渭河宝鸡段河流生态需水量估算

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摘要：河流生态需水研究是水资源优化配置的基础性工作，也是维持和改善生态系统、实现水资源永续利用的保障。以渭河干流宝鸡段为例，基于生态基流、输沙需水和自净需水三方面考虑，最终估算出渭河宝鸡段现阶段河流生态需水量为19.01亿m3。与渭河宝鸡段上游来水量相比，生态需水量缺口较大。最后从增加上游来水量、区段内的节水及控污、建立有效的管理体制等方面提出若干针对性建议。研究成果一定程度上丰富了生态环境需水理论研究，也为维护流域生态环境建设和水资源合理利用提供参考。

关键词：生态基流；自净需水；输沙需水；生态需水；渭河

中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0065-04

水资源作为最基础的自然资源，能够维持生态系统的功能完整和良性循环，同时，它也是最重要的战略性资源，在国民经济和社会发展中发挥着举足轻重的作用。然而，在长期的水资源开发利用中，人们只考虑到生产、生活用水方面的经济效益，忽略了维护流域生态系统健康方面的需水，致使环境恶化、生态失衡、灾害频发。在这种背景下，河流生态需水问题逐渐被关注，并成为研究和讨论的热点问题之一[1-2]。

渭河是我国北方地区缺水污染型河流的典型代表。渭河宝鸡段隶属渭河上游和中游段，全长224 km，其中，以林家村宝鸡峡大坝为界，以上124 km属上游段，宝鸡峡大坝以下至南仵村长度100 km属中游段，区间内有通关河、小水河、六川河、清姜河、金陵河、清水河、千河、马尾河、磻溪河、伐鱼河、石头河、霸王河、西沙河、汤峪河、东沙河等10多条主要支流汇入。干、支流上的主要灌区有宝鸡峡塬上灌区、宝鸡峡塬下灌区、石头河灌区、冯家山灌区。历史资料表明，自20世纪70年代宝鸡峡渠首引水工程①建成以来，渭河宝鸡段河流径流量衰减剧烈，加之沿途城乡生产、生活污水的大量排放，自2000年以来林家村断面以下渭河水质污染情况明显加重，潼关吊桥断面（渭河陕西省出省断面）COD、NH3-N的监测浓度均不能满足地表水环境质量标准GB 3838-2002V类标准限值要求[3]。为此，本文基于河流生态需水的构成，从生态基流、输沙需水和自净需水三方面分别考虑，利用渠段内林家村和魏家堡两个水文站1960年-2006年的经流数据，估算出现阶段渭河宝鸡段河流生态需水量，并结合渭河宝鸡段上游来水分配特征，提出保障生态需水量的若干措施，以期为维护流域生态环境建设和水资源合理利用提供参考。

1 河流生态需水的概念及组成

生态需水量概念目前尚无统一的定义。综合国内外相关研究成果，考虑到渭河宝鸡段缺水、多泥沙和重污染的特点，本文所界定的河流生态需水，是指一定时期内保障河道有足够流动的水以确保河流基本的生态环境功能不丧失的最低河流径流量，由生态基流、自净需水和输沙需水三部分组成。其中，生态基流是指维持河流生态系统运转的基本流量；自净需水是发挥河流对污染物质的自净作用所需要增加的河道最小水量；输沙需水是为维持河道内冲淤动态平衡所需要的河道流量。在输沙总量一定的情况下，输沙需水量主要取决于水流含沙量的大小。

2 研究方法选取

据统计，全球河道生态需水量的估算方法超过200种[4]，这些方法大致分为历史流量法、水力定额法、栖息地法和整体分析法四大类。每大类中都包含一些具体方法，而每种具体方法又各有特点和适用范围，在实际应用中，需要根据占有资料和研究目的，从众多的方法中选出一种或几种简单易行且满足河流生态系统保护要求的合适方法。

2.1 生态基流计算

生态基流的计算方法包括Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法、Texas法、Hoope法、NGPRP法、基流比例法[5]等，其中，Tennant法表现相对较优[6]，目前在国内应用较为广泛[7-10]。Tennant法将年平均流量的百分比作为基流量，具有宏观、定性的指导意义。Tennant等人通过分析美国11条河流的断面数据，建立了河宽、水深和流速等栖息地参数和流量的关系。研究表明，多年平均径流量的10%是保持河流生态系统健康的最小流量，多年平均径流量的30%能为大多数水生生物提供较好的栖息条件[11]。本文选择此方法估算生态基流量。

2.2 自净需水量计算

理论上来讲，由于河流本身具有一定的自净能力，只要保持河流最基本的生态基流量，一般可满足河流本身的自净功能。渭河作为宝鸡市主要的纳污通道，近年来由于两岸工农业生产、生活污水的大量排放，已经远远超过河流本身的自净能力，为此在生态基流的基础上需要增加水量以稀释污水浓度，所要增加的水量即为自净需水量。我国学者提出通过最小月平均流量法来计算自净需水量[12]。最小月平均流量法是以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流自净需水量，该方法采用实测径流量作为计算依据。其具体计算公式为：

3.3 输沙需水量

渭河是多泥沙河流，其泥沙主要来源有两个方面，一是宝鸡峡枢纽以上流域产生、经宝鸡峡枢纽拦截后下泄的渭河泥沙；二是区间较大支流如清姜河、金陵河等带来的泥沙。输沙工作主要在汛期7月-9月份来完成，因此在河流生态需水研究中需考虑汛期输沙需水量。林家村采用1934年-2000年的数据，魏家堡采用1944年-2000年数据，根据式（2）、式（3）计算出林家村和魏家堡各断面的输沙需水量分别为6.26亿m3和9.40亿m3。具体见表2。7月-9月份汛期为维持泥沙的冲淤平衡，该区段已建成并投入使用的若干拦河闸将开闸泄水，以维持河段的天然状态。下游泥沙搬运量增加，所以输沙需水量也增加。

4 生态需水保障措施

粟晓玲等（2003）[17]曾经分时段、分河段地利用降水量、蒸发量、径流量以及污水排放量等水文水质数据，计算出的魏家堡断面生态需水总量为16.91亿m3。这一结果与本文计算的结果相似。但是，近期（2000年-2007 年） 林家村站年平均来水量仅为1071亿m3[18]，与此相比，渭河生态需水量缺口非常大。加上宝鸡峡引渭工程建成通水（1971年7月15日） 后，年平均引水量占渭河来水量的31.6%，因此水资源调控势在必行。

依据宝鸡市国民经济发展需求，同时结合渭河宝鸡上游实际来水量分配情况，建议采取以下措施来保障渭河河道生态需水量。

（1）增加上游来水量。首先，可以借鉴黑河流域生态调水的成功实例，渭河宝鸡段来水也可采取上游地区“分段轮关（引水口）轮灌（水）[19]、定期限制上游各引水口引水、‘全线闭口，集中下泄’行动”等措施，保证渭河宝鸡段具有充足水源；其次，将上游山区地段雨季的降水和洪水有效地存储起来待到枯水期启用；最后，从周边临近丰水区跨流域调水，补给渭河干流不同区段，如引红济石、引汉济渭。

（2）区段内的节水及控污。现状水量的有限性要求合理用水。渭河宝鸡段水体除满足景观功能需求外，沿途农业灌溉是用水大户，因此积极开展节水灌溉方式和灌水技术的研究势在必行，如非充分灌溉、调亏灌溉技术和方法等，提高水资源的利用率。另外，渭河也是宝鸡城乡主要的排污通道，结合各段水域功能要求，核定水域纳污能力，划定入河污染限制红线，从经济、立法上采取严格的分段控制措施。

（3）建立有效的管理体制。包括：对耗水量大的企业实时动态监控，尤其是污水排放的实时监测；积极推行“谁投资，谁受益”和“谁用水，谁出资”的机制，通过股份制形式明确工程建设中的责、权、利关系；实行主要产品用水限额制，推行阶梯水价；建立高耗水设备及产品的淘汰替换机制；建立水体污染群众举报奖励监督机制。

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