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嘉陵江南充段青居电站建站前后河道内生态需水量估算

范文

魏晓涵

摘要：为了合理优化配置水资源，对嘉陵江南充段青居电站建站前、后河道生态需水量进行估算，从而观察建站前、后河道内生态需水量的变化。本文综合考虑非汛期河流最小生态基流量和汛期河道内最大输沙用水量。结果表明，建站后较建站前非汛期河流最小生态基流量增加，汛期河流最大输沙用水量减少。嘉陵江南充段青居电站所控制的河道范围生态需水量非汛期河流最小生态基流量为64.75亿m3，汛期最大输沙量为95.46亿 m3。

关键词：生态需水量估算;青居电站;嘉陵江

1引言

我国水资源时空分布与生产力布局不相适应，年内年际分布不均，地区间存在着很大的用水竞争，水资源开发利用方式等问题尤其突出，也导致了很多生态环境问题。为了实现水资源的有效利用，修建水电站具有发电、防洪、灌溉、利于航运、改善水土流失等多项好处。研究人员也在密切关注河流生态的最小需水量，根据河道内生态需水的估算，来观察修建电站前、后需水量的变化情况。

嘉陵江南充段干流有9个中型梯级开发电站，本文以青居电站为例，通过计算嘉陵江南充段青居电站梯级开发前后汛期和非汛期两个时期的河道内的最小生态需水量来观察需水量的变化情况。河道内生态需水量的估算为南充段优化配置水资源提供基础，对促进南充市水能资源开发、管理将发挥积极作用。

2流域概况

嘉陵江为长江上游左岸的一级支流，干流发源于陕西省凤县东北的秦岭南麓，干流全长1120km，流域面积为159800km2，整个流域位于东经102°31′～109°29′，北纬29°40′～34°30′之间。南充市河流分属嘉陵江及渠江支流，在两大流域河流上共有中、小型水电站103座，其中嘉陵江干流建有9座中型梯级电站，青居电站位于南充市下游约17km 处的青居街，坝址以上干流河长815km，控制集雨面积76753km2，利用河弯约18km，河段比降约为0.32‰。

3河道内生态环境需水量的估算方法

河流生态环境需水量包括河道内生态需水量和河道外生态需水量[1]。本文讨论河道内生态环境需水量的变化，包括河流生态基流量、输沙用水量、河流水面蒸发量、河道渗漏用水量、入海需水量以及水上娱乐环境需水量等。

3.1河流生态基流量

河流生态基流量是维持水生生物生存以及满足河道不断流、不萎缩的最小需水量。本文采用河流基本生态环境需水量法[2] ，计算非汛期保证河流生态平衡的最小需水量，计算公式为：

（1）式中，Wb为河流生态基流量（108m3）;T 为换算系数，其值取为31.536×106S;n 为统计年数;Qij表示第 i 年第j 个月的月均流量（m3/s）。

3.2输沙用水量

本文通过计算汛期多年月平均的输沙用水量表示河道内汛期的最小生态需水量，来满足泥沙的正常运输，以免发生航道堵塞，计算公式为[3]：

（2）式中，Ws 为输沙用水量（108m3）;n 为统计年数;St 为多年平均输沙量（104t）;Cij 表示第 i 年第 j 个月的月平均含沙量（kg/m3）。

3.3???? 河流面蒸发量

河流的水面蒸发是河流水量消耗的重要因素之一，研究者通常采用水量平衡法估算河流的水面蒸发量，计算公式为：

E=P-R???? （3）

WE 总 =E×B×V??? （4）

式中，E 为多年平均水面蒸发量（mm）;P 为多年平均降水量（mm）;R 为多年平均径流深（mm）;We 总为多年平均河流水面蒸发量（m3）;B 为河宽平均值（m）;V 为月平均流速（m3/s）。

由于河流的生态基流量计算的是非汛期水面蒸发、河道渗漏后保持河道水量平衡、水生生物生存、水体自净的最小需水量，所以本文不再重复的计算河道水面蒸发量。

3.4???? 入海需水量、和水上娱乐环境需水量嘉陵江南充段所处的位置为长江上游的支流，影响相对较小，且回补地下水位的生态需水量有部分重合，因此不计算入海需水量和河道渗漏用水量。同时为保证河道水上娱乐功能以及恢复河流的生态功能和环境功能，这部分水上娱乐环境需水量，就南充的目前阶段来看，可以忽略不计。综上所述，河道内生态环境需水量实际上分为非汛期河流最小的生态基流量和汛期最大的输沙用水量。

4青居电站建站前、后河道内生态需水量的估算及结果分析

4.1???? 青居电站建站前、后的生态需水量估算

青居电站于2000年开始修建，2005年竣工，文章分别采用建站前1956～2000年和建站后2006～2018年的数据，计算非汛期（1～4月、11～12月）的多年月平均最小河流生态基流量和汛期（5～10月）的多年月平均最大输沙用水量，查阅2000～2018年《长江泥沙公报》、《中国河流泥沙公报》等资料进行分析。青居电站建站前、建站后的河道内生态需水量的估算结果为：河流生态基流量（非汛期）建站前、后分别为58.21亿 m3和64.75亿 m3;输沙用水量（汛期）建站前、后分别为106.20亿 m3和95.46亿m3。

4.2???? 梯級水电站开发前、后河道内生态环境需水量估算的结果分析

根据估算结果可以看出：（1）在嘉陵江南充段青居电站建站前、后河流生态基流量分别为58.21亿 m3和64.75亿 m3，开发后比开发前河流生态基本需水量有所增加，可能为建站后水的流动性变小，水体自净能力变低，所需的生态基流量变高;（2）河道的输沙用水量建站前、后分别为106.20?? 亿m3和95.46亿m3，开发后比开发前有所减少，梯级水电工程具有拦沙的作用，使大量泥沙淤积在水库内，且近年来各项水土保持工程和水利工程拦沙，这些都是泥沙减少的原因，所以梯级水电站建站后所需的输沙用水量有所减少;（3）青居电站所控制的流域河道内生态需水量在梯级水电站建站前最小的河流生态基流量和最大的输沙用水量分别为58.21亿m3和106.20亿 m3，建站后最小的河流生态基流量和最大的输沙用水量分别为64.75亿 m3和95.46亿 m3，可以看出青居电站建站前后对水体的自净能力、生物的生产活动产生了一定的影响，但起到了拦沙的作用，防止河道的泥沙大量淤积，维持了水沙平衡和冲刷与侵蚀的动态平衡。

5结论

水资源的短缺使得合理开发、利用、分配水资源显得尤为重要，河道内生态需水量的估算为区域优化配置水资源提供了基础。本文采用的计算方法是河流生态基流量和输沙用水量。梯级水电站开发下生态需水量的变化情况为：河流生态基流量增加，最大输沙需水量减少，梯级水电站开发后河道内生态基流量（非汛期）为64.75亿 m3，较开发前有所减少，最大的输沙用水量（汛期）为95.46亿 m3，较开发前有所减少，生态需水量的估算结果为配置水资源提供了参考。

参考文献：

[1] 黄锦辉. 黄河干流生态环境需水研究[D]. 河海大学，2005.

[2] 鲍卫锋，黄介生，于福亮. 区域生态需水量计算方法研究[J]. 水土保持学报，2005，19（5）：139-142.

[3] 崔树彬. 关于生态环境需水量若干问题的探讨 [J]. 中国水利，2001（8）：71-74.

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