摘要：河流生態流量的單一計算方法難以滿足多功能河道的需求，首先采用生境模擬法、濕周法、Tennant法、Tex�瞐s法、最小月平均實測凈流量法、基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法等多種方法分別計算了西江梧州斷面的生態流量，在綜合上述幾種方法計算結果的基礎上，加入一個控制向量，提出了基于區間可行域的河流生態流量多方法耦合模型，計算出每個月基于區間可行域的生態流量。結果表明：耦合模型計算結果比較切合實際，既考慮了河道內基本生態流量的需求也考慮了下游三角洲壓咸流量和汛期魚類生長繁殖的需求，對珠江流域水資源總量控制、西江骨干水庫群聯合調度以及水資源優化配置等工作具有重要的實踐意義和指導意義。

　　關鍵詞：區間可行域;多方法;耦合模型;生態流量;梧州

　　確保生態環境用水是從根本上保護或恢復和重建生態環境至關重要的問題[1]。隨著全球氣候變化及人類活動的影響，人類越來越關注水生態環境問題，體現在進行城市規劃、區域規劃、流域規劃時都非常注重生態環境需水量的研究，特別是對維持河流基本生態功能的河流生態流量的研究顯得尤為重視。全球約有207種計算河流生態流量的方法，可分為水文學方法、水力學方法、生物棲息地模擬法、整體法、綜合方法及其他方法，并在世界范圍內得到廣泛應用[2]。中國對生態環境需水的研究始于20世紀80年代后期[3]，起初的研究多集中在水資源供需矛盾突出且生態環境相對脆弱的干旱半干旱地區和季節性干旱的半濕潤地區[4-7]。目前，一些生態環境需水量計算方法和計算成果在全國范圍內得到了廣泛的應用，生態流量的概念和內涵也得到了深入的研究[1]，與水有關的生態理論問題也得到了深入的探討[8-9]。

　　除了傳統方法之外，一些學者也結合氣候變化及人類活動的影響，提出了考慮水文變異下的河流生態流量計算方法[10-11]。然而，每種方法計算結果基本上都是單一數值，且有些方法計算結果沒有反映全年的變化過程，而河流生態流量計算結果為區間值且能反映全年變化過程的顯得更為合理。本文作者曾采用多種方法對珠江流域西江水系梧州斷面的生態流量進行計算研究[12]，但綜合各種方法的計算結果也不太理想。因此，本文在綜合多種方法計算結果的基礎上，考慮實際需求，加入了一個控制向量，提出了基于區間可行域的河流生態流量多方法耦合模型，對生境模擬法、濕周法、Tennant法、Texas法、最小月平均實測凈流量法、基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法等多種方法進行耦合，以西江梧州斷面為實例，計算出每個月基于區間可行域的生態流量，結果表明：耦合法計算結果比較切合西江梧州斷面實際，既考慮了河道內基本生態流量的需求也考慮了下游三角洲壓咸流量和汛期魚類生長繁殖的需求，計算結果在Ten�瞡ant法的評價標準里均處于“好”及以上標準。

　　1河道內生態流量方法研究

　　1.1生境模擬法

　　生境模擬法是將水文過程與水生生物生長階段相結合，通過控制斷面的流量～流速關系計算該斷面的適宜生態流量。在生態資料充足的基礎上，運用生境模擬法具有較高的精準度，該方法在我國長江、黃河、遼河、海河等流域得到較為普遍的應用[13]。

　　1.2濕周法

　　a)基本原理。河道濕周法是利用濕周作為棲息地質量的指標來估算期望的河道內流量值。在臨界的棲息地區域(通常大部分是淺灘)現場搜集河道幾何尺寸和流量數據基礎上，以臨界的棲息地類型作為河流的棲息地指標。該方法在實際應用中需要確定濕周與流量之間的關系，河道內流量推薦值可依據濕周～流量關系曲線中影響點的位置而確定。b)基于濕周法的河道最小生態需水量多目標評價模型。在傳統濕周法的基礎上，建立了以社會經濟用水量最大(河道流量最小)和河道濕周最大為目標的多目標評價模型，并用理想點法對模型進行求解。該方法綜合考慮了社會經濟用水和棲息地保護對河流流量的需求，有效協調了經濟用水與生態用水之間的矛盾[14]。

　　1.3Texas法由于Tennant法考慮的是需水目標主要需水時段的水量均值，其缺點是無法進一步提出各月的生態水量，近年來科學家在此基礎上提出了Texas計算方法。Texas法主要是將50%保證率下的月流量也參照表1內容提出了水量的保障權重比例，作為各月生態水量的計算基礎。

　　1.4最小月平均實測凈流量法最小月平均實測凈流量法是將河流最小月平均實測徑流量的多年平均值作為河流最小生態需水量。

　　1.5基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法閉合流域水資源是保持平衡的，從水文循環的過程出發，采用水量平衡原理，進行流域生態需水量的估算。思路是將流域流入水量，跨流域調水量，內源降水補給量相加，再減去排泄水量，得到實際徑流水資源總量，以此作為平衡分析的總控制量進行水量平衡計算。用總控制量減去國民經濟用水量，得到天然生態直接用水量，再加上國民經濟用水后的回歸水量，最終得到生態系統可能實際利用的水資源量。

　　2生態流量耦合模型

　　由于上述各種方法的側重點不同，各自的計算結果差異較大，本文在綜合上述幾種方法計算結果的基礎上，加入一個控制向量B，得出符合實際需要的生態流量值，耦合模型表達式如下：A=[A(i，min)，A(i，max)](3)B=[b1，b2，…b12](4)Mi=[bi，A(i，max)](bi≥Ai，min)[A(i，min)，A(i，max)](bi

　　由于每一種生態流量的計算方法都有可能不適合某一斷面的河道內生態流量需求，特別是年內各月份的需求，即使綜合多種方法的計算結果也不能適應。如果根據河道的實際需求考慮加入一個控制向量，建立耦合其他各種方法計算結果的耦合模型，就能夠準確地反映該河道的生態流量實際需求，耦合模型正是基于此提出來的一種生態流量計算方法，是理論聯系實際的科學方法。

　　3西江梧州斷面生態流量計算

　　3.1單一方法計算結果

　　根據以上介紹的6種單一方法，對西江梧州斷面生態流量分別進行計算。計算用到的數據有梧州水文站實測大斷面資料，實測流量和水位數據，長系列年、月流量數據。采用基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法時需要用到流域內各個計算分區的降雨量、徑流量、蒸發量、用水量等數據，數據來源于《珠江流域綜合規劃(2012—2030年)》;生境模擬法主要參考有關文獻[13]的計算結果;Tennant法是按照河道內生態流量達到“好”的水平時，依據多年平均流量計算的梧州斷面生態流量;Texas法是在求出梧州水文站50%保證率下的各個月徑流量后，按照表1中的“好”的水平計算梧州斷面各個月的生態流量。綜合以上幾種計算方法，則每個月的計算結果都有其最大值和最小值。最小值范圍在300～1600m3/s之間，最大值范圍在4400～6600m3/s之間，最大最小值之間差別很大，其上限值是能夠滿足要求的，但下限值過于偏小，需要進行修正，因此，有必要對各種方法結果進行耦合，得出切合西江梧州斷面實際的生態流量區間值。

　　3.2耦合模型法計算結果

　　由于不同時期河道生態流量的需求不同，對于西江梧州斷面而言，枯水期主要考慮珠江三角洲壓咸流量，而在豐水期則考慮魚類繁殖的需求，顯然上述綜合幾種方法的結果是不能滿足實際需求的。根據《珠江流域綜合規劃(2012—2030年)》，西江流域梧州斷面生態環境需水量為1800m3/s，壓咸流量為2100m3/s(12、1、2月);而根據生境模擬法得出，西江梧州控制斷面魚類繁殖期適宜生態需水量為5200m3/s(6—8月)，其他月份要滿足《珠江流域綜合規劃(2012—2030年)》，即滿足1800m3/s的需求(3—5月和9—11月)。根據耦合方法，根據梧州斷面實際加入控制向量B=[2100，2100，1800，1800，1800，5200，5200，5200，1800，1800，1800，2100]，通過式(5)的耦合模型可以得到梧州斷面適宜生態流量的計算結果矩陣M。對耦合模型的計算結果采用Tennant法的評價標準進行評價。考慮控制性因素(枯水期主要考慮三角洲壓咸需求，而在豐水期則考慮魚類繁殖的需求)后的西江梧州斷面生態流量耦合方法結果更符合實際。

　　3.3結果分析

　　生境模擬法主要是為了滿足西江江段大部分魚類生長繁衍期間(6—8月)需水而計算的適宜生態流量;濕周法是以濕周作為棲息地質量的指標來估算河道內生態流量，其基本假設是只要保護好臨界區域水生生物棲息地的濕周，也就能基本滿足非臨界區域水生生物棲息地保護的基本要求;Tennant法是一種考核河道生態環境質量好壞的標準;Texas法是在Tennant法的基礎上把河道內生態需水量分配到每個月份，在考慮生態質量處于“好”的水平下，相比Tennant法，其枯水期計算結果偏小，而豐水期計算結果偏大;基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法，由于其把棄水也加入到了河道內生態流量之中，然后平攤到全年。

　　因此，在非汛期(10月至次年3月)其計算結果偏大，而在汛期(4—9月)特別是在大部分魚苗生長繁殖發育期的6—8月，其計算結果偏小;最小月平均實測徑流量法計算結果為1600m3/s，按照Tennant法評價，在供水期處于“好”的水平，在魚類產卵育繁殖期處于“中”以下水平;多方法耦合模型法對上述幾種方法結果進行耦合，以《珠江流域綜合規劃(2012—2030年)》中西江梧州斷面生態流量的需求和生境模擬法計算的魚類繁殖期對河流流量的需求作為控制性指標，耦合模型法計算結果比較切合西江梧州斷面實際，因為其既考慮了河道內基本流量需求也考慮了下游三角洲壓咸流量和汛期魚類生長繁殖的需求，在Tennant法的評價標準里均處于“好”及以上標準范圍，計算結果合理。

　　4結語

　　a)河流生態流量計算方法眾多，但每種方法側重點不同，而同一河流往往具有多功能、多目標的需求，因此采用單一方法計算同一河道斷面生態流量顯然不太合理，需要綜合多種方法進行分析研究。b)即使綜合多種方法的計算結果也不能完全適應綜合功能河道的生態流量需求，如果根據河道的實際需求考慮加入一個控制向量，建立耦合其他各種方法計算結果的耦合模型，就能夠準確地反映該河道的生態流量實際需求，耦合模型正是基于此提出來的一種生態流量計算方法，是理論聯系實際的科學方法。

　　c)本文提出了基于區間可行域的河流生態流量多方法耦合模型，以西江梧州斷面為實例，對生境模擬法、濕周法、Tennant法、Texas法、最小月平均實測凈流量法、基于流域水文循環模型的河流生態流量計算方法等多方法計算結果進行耦合，根據梧州斷面實際情況加入了耦合控制變量，計算梧州斷面全年每個月的河流生態流量，計算結果滿足現實需求。d)本文實例的耦合模型以“枯水期主要考慮三角洲壓咸流量需求，而在豐水期則考慮魚類繁殖的需求”作為控制因素，計算結果相對于單一計算方法和多方法綜合結果更切合西江梧州斷面實際，結果更為合理，對珠江流域水資源總量控制、西江骨干水庫群聯合調度以及水資源優化配置等工作具有重要的現實指導意義。

　　參考文獻：

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　　[3]趙西寧，吳普特，王萬忠，等.生態環境需水研究進展[J].水科學進展，2005，16(4)：617-622.

　　[4]王珊琳，叢沛桐，王瑞蘭，等.生態環境需水量研究進展與理論探析[J].生態學雜志，2004，23(6)：111-115.

　　生態環境論文投稿刊物：《三峽生態環境監測》Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges(季刊)2016年創刊，中文，大16開，出版地：重慶市，是面向國內外公開發行的環境科學類學術新刊，《三峽生態環境監測》旨在宣傳黨和國家有關環境保護和生態建設的方針政策，反映三峽庫區生態環境動態，推廣環境科學先進經驗和技術，展示環境科學理論研究成果，搭建環境科學交流平臺，為促進三峽庫區及長江中上游生態環境保護和生態文明建設服務。