摘要：河流生態(tài)流量的單一計(jì)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(shí)測(cè)凈流量法、基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法等多種方法分別計(jì)算了西江梧州斷面的生態(tài)流量，在綜合上述幾種方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)控制向量，提出了基于區(qū)間可行域的河流生態(tài)流量多方法耦合模型，計(jì)算出每個(gè)月基于區(qū)間可行域的生態(tài)流量。結(jié)果表明：耦合模型計(jì)算結(jié)果比較切合實(shí)際，既考慮了河道內(nèi)基本生態(tài)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(zhǎng)繁殖的需求，對(duì)珠江流域水資源總量控制、西江骨干水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度以及水資源優(yōu)化配置等工作具有重要的實(shí)踐意義和指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：區(qū)間可行域;多方法;耦合模型;生態(tài)流量;梧州

　　確保生態(tài)環(huán)境用水是從根本上保護(hù)或恢復(fù)和重建生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要的問題[1]。隨著全球氣候變化及人類活動(dòng)的影響，人類越來越關(guān)注水生態(tài)環(huán)境問題，體現(xiàn)在進(jìn)行城市規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃、流域規(guī)劃時(shí)都非常注重生態(tài)環(huán)境需水量的研究，特別是對(duì)維持河流基本生態(tài)功能的河流生態(tài)流量的研究顯得尤為重視。全球約有207種計(jì)算河流生態(tài)流量的方法，可分為水文學(xué)方法、水力學(xué)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(nèi)得到廣泛應(yīng)用[2]。中國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境需水的研究始于20世紀(jì)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(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱的干旱半干旱地區(qū)和季節(jié)性干旱的半濕潤(rùn)地區(qū)[4-7]。目前，一些生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法和計(jì)算成果在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，生態(tài)流量的概念和內(nèi)涵也得到了深入的研究[1]，與水有關(guān)的生態(tài)理論問題也得到了深入的探討[8-9]。

　　除了傳統(tǒng)方法之外，一些學(xué)者也結(jié)合氣候變化及人類活動(dòng)的影響，提出了考慮水文變異下的河流生態(tài)流量計(jì)算方法[10-11]。然而，每種方法計(jì)算結(jié)果基本上都是單一數(shù)值，且有些方法計(jì)算結(jié)果沒有反映全年的變化過程，而河流生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果為區(qū)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(duì)珠江流域西江水系梧州斷面的生態(tài)流量進(jìn)行計(jì)算研究[12]，但綜合各種方法的計(jì)算結(jié)果也不太理想。因此，本文在綜合多種方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮實(shí)際需求，加入了一個(gè)控制向量，提出了基于區(qū)間可行域的河流生態(tài)流量多方法耦合模型，對(duì)生境模擬法、濕周法、Tennant法、Texas法、最小月平均實(shí)測(cè)凈流量法、基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法等多種方法進(jìn)行耦合，以西江梧州斷面為實(shí)例，計(jì)算出每個(gè)月基于區(qū)間可行域的生態(tài)流量，結(jié)果表明：耦合法計(jì)算結(jié)果比較切合西江梧州斷面實(shí)際，既考慮了河道內(nèi)基本生態(tài)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(zhǎng)繁殖的需求，計(jì)算結(jié)果在Ten�瞡ant法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)里均處于“好”及以上標(biāo)準(zhǔn)。

　　1河道內(nèi)生態(tài)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(zhǎng)階段相結(jié)合，通過控制斷面的流量～流速關(guān)系計(jì)算該斷面的適宜生態(tài)流量。在生態(tài)資料充足的基礎(chǔ)上，運(yùn)用生境模擬法具有較高的精準(zhǔn)度，該方法在我國(guó)長(zhǎng)江、黃河、遼河、海河等流域得到較為普遍的應(yīng)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(zhì)量的指標(biāo)來估算期望的河道內(nèi)流量值。在臨界的棲息地區(qū)域(通常大部分是淺灘)現(xiàn)場(chǎng)搜集河道幾何尺寸和流量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以臨界的棲息地類型作為河流的棲息地指標(biāo)。該方法在實(shí)際應(yīng)用中需要確定濕周與流量之間的關(guān)系，河道內(nèi)流量推薦值可依據(jù)濕周～流量關(guān)系曲線中影響點(diǎn)的位置而確定。b)基于濕周法的河道最小生態(tài)需水量多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型。在傳統(tǒng)濕周法的基礎(chǔ)上，建立了以社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水量最大(河道流量最小)和河道濕周最大為目標(biāo)的多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型，并用理想點(diǎn)法對(duì)模型進(jìn)行求解。該方法綜合考慮了社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和棲息地保護(hù)對(duì)河流流量的需求，有效協(xié)調(diào)了經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)用水之間的矛盾[14]。

　　1.3Texas法由于Tennant法考慮的是需水目標(biāo)主要需水時(shí)段的水量均值，其缺點(diǎn)是無法進(jìn)一步提出各月的生態(tài)水量，近年來科學(xué)家在此基礎(chǔ)上提出了Texas計(jì)算方法。Texas法主要是將50%保證率下的月流量也參照表1內(nèi)容提出了水量的保障權(quán)重比例，作為各月生態(tài)水量的計(jì)算基礎(chǔ)。

　　1.4最小月平均實(shí)測(cè)凈流量法最小月平均實(shí)測(cè)凈流量法是將河流最小月平均實(shí)測(cè)徑流量的多年平均值作為河流最小生態(tài)需水量。

　　1.5基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法閉合流域水資源是保持平衡的，從水文循環(huán)的過程出發(fā)，采用水量平衡原理，進(jìn)行流域生態(tài)需水量的估算。思路是將流域流入水量，跨流域調(diào)水量，內(nèi)源降水補(bǔ)給量相加，再減去排泄水量，得到實(shí)際徑流水資源總量，以此作為平衡分析的總控制量進(jìn)行水量平衡計(jì)算。用總控制量減去國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水量，得到天然生態(tài)直接用水量，再加上國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水后的回歸水量，最終得到生態(tài)系統(tǒng)可能實(shí)際利用的水資源量。

　　2生態(tài)流量耦合模型

　　由于上述各種方法的側(cè)重點(diǎn)不同，各自的計(jì)算結(jié)果差異較大，本文在綜合上述幾種方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)控制向量B，得出符合實(shí)際需要的生態(tài)流量值，耦合模型表達(dá)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(tài)流量的計(jì)算方法都有可能不適合某一斷面的河道內(nèi)生態(tài)流量需求，特別是年內(nèi)各月份的需求，即使綜合多種方法的計(jì)算結(jié)果也不能適應(yīng)。如果根據(jù)河道的實(shí)際需求考慮加入一個(gè)控制向量，建立耦合其他各種方法計(jì)算結(jié)果的耦合模型，就能夠準(zhǔn)確地反映該河道的生態(tài)流量實(shí)際需求，耦合模型正是基于此提出來的一種生態(tài)流量計(jì)算方法，是理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)方法。

　　3西江梧州斷面生態(tài)流量計(jì)算

　　3.1單一方法計(jì)算結(jié)果

　　根據(jù)以上介紹的6種單一方法，對(duì)西江梧州斷面生態(tài)流量分別進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算用到的數(shù)據(jù)有梧州水文站實(shí)測(cè)大斷面資料，實(shí)測(cè)流量和水位數(shù)據(jù)，長(zhǎng)系列年、月流量數(shù)據(jù)。采用基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法時(shí)需要用到流域內(nèi)各個(gè)計(jì)算分區(qū)的降雨量、徑流量、蒸發(fā)量、用水量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于《珠江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》;生境模擬法主要參考有關(guān)文獻(xiàn)[13]的計(jì)算結(jié)果;Tennant法是按照河道內(nèi)生態(tài)流量達(dá)到“好”的水平時(shí)，依據(jù)多年平均流量計(jì)算的梧州斷面生態(tài)流量;Texas法是在求出梧州水文站50%保證率下的各個(gè)月徑流量后，按照表1中的“好”的水平計(jì)算梧州斷面各個(gè)月的生態(tài)流量。綜合以上幾種計(jì)算方法，則每個(gè)月的計(jì)算結(jié)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(jìn)行修正，因此，有必要對(duì)各種方法結(jié)果進(jìn)行耦合，得出切合西江梧州斷面實(shí)際的生態(tài)流量區(qū)間值。

　　3.2耦合模型法計(jì)算結(jié)果

　　由于不同時(shí)期河道生態(tài)流量的需求不同，對(duì)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(jié)果是不能滿足實(shí)際需求的。根據(jù)《珠江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》，西江流域梧州斷面生態(tài)環(huán)境需水量為1800m3/s，壓咸流量為2100m3/s(12、1、2月);而根據(jù)生境模擬法得出，西江梧州控制斷面魚類繁殖期適宜生態(tài)需水量為5200m3/s(6—8月)，其他月份要滿足《珠江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》，即滿足1800m3/s的需求(3—5月和9—11月)。根據(jù)耦合方法，根據(jù)梧州斷面實(shí)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(tài)流量的計(jì)算結(jié)果矩陣M。對(duì)耦合模型的計(jì)算結(jié)果采用Tennant法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(tài)流量耦合方法結(jié)果更符合實(shí)際。

　　3.3結(jié)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(zhǎng)繁衍期間(6—8月)需水而計(jì)算的適宜生態(tài)流量;濕周法是以濕周作為棲息地質(zhì)量的指標(biāo)來估算河道內(nèi)生態(tài)流量，其基本假設(shè)是只要保護(hù)好臨界區(qū)域水生生物棲息地的濕周，也就能基本滿足非臨界區(qū)域水生生物棲息地保護(hù)的基本要求;Tennant法是一種考核河道生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn);Texas法是在Tennant法的基礎(chǔ)上把河道內(nèi)生態(tài)需水量分配到每個(gè)月份，在考慮生態(tài)質(zhì)量處于“好”的水平下，相比Tennant法，其枯水期計(jì)算結(jié)果偏小，而豐水期計(jì)算結(jié)果偏大;基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法，由于其把棄水也加入到了河道內(nèi)生態(tài)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(jì)算結(jié)果偏大，而在汛期(4—9月)特別是在大部分魚苗生長(zhǎng)繁殖發(fā)育期的6—8月，其計(jì)算結(jié)果偏小;最小月平均實(shí)測(cè)徑流量法計(jì)算結(jié)果為1600m3/s，按照Tennant法評(píng)價(jià)，在供水期處于“好”的水平，在魚類產(chǎn)卵育繁殖期處于“中”以下水平;多方法耦合模型法對(duì)上述幾種方法結(jié)果進(jìn)行耦合，以《珠江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》中西江梧州斷面生態(tài)流量的需求和生境模擬法計(jì)算的魚類繁殖期對(duì)河流流量的需求作為控制性指標(biāo)，耦合模型法計(jì)算結(jié)果比較切合西江梧州斷面實(shí)際，因?yàn)槠浼瓤紤]了河道內(nèi)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(zhǎng)繁殖的需求，在Tennant法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)里均處于“好”及以上標(biāo)準(zhǔn)范圍，計(jì)算結(jié)果合理。

　　4結(jié)語(yǔ)

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

　　c)本文提出了基于區(qū)間可行域的河流生態(tài)流量多方法耦合模型，以西江梧州斷面為實(shí)例，對(duì)生境模擬法、濕周法、Tennant法、Texas法、最小月平均實(shí)測(cè)凈流量法、基于流域水文循環(huán)模型的河流生態(tài)流量計(jì)算方法等多方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行耦合，根據(jù)梧州斷面實(shí)際情況加入了耦合控制變量，計(jì)算梧州斷面全年每個(gè)月的河流生態(tài)流量，計(jì)算結(jié)果滿足現(xiàn)實(shí)需求。d)本文實(shí)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(jì)算結(jié)果相對(duì)于單一計(jì)算方法和多方法綜合結(jié)果更切合西江梧州斷面實(shí)際，結(jié)果更為合理，對(duì)珠江流域水資源總量控制、西江骨干水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度以及水資源優(yōu)化配置等工作具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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　　生態(tài)環(huán)境論文投稿刊物：《三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)》Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges(季刊)2016年創(chuàng)刊，中文，大16開，出版地：重慶市，是面向國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行的環(huán)境科學(xué)類學(xué)術(shù)新刊，《三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)》旨在宣傳黨和國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的方針政策，反映三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)，推廣環(huán)境科學(xué)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，展示環(huán)境科學(xué)理論研究成果，搭建環(huán)境科學(xué)交流平臺(tái)，為促進(jìn)三峽庫(kù)區(qū)及長(zhǎng)江中上游生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)服務(wù)。