河流中水利工程下游
最小生态流量确定方法研究
（中国水利水电科学研究院，北京１０００３８，—ｔａｎｈｗ＠ｉ—ｗｈｒ．ｃｏｍ）
摘要河流中水资源开发利用，是通过水利和水电工程项目来实现的，这些工程的建设、改变
了下游河道的水文条件，对下游生态环境造成影响。从资源可持续利用的角度，水利、水电项目
的开发目标应该是：在水资源利用的同时，必须保证下游的生态环境不致遭到破坏。由此．水利谭红武刘兰芬
枢纽和水电站运行，特别是枯水期运行，要考虑最小下泄生态流量，用以满足下游生态环境的最
低要求。本文正是基于这种情况，对最小生态流量的计算确定方法进行了初步研究，并以海南
省宁远河的大隆水利枢纽工程为例，进行分析计算，提出坝址下游的最小生态流量，为水利枢纽
调度运行提供依据。
关键词水资源开发下游生态环境生态需水量最小生态流量环境用水Ｔｅｎｎａｎｔ法
ｌ引言
２０世纪人类对全球的河流施加了根本性的影响，为了取水和发电，在一百年的时间内，人类在全球绝大多数河流上建筑了大约４００００座大坝（定义为坝高超过１５ｍ），８０００００座小型水坝”１，这些水坝截断了河流，存蓄了大约１００００ｋｍ３的水，是全球所有河流中水量的５倍”。。在取得显著经济及社会效益的同时．由于大规模水利水电开发，尤其是过度开发显著地改变了河流的下游河道的水文情势，从而也给河流生态系统带来了显著的不利影响”１。
具体地分析，按照工程建成后河道外引水量占河道原径流量比例的多少，可以将水利水电工程分为引以水为主的和发电为主的两类，其对下游生态环境造成的不利影响分析如下：
以调水和引水为主要目的的引水工程，由于调水或引水，减少了泄向下游的水量，极端情况下甚
至完全截断下游的泄流，水坝的修建不仅阻断河流中洄游生物的洄游通道，阻断营养物质的循环，过量的引水更直接造成下游河道和下游湖泊的萎缩、河流季节化和下游水流条件的显著变化，从而造成水生生物栖息地的严重损失，以及河流岸边带植被的萎缩等生态影响。在干旱和半干旱地区或湿润不稳定地・区．由于水量减少或洪水淹灌时间减少，这种生态影响则更为显著。例如，我国的塔里木河，由于干流中段的无序引水，造成下游河道断流，地下水位下降，两岸植被衰败．生态严重恶化”ｊ。
・以发电为主的水力发电工程总的来看，由于发电需要，水坝蓄积的水仍将排向下游河道，因此对河道内径流总量影响较小，但由于径流调节作用，将对下游河道内水流流态产生影响。其中引水式水电站会造成挡水建筑物至发电厂房段的河道断流，或是永久性断流，或是间断性断流。造成对原河道附近森林植物和动物的栖息环境、断流段的小气候等生态环境的影响，这种影响往往是破坏性的和不町逆转的…。
因此，从资源可持续利用的角度，水利、水电项目开发的目标应该是，在水资源利用的同时，必须保证下游的生态环境不致遭到破坏。一个世纪以来的水利水电发展史已经清晰地说明：由于大规模和过度的水资源开发造成的河流生态系统的退化甚至崩溃的种种迹象深刻地反映出维持河流生态系统的生态需水量的客观存在性。另外，由于工业化和城市化的快速发展以及人口激增，造成日益激烈的用水竞争和用水量的激增，挤占河流生态用水的压力仍然很大”ｏ。因此，为了维护河流生态系统的稳定，必须明确承认和界定河流生态需水量的客观存在，在工程运行调度中，必须从管理角度明确提出下泄一定的生态环境需水量。该课题无论是从理论上还是具体的管理工作中，都具有十分重要的意义。本文正是针对这一课题进行ｒ初步的研究，并用于海南省宁远河的大隆水利枢纽工程的环境影响评价。１３４
２河流最小生态需水量的确定方法
生态需水量是一个近期引入我国的新概念，其关键是将河流作为一个河流生态系统这样一个整体来加以考虑，研究河流的水文水力条件变化对河流生态系统的结构功能稳定性的影响。目前，对该概念有许多含义相似或互相交叉的概念与定义，如生态环境需水量、生态需水量以及环境需水量等，由于河流生态系统十分复杂，河流的水文特性及生物与集水区的互动关系互不相同，加之研究者对河流生态系统生态环境问题认识的出发点各有不同，概念的具体内涵差异较大，目前在国际上和在我国也没有基本得到公认的确切定义和计算方法。在由中国工程院组织、４３位院士和近３００位院外专家参加完成的《２ｌ世纪中国可持续发展水资源战略研究》中给出了广义和狭义的两个定义。其中狭义的生态环境需水量是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善而需要消耗的水资源总量，主要包括保护和恢复内陆河流下游的天然植被及生态环境，水土保持及水保范围之外的林草植被建设，维持河流水沙平衡及湿地、水域等生态环境的基流，回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水等方面。而从国外的情况来看，概念相对比较专一，往往针对特定的的生态环境问题提出针对性较强的不同用途的生态环境用水指标，如美国将环境用水区分为保持自然风景河流自然景观的基本流量、河道内需水、湿地需水以及海湾和三角洲的水量等保护目的明确的生态环境需水量。本文中论及的河流生态需水量系指维护自然河流生态系统的稳定所需的水资源量，而最小生态需水量则系指利用人为方式控制引水及蓄水构筑物的下泄到下游河道内，以维护最低程度的河流生态系统稳定所需要的放流量。其关注的重点，是工程运行过程中，尤其是枯水期运行中，必须下泄的最小流量。该概念的提出是考虑到由于目前对该问题的研究现状和认识水平以及相似概念的内涵外延不清晰，给具体的管理工作，尤其是水利水电工程的环境影响评价工作所带来的操作困难性，力图通过方法的比较，来澄清概念，提高方法的可操作性，更好地服务于决策。
总的来看，关于如何确定河道生态需水量的问题，是随着ＡｇＣ４土会ｘｆｆ水资源利用的强度与规模的不断增大而提出的，其初衷是为了保护因大规模水资源开发而日益衰竭的鱼类资源，以后又发展成为一种平衡水资源多目标开发的重要手段，目前已经在不少西方发达国家得到成功运用…。在实际的确定方法的研究中，如果直接从概念出发，则必须直接面临河流生态系统如何响应河流的水资源及水流状态变化的问题，由于河流生态系统非常复杂，直接讨论河道内流量的变化与河流生态系统的变化从理论和实践上均有困难，因此，目前的一些方法多是基于一些观察到的事实及相应地合理假设，将保护水生生物或其指示种，例如虹鳟鱼、鲑鱼等所需的水量是与保护整个生境所需的水量相同的这样一个假设出发，将生态需水量的问题转化为河道内水力参数与生物栖息地之间的关系问题。目前采用的确定方法可大致归结为以下三类：
２．１历史流量评估法（ｈｉｓｔｏｒｉｃｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法立足于认为河流中生物长期适应河流的流量变化，从而河流生态系统的稳定性与河流的流量构成了直接相关的关系。该方法中最为广泛采用的方法为Ｔｅｎｎａｎｔ经验方法”１。该方法也叫Ｍｏｎｔａｎａ法。该方法是在对美国ｌｌ条河流的河流宽度、水深及流速及相应河流中鱼类生存状态的系统观察的基础上，考虑保护鱼类、野生动物、娱乐和有关环境要素的状况下，以预先确定的年平均流量的百分数为基础制定出的不同生态系统状态下河流流量推荐值，见表１。其中，最小生态用水量按年丰枯季平均流量的１０％计。
另外，除了用河流流量记录来计算最小生态用水量外，对于水文资料缺乏的流域，日本还开发了依据水系集水面积的大小来进行估算的方法。一般采用的标准为１００ｋｍ２集水面积应维持Ｏ．６７ｍ３／ｓ最小生态流量。
衰１
流量的叙述性描述
最大Ｔｅｎｎａｎｔ法河流流量推荐值推荐的基流（４—９月）推荐的基流（１０月～３月）（平均流量百分数）２００
６０～１００
４０
３０
２０
１０
１０
０～１０（平均流量百分数）２００６０—１００６０５０４０３０１００—１０１３５最佳范围极好非常好好中或差差或最小极差
２．２水力参数评估法（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法同样认为河流的生态功能与某项水力参数具有直接相关的关系。例如河道的湿周（ｗｅｔｔｅｄｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）与河流生态系统的初级生产力关系密切，通过研究湿周与流量的率定关系，找出湿周一流量关系曲线中的驻点，以该点的流最作为维持河流生态功能的最经济有效的流量”ｏ。而把湿周仅相当于平均流量下的湿周的２０％时对应的流量，作为最小生态流量。
２．３生物栖息地模拟评估法（ｈａｂｉｔａｔｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法可视为湿周法的延续，但考虑水力参数更为详尽，尤为重要的是通过选取合适的生态指示种并确定其实际生态需求，建立起实际生态需求与水力参数之间的关联关系，并评估不同水力参数下生态需求的满足程度。目前，美国、澳大利亚等国家最常使用的ＩＦＩＭ（１ｎｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）法””即为该类方法的代表。该方法可以将大量水文水化学现场数据和选定的水生生物不同生长阶段的生物学信息有机结合，做出相应于流量增加栖息地的变化情况，能够实现多目标决策。但该方法对基础数据的要求度为最高。
总的来说，对所需的基础资料的要求越来越高，而提供的信息也越来越丰富，当然作为决策依据的价值也越来越高。具体采用何种方法，必须根据研究区内的生态环境现状、具体生态问题、工程特点、用水特点以及资料丰富性、参考案例、设计经验等多方面因素决定。
３计算分析实例
以海南宁远河大隆水利枢纽工程为例，利用以上提出的确定工程下游最小生态需水量的方法原则，选择了适合的计算方法，并进行计算分析。
３．１大隆水利枢纽工程概况
大隆水利枢纽工程位于海南省三亚市西部、宁远河下游，距离河口约１６．８ｋｉｎ处，是海南省水资源配置的重点工程。宁远河发源于保亭县的红水岭，于三亚市保平港人海，跨保亭县、乐东县、三亚市三县（市），河长８３．５ｋｍ，总落差１１０１ｍ，平均坡降１．３２％，年径流量６．７５亿ｍ３，是海南省三亚市境内流域面积最大，水量最为丰富的河流。有两条主要的支流，其中之一为龙潭河，在大隆坝址以下约５ｋｍ处汇入主流。另外，在大隆坝址以下约２．５ｋｉｎ处建有抱古水陂，引水流量１．Ｏｍ３／ｓ。在枢纽下游河口附近有两个大的乡镇保港镇和崖城镇。枢纽工程主要功能为以防洪、供水、灌溉为主结合发电，设计防洪库容为１．４８亿ｍ３，正常蓄水位７０ｍ，城镇年供水量１．９８亿ｍ３，年灌溉用水量１．３０亿ｍ３，电站装机容量为５ｌＯＯｋＷ。
修建水库大坝以后，将会显著改变下游的水文情势，并进而影响到宁远河下游的生态环境。根据枢纽原运行方案，大隆水库建成后，除汛期水库有部分弃水进入下游河道外，一般年份的枯水月份，水库不向下游河道放水，将截留枯水季节的绝大部分径流，因此在枯水季节将会形成下游河道至支流龙潭河汇入前约２．５ｋｍ的局部河段长时间的断流，对生态环境造成严重影响。经分析可知，由于干流上抱古水陂及其他水电站的兴建已经断绝了鱼类的洄游通道，下游河道内未发现珍稀鱼类，现存鱼类数量不多；由于河口地形因素，上游流量减少不会造成海水入侵；宁远河为山溪性河流，流域植被情况很好，多年平均悬移质输沙量为１７．８万ｔ，含沙量为０．２７ｋｇ／ｍ３。因此，下游河段的水生生物保护、冲沙和海水入侵都不是主要问题。主要考虑的是要维持下游河道的生态基流，决不能造成断流。
３．２计算方法的确定
鉴于大隆水利枢纽的工程特点及宁远河流域的生态环境现状特点以及收集的基础资料情况，选择了以下四种计算方法，其中有两种历史流量评估法，即方法（１）及方法（２），其中方法（１）系匈牙利某条河流上的经验公式，选择方法（１）是为了和Ｔｅｎｎａｎｔ方法进行比较。另外，由于大隆水库下游的河口地区存在两个集中的生活污水排放点，下游河道内径流量的减少可能导致严重的水质污染问题，因此，也选择了十年最枯月平均流量及保证率９０％最枯月平均流量来对比分析生态用水量与环境用水量的异同。具体计算方法如下：１３６
（１）水文系列方法
计算公式为：
Ｑ。＝ｍａｘ（０．３５ＱＭ７，ｏ．２５Ｑ３４７＋ｏ．０７５，Ｑ１㈣）
式中：Ｑ。。——最小生态需水量，ｍ３／ｓ；
Ｑ。，——年度流量序列中一年中有３４７天能够达到或超过的流量，ｍ３／ｓ
Ｑ，。——不低于扣除三个月最小流量后多年平均流量的１０％，ｍ３／ｓ。
（２）Ｔｅｎｎａｎｔ方法
Ｑ。。＝ｌＯ％Ｑ
Ｑ——多年平均流量，ｍ３／ｓ。
（３）ｌＯ年最枯月平均流量法”“
该方法是在引进美国７ＱＩＯ法的基础上发展出来的。７ＱＩＯ法，亦即采用９０％保证率最枯连续７天的平均水量作为河流最小流量设计值，主要用于计算污染物允许排放量。自我国在２０世纪７０年代引入后，在许多大型水利工程建设的环境影响评价中得到应用。但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较大，我国在《制订地方水污染物排放标准的技术原则和方法》（ＧＢ／Ｔ３８３９－－１９８３）中规定：一般河流采用近１０年最枯月平均流量或保证率９０％最枯月平均流量。
（４）保证率９０％最枯月平均流量计算法…。
利用多年水文系列最枯月平均流量排频，以保证率９０％最枯月平均流量作为河道下游最小生态流量。该方法是借助连续并精度较好的长系列水文资料，进行统计计算，具有代表性较强的特点。３．３计算结果
（１）水文系列方法计算结果。采用了１９５９～１９９８年４０年的水文系列资料以及１９８０年（平水典型年）逐１３平均流量资料进行计算，结果如下：
ＱＮ７＝ｏ．７７ｍ３／ｓ；万ｌ“：２．２９８ｍ３／ｓ；最小生态流量Ｑ。。＝２．２９８ｍ３／ｓ。
（２）Ｔｅｎｎａｎｔ经验方法计算结果。根据宁远河下游的生态环境现状，选用：Ｑ。。＝１０％Ｑ，Ｑ为多年平均流量，ｉ＇１１３／ｓ。经计算，最小生态流量Ｑ。＝２．１ｉｆｎ。／ｓ。
（３）１０年最枯月平均流量法计算结果。经分析计算，最小环境流量为１．２４ｍ３／ｓ。
（４）保证率９０％最枯月平均流量法计算结果。采用１９５９年一１９９８年４０年水文系列最枯月平均流量排频，最小月平均流量为０．８７ｍ’／ｓ，保证率９０％的流量为１．４ｍ３／ｓ。
３．４结果分析
综合以上分析结果，可以发现采用１０年最枯月平均流量法或保证率９０％最枯月平均流量法计算的环境用水量与利用Ｔｅｎｎａｎｔ方法计算的最小生态流量的数值是不同的。在本案例中，环境用水量要小于最小生态流量。这说明按照目前我国环境影响评价中采用的这种计算环境用水的方法计算出的水量，与为了满足维持河流生态系统最低的生态稳定所需放流的最小生态流量是不同的。因此，考虑到目前国内对环境用水和生态用水的概念不甚清晰，有必要在环境影响评价中对此两个概念进行区分，并应将将两者中较大值作为为保持下游生态环境稳定所必需泄流的流量。
另外，最小生态流量的计算方法各异，其计算结果也有差异。采用方法（１）的计算结果要比Ｔｅｎｎａｒｔｔ的方法偏大，考虑到方法（１）适用的河流的水文条件和河流生态系统与宁远河的差异以及Ｔｅｎｎａｎｔ法的较为广泛的适应性，故考虑以Ｔｅｎｎａｎｔ法计算的结果作为初步选定的最小生态流量。
由于设计方提供的最小放流量是按照国家水资源评价规范中的９０％保证率最枯月流量确定的，同时也是下游的最小环境用水量，即１．４ｍ３／ｓ的枯季最小放流量。在工程的环境影响评价中，对该流量的合理性进行了初步评价。
按照１．４ｍ３／ｓ的枯季最小下泄流量的方案分析，受影响最大的是抱古水陂至龙潭河段（长度约２．５ｋｍ）。在龙潭河口以下段，影响相对较小。由于枯水期有龙潭河来流的补充汇人和农业和工业的退水，加上上游最小下泄流量１．０ｍ３／ｓ，合计桔水季最小流量为２．９７ｍ３／ｓ，是自然状态下７．０ｍ３／ｓ的４２％。该数值大于按照Ｔｅｎｎａｎｔ法计算的龙潭河口相应的最小生态流量２．４ｍ３／ｓ。汇水情况见表２。
另外，按照枯季保持１．４ｍ３／ｓ的最小下泄流量的要求，进行了径流调节计算，抱古水陂断面处仅在１～４月四个月份的河道内多年平均流量为１．４ｍ３／ｓ，其余月份均大于２，０ｍ３／ｓ，可见其影响时段并没有涵盖整个枯水期，其影响时段相对有限。
表２宁远河龙潭河口以下段的汇水情况
汇水来源流量／（ｍ３／ｓ）
Ｏ９５计算依据水文统计，年平均流量为３０ｍ３／ｓ。龙潭河枯水季平均汇水
农业灌溉退水
乡镇与工业用水
工程运行后最小下泄流量０．４５退水率为用水的２０％计，年退水１４３１万ｎ１３。０．１７退水率为用水的５０％计，年退水量为５５０万ｍ３。９０％保证率最枯月流量１．４０
合计２．９７
从雅亮站１９７２～１９９９年实测资料统计，枯水期多年平均流量为６．０９ｍ３／ｓ，实测最小流量为０．５０ｍ３／ｓ，发生在１９８０年５月７日，该年度流量小于１．５ｍ３／ｓ的持续时间长达印天，１月～５月平均流量仅１．９１ｍ３／ｓ。通过与实测流量资料的对比分析，在抱古水陂以下段的河道内流量与实测的最枯年的枯季流量过程十分接近。
因此，考虑到工程的经济效益、下游地区生态环境现状以及受影响的主要范围，对于受影响最大的抱占水陂至龙潭河段，在枯水期下泄１．４ｍ３／ｓ的最小流量是可行的。在龙潭河ＶＩ以下段由于有龙潭河来流汇人、以及农田灌溉回归水等的补充，其河道内枯水期流量大于以上方法所确定最小生态需水量中的最大值。
４小结
（１）在自然河流中建设水利工程，必须对下游生态环境的保护引起足够的重视，如何确定下游河道最小生态需水量，对于合理地、可持续开发水资源，水利工程的优化运行调度，生态环境的保护都具有重要的意义。
（２）目前，虽然确定下游河道最小生态需水量的方法较多，但由于资料及对生态需水量认识深度的限制，操作性强的方法仍多采用历史流量评估法，其中又以Ｔｅｎｎａｎｔ方法为宜。河流水文资料均具有观测连续、系列长、统计计算成熟规范等特点，因此最小生态需水量求算方法也有一定的可靠性。由于生态需水量问题的复杂性，即使采用相似的方法，计算结果也有差异，这也充分反映了河道内最小生态流量确定方法的研究现状，为了进一步加强生态需水量确定中所反映的生态信息成分，十分有必要对此问题开展进一步的系统研究。
（３）下游河道最小生态需水量的确定，是以下游河道生态环境的保护为目标，可能有多个生态目标，如水生生态、河谷林草、下游地区地下水、河口的海水入侵等。应以分析这些目标，选择最脆弱的或重点保护的为目的性保护目标，兼顾其他保护目标。
（４）无论采用那种方法获得下游河道最小生态需水量之后，必须结合河流特定的其他因素进行分析，才能确定。除了工程的运行效益以外，还要综合考虑下游的支流和汇水情况、其他水环境对该流域的影响、下游地区的水资源开发情况和社会经济发展等，综合分析评价后确定最小生态需水量。
（５）采用在我国环境影响评价中常用的确定环境用水的１０年最枯月平均流量法或保证率９０％最枯』｛平均流量法计算流量不同于利用Ｔｅｎｎａｎｔ方法计算的最小生态流量，显示生态用水和环境用水具有不同的内涵．因此有必要在环境影响评价中对这两个概念进行区分，并应将两者中较大值作为为保持下游生态环境稳定所必需下泄的最小流量。而两者的大小关系似应取决于河流的特定的水文过程，是否存在一定的规律性尚有待于进一步分析。．１３８．
参考文献
ｌ
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ＵＳＧＳ／ＢＲＤ／ＩＴＲ—１９９８－Ｏ００４
ｌｌＧＢ／Ｔ３８３９－－１９８３制订地方水污染物排放标准的技术原则和方法１３９
河流中水利工程下游最小生态流量确定方法研究
作者：
作者单位：谭红武， 刘兰芬中国水利水电科学研究院(北京)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_5204902.aspx
河流中水利工程下游
最小生态流量确定方法研究
（中国水利水电科学研究院，北京１０００３８，—ｔａｎｈｗ＠ｉ—ｗｈｒ．ｃｏｍ）
摘要河流中水资源开发利用，是通过水利和水电工程项目来实现的，这些工程的建设、改变
了下游河道的水文条件，对下游生态环境造成影响。从资源可持续利用的角度，水利、水电项目
的开发目标应该是：在水资源利用的同时，必须保证下游的生态环境不致遭到破坏。由此．水利谭红武刘兰芬
枢纽和水电站运行，特别是枯水期运行，要考虑最小下泄生态流量，用以满足下游生态环境的最
低要求。本文正是基于这种情况，对最小生态流量的计算确定方法进行了初步研究，并以海南
省宁远河的大隆水利枢纽工程为例，进行分析计算，提出坝址下游的最小生态流量，为水利枢纽
调度运行提供依据。
关键词水资源开发下游生态环境生态需水量最小生态流量环境用水Ｔｅｎｎａｎｔ法
ｌ引言
２０世纪人类对全球的河流施加了根本性的影响，为了取水和发电，在一百年的时间内，人类在全球绝大多数河流上建筑了大约４００００座大坝（定义为坝高超过１５ｍ），８０００００座小型水坝”１，这些水坝截断了河流，存蓄了大约１００００ｋｍ３的水，是全球所有河流中水量的５倍”。。在取得显著经济及社会效益的同时．由于大规模水利水电开发，尤其是过度开发显著地改变了河流的下游河道的水文情势，从而也给河流生态系统带来了显著的不利影响”１。
具体地分析，按照工程建成后河道外引水量占河道原径流量比例的多少，可以将水利水电工程分为引以水为主的和发电为主的两类，其对下游生态环境造成的不利影响分析如下：
以调水和引水为主要目的的引水工程，由于调水或引水，减少了泄向下游的水量，极端情况下甚
至完全截断下游的泄流，水坝的修建不仅阻断河流中洄游生物的洄游通道，阻断营养物质的循环，过量的引水更直接造成下游河道和下游湖泊的萎缩、河流季节化和下游水流条件的显著变化，从而造成水生生物栖息地的严重损失，以及河流岸边带植被的萎缩等生态影响。在干旱和半干旱地区或湿润不稳定地・区．由于水量减少或洪水淹灌时间减少，这种生态影响则更为显著。例如，我国的塔里木河，由于干流中段的无序引水，造成下游河道断流，地下水位下降，两岸植被衰败．生态严重恶化”ｊ。
・以发电为主的水力发电工程总的来看，由于发电需要，水坝蓄积的水仍将排向下游河道，因此对河道内径流总量影响较小，但由于径流调节作用，将对下游河道内水流流态产生影响。其中引水式水电站会造成挡水建筑物至发电厂房段的河道断流，或是永久性断流，或是间断性断流。造成对原河道附近森林植物和动物的栖息环境、断流段的小气候等生态环境的影响，这种影响往往是破坏性的和不町逆转的…。
因此，从资源可持续利用的角度，水利、水电项目开发的目标应该是，在水资源利用的同时，必须保证下游的生态环境不致遭到破坏。一个世纪以来的水利水电发展史已经清晰地说明：由于大规模和过度的水资源开发造成的河流生态系统的退化甚至崩溃的种种迹象深刻地反映出维持河流生态系统的生态需水量的客观存在性。另外，由于工业化和城市化的快速发展以及人口激增，造成日益激烈的用水竞争和用水量的激增，挤占河流生态用水的压力仍然很大”ｏ。因此，为了维护河流生态系统的稳定，必须明确承认和界定河流生态需水量的客观存在，在工程运行调度中，必须从管理角度明确提出下泄一定的生态环境需水量。该课题无论是从理论上还是具体的管理工作中，都具有十分重要的意义。本文正是针对这一课题进行ｒ初步的研究，并用于海南省宁远河的大隆水利枢纽工程的环境影响评价。１３４
２河流最小生态需水量的确定方法
生态需水量是一个近期引入我国的新概念，其关键是将河流作为一个河流生态系统这样一个整体来加以考虑，研究河流的水文水力条件变化对河流生态系统的结构功能稳定性的影响。目前，对该概念有许多含义相似或互相交叉的概念与定义，如生态环境需水量、生态需水量以及环境需水量等，由于河流生态系统十分复杂，河流的水文特性及生物与集水区的互动关系互不相同，加之研究者对河流生态系统生态环境问题认识的出发点各有不同，概念的具体内涵差异较大，目前在国际上和在我国也没有基本得到公认的确切定义和计算方法。在由中国工程院组织、４３位院士和近３００位院外专家参加完成的《２ｌ世纪中国可持续发展水资源战略研究》中给出了广义和狭义的两个定义。其中狭义的生态环境需水量是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善而需要消耗的水资源总量，主要包括保护和恢复内陆河流下游的天然植被及生态环境，水土保持及水保范围之外的林草植被建设，维持河流水沙平衡及湿地、水域等生态环境的基流，回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水等方面。而从国外的情况来看，概念相对比较专一，往往针对特定的的生态环境问题提出针对性较强的不同用途的生态环境用水指标，如美国将环境用水区分为保持自然风景河流自然景观的基本流量、河道内需水、湿地需水以及海湾和三角洲的水量等保护目的明确的生态环境需水量。本文中论及的河流生态需水量系指维护自然河流生态系统的稳定所需的水资源量，而最小生态需水量则系指利用人为方式控制引水及蓄水构筑物的下泄到下游河道内，以维护最低程度的河流生态系统稳定所需要的放流量。其关注的重点，是工程运行过程中，尤其是枯水期运行中，必须下泄的最小流量。该概念的提出是考虑到由于目前对该问题的研究现状和认识水平以及相似概念的内涵外延不清晰，给具体的管理工作，尤其是水利水电工程的环境影响评价工作所带来的操作困难性，力图通过方法的比较，来澄清概念，提高方法的可操作性，更好地服务于决策。
总的来看，关于如何确定河道生态需水量的问题，是随着ＡｇＣ４土会ｘｆｆ水资源利用的强度与规模的不断增大而提出的，其初衷是为了保护因大规模水资源开发而日益衰竭的鱼类资源，以后又发展成为一种平衡水资源多目标开发的重要手段，目前已经在不少西方发达国家得到成功运用…。在实际的确定方法的研究中，如果直接从概念出发，则必须直接面临河流生态系统如何响应河流的水资源及水流状态变化的问题，由于河流生态系统非常复杂，直接讨论河道内流量的变化与河流生态系统的变化从理论和实践上均有困难，因此，目前的一些方法多是基于一些观察到的事实及相应地合理假设，将保护水生生物或其指示种，例如虹鳟鱼、鲑鱼等所需的水量是与保护整个生境所需的水量相同的这样一个假设出发，将生态需水量的问题转化为河道内水力参数与生物栖息地之间的关系问题。目前采用的确定方法可大致归结为以下三类：
２．１历史流量评估法（ｈｉｓｔｏｒｉｃｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法立足于认为河流中生物长期适应河流的流量变化，从而河流生态系统的稳定性与河流的流量构成了直接相关的关系。该方法中最为广泛采用的方法为Ｔｅｎｎａｎｔ经验方法”１。该方法也叫Ｍｏｎｔａｎａ法。该方法是在对美国ｌｌ条河流的河流宽度、水深及流速及相应河流中鱼类生存状态的系统观察的基础上，考虑保护鱼类、野生动物、娱乐和有关环境要素的状况下，以预先确定的年平均流量的百分数为基础制定出的不同生态系统状态下河流流量推荐值，见表１。其中，最小生态用水量按年丰枯季平均流量的１０％计。
另外，除了用河流流量记录来计算最小生态用水量外，对于水文资料缺乏的流域，日本还开发了依据水系集水面积的大小来进行估算的方法。一般采用的标准为１００ｋｍ２集水面积应维持Ｏ．６７ｍ３／ｓ最小生态流量。
衰１
流量的叙述性描述
最大Ｔｅｎｎａｎｔ法河流流量推荐值推荐的基流（４—９月）推荐的基流（１０月～３月）（平均流量百分数）２００
６０～１００
４０
３０
２０
１０
１０
０～１０（平均流量百分数）２００６０—１００６０５０４０３０１００—１０１３５最佳范围极好非常好好中或差差或最小极差
２．２水力参数评估法（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法同样认为河流的生态功能与某项水力参数具有直接相关的关系。例如河道的湿周（ｗｅｔｔｅｄｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）与河流生态系统的初级生产力关系密切，通过研究湿周与流量的率定关系，找出湿周一流量关系曲线中的驻点，以该点的流最作为维持河流生态功能的最经济有效的流量”ｏ。而把湿周仅相当于平均流量下的湿周的２０％时对应的流量，作为最小生态流量。
２．３生物栖息地模拟评估法（ｈａｂｉｔａｔｍｅｔｈｏｄｓ）
该方法可视为湿周法的延续，但考虑水力参数更为详尽，尤为重要的是通过选取合适的生态指示种并确定其实际生态需求，建立起实际生态需求与水力参数之间的关联关系，并评估不同水力参数下生态需求的满足程度。目前，美国、澳大利亚等国家最常使用的ＩＦＩＭ（１ｎｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）法””即为该类方法的代表。该方法可以将大量水文水化学现场数据和选定的水生生物不同生长阶段的生物学信息有机结合，做出相应于流量增加栖息地的变化情况，能够实现多目标决策。但该方法对基础数据的要求度为最高。
总的来说，对所需的基础资料的要求越来越高，而提供的信息也越来越丰富，当然作为决策依据的价值也越来越高。具体采用何种方法，必须根据研究区内的生态环境现状、具体生态问题、工程特点、用水特点以及资料丰富性、参考案例、设计经验等多方面因素决定。
３计算分析实例
以海南宁远河大隆水利枢纽工程为例，利用以上提出的确定工程下游最小生态需水量的方法原则，选择了适合的计算方法，并进行计算分析。
３．１大隆水利枢纽工程概况
大隆水利枢纽工程位于海南省三亚市西部、宁远河下游，距离河口约１６．８ｋｉｎ处，是海南省水资源配置的重点工程。宁远河发源于保亭县的红水岭，于三亚市保平港人海，跨保亭县、乐东县、三亚市三县（市），河长８３．５ｋｍ，总落差１１０１ｍ，平均坡降１．３２％，年径流量６．７５亿ｍ３，是海南省三亚市境内流域面积最大，水量最为丰富的河流。有两条主要的支流，其中之一为龙潭河，在大隆坝址以下约５ｋｍ处汇入主流。另外，在大隆坝址以下约２．５ｋｉｎ处建有抱古水陂，引水流量１．Ｏｍ３／ｓ。在枢纽下游河口附近有两个大的乡镇保港镇和崖城镇。枢纽工程主要功能为以防洪、供水、灌溉为主结合发电，设计防洪库容为１．４８亿ｍ３，正常蓄水位７０ｍ，城镇年供水量１．９８亿ｍ３，年灌溉用水量１．３０亿ｍ３，电站装机容量为５ｌＯＯｋＷ。
修建水库大坝以后，将会显著改变下游的水文情势，并进而影响到宁远河下游的生态环境。根据枢纽原运行方案，大隆水库建成后，除汛期水库有部分弃水进入下游河道外，一般年份的枯水月份，水库不向下游河道放水，将截留枯水季节的绝大部分径流，因此在枯水季节将会形成下游河道至支流龙潭河汇入前约２．５ｋｍ的局部河段长时间的断流，对生态环境造成严重影响。经分析可知，由于干流上抱古水陂及其他水电站的兴建已经断绝了鱼类的洄游通道，下游河道内未发现珍稀鱼类，现存鱼类数量不多；由于河口地形因素，上游流量减少不会造成海水入侵；宁远河为山溪性河流，流域植被情况很好，多年平均悬移质输沙量为１７．８万ｔ，含沙量为０．２７ｋｇ／ｍ３。因此，下游河段的水生生物保护、冲沙和海水入侵都不是主要问题。主要考虑的是要维持下游河道的生态基流，决不能造成断流。
３．２计算方法的确定
鉴于大隆水利枢纽的工程特点及宁远河流域的生态环境现状特点以及收集的基础资料情况，选择了以下四种计算方法，其中有两种历史流量评估法，即方法（１）及方法（２），其中方法（１）系匈牙利某条河流上的经验公式，选择方法（１）是为了和Ｔｅｎｎａｎｔ方法进行比较。另外，由于大隆水库下游的河口地区存在两个集中的生活污水排放点，下游河道内径流量的减少可能导致严重的水质污染问题，因此，也选择了十年最枯月平均流量及保证率９０％最枯月平均流量来对比分析生态用水量与环境用水量的异同。具体计算方法如下：１３６
（１）水文系列方法
计算公式为：
Ｑ。＝ｍａｘ（０．３５ＱＭ７，ｏ．２５Ｑ３４７＋ｏ．０７５，Ｑ１㈣）
式中：Ｑ。。——最小生态需水量，ｍ３／ｓ；
Ｑ。，——年度流量序列中一年中有３４７天能够达到或超过的流量，ｍ３／ｓ
Ｑ，。——不低于扣除三个月最小流量后多年平均流量的１０％，ｍ３／ｓ。
（２）Ｔｅｎｎａｎｔ方法
Ｑ。。＝ｌＯ％Ｑ
Ｑ——多年平均流量，ｍ３／ｓ。
（３）ｌＯ年最枯月平均流量法”“
该方法是在引进美国７ＱＩＯ法的基础上发展出来的。７ＱＩＯ法，亦即采用９０％保证率最枯连续７天的平均水量作为河流最小流量设计值，主要用于计算污染物允许排放量。自我国在２０世纪７０年代引入后，在许多大型水利工程建设的环境影响评价中得到应用。但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较大，我国在《制订地方水污染物排放标准的技术原则和方法》（ＧＢ／Ｔ３８３９－－１９８３）中规定：一般河流采用近１０年最枯月平均流量或保证率９０％最枯月平均流量。
（４）保证率９０％最枯月平均流量计算法…。
利用多年水文系列最枯月平均流量排频，以保证率９０％最枯月平均流量作为河道下游最小生态流量。该方法是借助连续并精度较好的长系列水文资料，进行统计计算，具有代表性较强的特点。３．３计算结果
（１）水文系列方法计算结果。采用了１９５９～１９９８年４０年的水文系列资料以及１９８０年（平水典型年）逐１３平均流量资料进行计算，结果如下：
ＱＮ７＝ｏ．７７ｍ３／ｓ；万ｌ“：２．２９８ｍ３／ｓ；最小生态流量Ｑ。。＝２．２９８ｍ３／ｓ。
（２）Ｔｅｎｎａｎｔ经验方法计算结果。根据宁远河下游的生态环境现状，选用：Ｑ。。＝１０％Ｑ，Ｑ为多年平均流量，ｉ＇１１３／ｓ。经计算，最小生态流量Ｑ。＝２．１ｉｆｎ。／ｓ。
（３）１０年最枯月平均流量法计算结果。经分析计算，最小环境流量为１．２４ｍ３／ｓ。
（４）保证率９０％最枯月平均流量法计算结果。采用１９５９年一１９９８年４０年水文系列最枯月平均流量排频，最小月平均流量为０．８７ｍ’／ｓ，保证率９０％的流量为１．４ｍ３／ｓ。
３．４结果分析
综合以上分析结果，可以发现采用１０年最枯月平均流量法或保证率９０％最枯月平均流量法计算的环境用水量与利用Ｔｅｎｎａｎｔ方法计算的最小生态流量的数值是不同的。在本案例中，环境用水量要小于最小生态流量。这说明按照目前我国环境影响评价中采用的这种计算环境用水的方法计算出的水量，与为了满足维持河流生态系统最低的生态稳定所需放流的最小生态流量是不同的。因此，考虑到目前国内对环境用水和生态用水的概念不甚清晰，有必要在环境影响评价中对此两个概念进行区分，并应将将两者中较大值作为为保持下游生态环境稳定所必需泄流的流量。
另外，最小生态流量的计算方法各异，其计算结果也有差异。采用方法（１）的计算结果要比Ｔｅｎｎａｒｔｔ的方法偏大，考虑到方法（１）适用的河流的水文条件和河流生态系统与宁远河的差异以及Ｔｅｎｎａｎｔ法的较为广泛的适应性，故考虑以Ｔｅｎｎａｎｔ法计算的结果作为初步选定的最小生态流量。
由于设计方提供的最小放流量是按照国家水资源评价规范中的９０％保证率最枯月流量确定的，同时也是下游的最小环境用水量，即１．４ｍ３／ｓ的枯季最小放流量。在工程的环境影响评价中，对该流量的合理性进行了初步评价。
按照１．４ｍ３／ｓ的枯季最小下泄流量的方案分析，受影响最大的是抱古水陂至龙潭河段（长度约２．５ｋｍ）。在龙潭河口以下段，影响相对较小。由于枯水期有龙潭河来流的补充汇人和农业和工业的退水，加上上游最小下泄流量１．０ｍ３／ｓ，合计桔水季最小流量为２．９７ｍ３／ｓ，是自然状态下７．０ｍ３／ｓ的４２％。该数值大于按照Ｔｅｎｎａｎｔ法计算的龙潭河口相应的最小生态流量２．４ｍ３／ｓ。汇水情况见表２。
另外，按照枯季保持１．４ｍ３／ｓ的最小下泄流量的要求，进行了径流调节计算，抱古水陂断面处仅在１～４月四个月份的河道内多年平均流量为１．４ｍ３／ｓ，其余月份均大于２，０ｍ３／ｓ，可见其影响时段并没有涵盖整个枯水期，其影响时段相对有限。
表２宁远河龙潭河口以下段的汇水情况
汇水来源流量／（ｍ３／ｓ）
Ｏ９５计算依据水文统计，年平均流量为３０ｍ３／ｓ。龙潭河枯水季平均汇水
农业灌溉退水
乡镇与工业用水
工程运行后最小下泄流量０．４５退水率为用水的２０％计，年退水１４３１万ｎ１３。０．１７退水率为用水的５０％计，年退水量为５５０万ｍ３。９０％保证率最枯月流量１．４０
合计２．９７
从雅亮站１９７２～１９９９年实测资料统计，枯水期多年平均流量为６．０９ｍ３／ｓ，实测最小流量为０．５０ｍ３／ｓ，发生在１９８０年５月７日，该年度流量小于１．５ｍ３／ｓ的持续时间长达印天，１月～５月平均流量仅１．９１ｍ３／ｓ。通过与实测流量资料的对比分析，在抱古水陂以下段的河道内流量与实测的最枯年的枯季流量过程十分接近。
因此，考虑到工程的经济效益、下游地区生态环境现状以及受影响的主要范围，对于受影响最大的抱占水陂至龙潭河段，在枯水期下泄１．４ｍ３／ｓ的最小流量是可行的。在龙潭河ＶＩ以下段由于有龙潭河来流汇人、以及农田灌溉回归水等的补充，其河道内枯水期流量大于以上方法所确定最小生态需水量中的最大值。
４小结
（１）在自然河流中建设水利工程，必须对下游生态环境的保护引起足够的重视，如何确定下游河道最小生态需水量，对于合理地、可持续开发水资源，水利工程的优化运行调度，生态环境的保护都具有重要的意义。
（２）目前，虽然确定下游河道最小生态需水量的方法较多，但由于资料及对生态需水量认识深度的限制，操作性强的方法仍多采用历史流量评估法，其中又以Ｔｅｎｎａｎｔ方法为宜。河流水文资料均具有观测连续、系列长、统计计算成熟规范等特点，因此最小生态需水量求算方法也有一定的可靠性。由于生态需水量问题的复杂性，即使采用相似的方法，计算结果也有差异，这也充分反映了河道内最小生态流量确定方法的研究现状，为了进一步加强生态需水量确定中所反映的生态信息成分，十分有必要对此问题开展进一步的系统研究。
（３）下游河道最小生态需水量的确定，是以下游河道生态环境的保护为目标，可能有多个生态目标，如水生生态、河谷林草、下游地区地下水、河口的海水入侵等。应以分析这些目标，选择最脆弱的或重点保护的为目的性保护目标，兼顾其他保护目标。
（４）无论采用那种方法获得下游河道最小生态需水量之后，必须结合河流特定的其他因素进行分析，才能确定。除了工程的运行效益以外，还要综合考虑下游的支流和汇水情况、其他水环境对该流域的影响、下游地区的水资源开发情况和社会经济发展等，综合分析评价后确定最小生态需水量。
（５）采用在我国环境影响评价中常用的确定环境用水的１０年最枯月平均流量法或保证率９０％最枯』｛平均流量法计算流量不同于利用Ｔｅｎｎａｎｔ方法计算的最小生态流量，显示生态用水和环境用水具有不同的内涵．因此有必要在环境影响评价中对这两个概念进行区分，并应将两者中较大值作为为保持下游生态环境稳定所必需下泄的最小流量。而两者的大小关系似应取决于河流的特定的水文过程，是否存在一定的规律性尚有待于进一步分析。．１３８．
参考文献
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ｌｌＧＢ／Ｔ３８３９－－１９８３制订地方水污染物排放标准的技术原则和方法１３９
河流中水利工程下游最小生态流量确定方法研究
作者：
作者单位：谭红武， 刘兰芬中国水利水电科学研究院(北京)
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