversit y, . Bas ed on t he analysis of th e p ros and cons of dif f erent m et hods ( T ennant met h od, M ont h ly G uarant eed Frequ ency m et hod, 7Q 10 met h od and t he min imum mont hl y discharge met hod) , and t h eir adopt ion condit ions, as w ell as t hei r calcul at ed out comes un der diff erent guarant eed rat es, w e recommend t he river ecological base f low under t h e guarant eed rat e of 75% as t he criterion and s uggest th at t he river ecological base fl ow of G uangdong Province s hould accoun t for 10% ~ 21% of t he m ult-i year average runof f . Key words: river ecological f low; hydrological st at ist ic; spat ial variat ion
第 9卷 第 1期 2011 年 2 月
南 水 北调 与 水 利 科 技 Sout h- to-N ort h Wat er Diversion and Wat er Science & T ech nology
Hale Waihona Puke Baidu
doi : 10. 3724/ SP. J. 1201. 2011. 01092
V ol.9 N o.1 Feb. 2011
迄今为止, 广东 省已开 展了 大量的 河流 开发利 用建 设。 在防 洪减灾、保障经济社会发展等方面 做出了巨 大贡献的同 时也 面临了一些新问题: 河流水系上大 量水库及 水闸不合理 调控, 导 致下游 河道流 量减少、泥沙 淤积、咸潮 上溯、河道萎 缩与水生生物退化等, 导 致了河 流生 态过 程与功 能的 破坏; 经济的高速发展、人口的快速 增长、城 市化进程 的加快, 使 得
区域内用水急剧上升; 鱼类的过度捕捞、水污染的增加使得 鱼 类的减少, 以及水利工程 建设导致水 文条件的 变化从而对 鱼 类繁殖期的影响都对物种多样性造成了一定程度破坏。因 此 以维持河道生态系统生态平衡、保持流域整体性、连续性等特 征为目的, 研究广东省河道生态基流是非常必要和紧 迫的。
本文将在水文学方法的基础上, 以广东省典型河道为例, 进行河流基本生态需水的 概算, 对广 东省水资 源综合 开发与 管理、丰富和完善河道生态需水理论与应用, 具有参考意义。
广东省河道生态基流定量分析研究
陈 菡1, 邵东国1, 吴俊校2, 王 庆2
( 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重 点实验, 武汉 430072; 2. 广东省水利厅, 广州 510635)
摘要: 针对广东 省咸潮上溯、水污染严重及水库、水电站建设对下游河道生态环境的影响等问题, 以满足河流最基本的 稀释自净功能、维持河道稳定及生物多样性为目的, 综合国 内外现有多 种生态流量 计算方法, 对广东 省典型河 道断面 的生态基流进行了计算分析。通过分析不同的方法( T ennant 法、月保证率法、7Q 10 法、最小月 平均实测 径流量法) 的 优劣与适用性条件以及不同保证率下的计算结果, 提出可 以 75% 保 证率下 河道生 态基流为 标准, 建议 广东省河 道生 态基流量控制在诸断面多年平均径流总量的 10% ~ 21% 。 关键词: 河道生 态流量; 水文统计; 空间变异性 中图分类号: X 171 文献标识码: A 文章编号: 1672- 1683( 2011) 01-0092- 04
1 研究区概况
广东省河流众多, 全省集水面积 在 100 km2 以上的干支 流河道共有 542 条, 其中 省际河流 52 条, 珠 江三角洲网河区 有重要水道 26 条。 众多河 流中, 主 要河流 有珠 江水系 的东 江、北江、西江和非珠 江水 系的韩 江、榕江、漠阳 江、鉴江 等,
收稿日期: 2010-11- 02 修回日期: 2010-12-11 基金项目: 水利部公益性行业科研专项经费项目( 2010332089) ; 广东水利科技创新与推广项目资助 作者简介: 陈 菡( 1986-) , 女, 湖北荆门人, 硕士, 主要从事水资源规划管理及水环境等方面的研究。
水资源是人类生存和经济社会发展的 物质基础, 同时也 是生 态与环境保护的关键。由于在一段时 期内, 人们只注重 生产和生活用水, 忽 视生 态环境 需水, 没 有考虑 人与 河流的 和谐发展, 造成生态用水紧张和局 部生态系统 失衡。生态需 水研究是合理配置水 资源、实现 水资 源可 持续利 用的 基础, 尤其 在既能满足水资源合理开发利用和保 护的要求, 又能够 发挥 最佳效益的新的水资源管理模式下, 生态与 环境问题越 来越受到重视[1] 。
广东省水资源量与国内其他省区相比 较为丰富, 多年平 均降 水量 1 774 mm, 为 全国 均值 的 2. 7 倍; 地 表水 资源 量 4 380 亿 m3 ( 含来自珠江、韩江等上游注入本省的客水) 。
广东省河流分布状况, 可概分为 3 类 4 区: 珠江流域内 4 大水系诸河, 基本上由西、北、东三面向 珠江三角 洲网河区汇 流, 然后由三角洲网 河区分 8 个 口门 入海; 而在 粤东 沿海和 粤西沿海两区, 除雷 州半 岛上的 河流 外, 基本上 是平 行从北 向南流, 注入南海。
对部分站点多年天然径流资料进行分 析, 可 分别得出最 大、最小、平均年径流量及最大、最小值 占多年平 均年径流量 百分比见图 1。图 2 表示各站点多年年径流 量的分布情况。
图 1 各站点天然径流量情况 Fig. 1 N at ural ru noff at hydrological st at ions
图 2 各站点天然径流量分布情况 Fig. 2 N at ural runof f dist ribut ion at hydrol ogical st at ions
2 计算方法
目前提出和形成的 河流 生态 需水计 算方 法已 达 200 余 种, 分类方法也较多。我国从 20 世纪 90 年代开始 进行生态 需水的研 究, 形 成 了 较 为 完 备 的 生 态 需 水 理 论 体 系 和 方 法[ 2-8] 。就我国河流系 统生 态需水 的研 究而言, 已 有成 果主 要是借鉴国外的 相关研 究理 论和方 法[6] 。在我 国现 阶段要 进行 深入的河流生态需水研究还存在各种 困难, 主要限制于 各种生物资料 的获 取, 但 可以 从水 文 水力 学的 角 度展 开研 究。一方面, 各流域 的水 文资料 丰富 翔实, 较为 可 靠; 同 时, 这些简化的研究也是进 行河 流生物 完整 性研究 的前 提和基 础[ 9] 。较为常用的 研 究方 法可 以 分为 三 类: 一 是标 准 流量 法, 如 7Q 10 法[ 10] 、T ennant 法[ 11] 、最小 月 平均 实 测 径 流量 法[ 12] 等; 二 是 基 于 水 力 学 基 础 的 水 力 学 法, 如 R2CRO SS 法[ 13] 、湿周法[14] 等; 三是基于生物学基础的栖息地法, 如 IFIM ( 河道内流量增加法) [15] 、CASIM I R 法[16] 等。
本文重点运用了水文学方法, 将几 种常用方 法计算所得 结果进 行分析比较, 得出适用于广东省 各流域的 生态基流阈 值。T ennant 法是以历史流量为基础确定河道的生态需水量 的水文 学方法, 它采用年平均天然径流 量的百分 比作为推荐 流量, 在不同月份采 用不 同百分 比来 估算河 道生 态需 水量。 7Q 10 法, 即 90% 保证率连续 7 天最枯 平均 流量。由 于该标 准要求比较高, 鉴于 我国的 经济 发展 水平比 较落 后, 南北方 水资源情况差别大, 我 国在5 制 定地 方水 污染物 排放 标准的 技术原则和方法6( G B 3839- 83) 中规 定: 一 般河 流采用 近 10 年最枯 月平均流量或 90% 保证率最枯 月平均流量[ 17] 。最小 月平均实测径流量法采 用河流 最小 月平 均实测 径流 量的多 年平均值作为河流的基本需水量。月( 年) 保证率设定 法, 根 据系列水文统计资料, 在不 同的月 ( 年) 保证 率前 提下, 以不 同的天 然平均年径流量百分比作为河道环 境需水量 的等级, 分别计算不同保证率、不同等级下的月( 年) 河道 基本环境需 水量, 并以计算出的 河道基 本环 境需 水量作 为约 束条件, 可 以计算 相应于不同水质目标的污染物排放 量及废水 排放量, 以满足河流的稀释自净功能[18] 。