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河流從社會經濟發展、環境保護和生態功能三個角度觀摩，具有供水、發電、調蓄洪水和為濕地生物提供棲息地等重要功能。但正是由于河流在人類活動和社會經濟發展及生態環境平衡中所具有的中心和綜合作用，致使人們瘋狂且不合理的開發利用河流，導致出現了諸如河道萎縮、干涸和魚類死亡等諸多生態現象。其中河流流量是河流中最活躍的水文要素，在河道水生態系統中起著決定性的作用。河流流量不同空間制度的變化影響生物物種的分布和豐度的同時影響河道的形狀和大小，進而影響影響了整個河流生態系統。河流流量變化最直接的變化反應在流速，水深和水面面積的變化。這些變化直接影響河流中水生棲息地和生物物種的改變。近年來愈來愈多的學者開始關注河流生態水量問題。目前，國內外開展了多種與河流生態水量相關的研究；其中，河流的環境流量作為一個研究重點。本文基于徑流、水位及水生物種等資料，對北部灣經濟區河流環境流量進行計算與分析，為維持北部灣經濟區河流生態健康提供參考。 1環境流量 1．1環境流量概念 由于現階段國內外對河流生態需水量研究頗多，對河流生態需水量的概念已達成比較一致的看法。河流生態需水量是指能夠維持河流天然狀態下生態系統穩定和健康的需水量。但是什么是環境流量？對此國內外還沒有一個公認的定義。世界自然保護聯盟采納的環境流量定義為“在用水矛盾突出、且用水量可以進行調度的河流、濕地和沿海區域，為維持其正常生態系統及功能所擁有的水量”［1］。有學者認為環境流量是指河流滿足自身生存和健康需要所必需的水流量［2］。本文認為河流環境流量是指在滿足天然狀態下河道內生態系統健康穩定的同時能夠滿足人類基本生存的河道流量。 1．2環境流量特征 環境流量作為一個流量值，其值是一個波動值。如圖1所示，最?。ù螅┉h境流量是指當河道流量減少（增加）到河道內的主要生物物種所不能承受的河流流量而滅亡。適宜環境流量是指河道流量增加到河道內主要生物物種能正常生存時的河流流量。在討論生態時總離不開環境，同樣在研究環境時自然也離不開對生物和棲息地的研究，加之生態與環境在內涵上具有重疊性，二者很難割裂開來討論。盡管生態流量與環境流量概念不盡完全相同，但是除非必要，否則二者不必加以區別。但在研究的主體或目標明確時，應作必要的考慮，或尊重傳統的分法［3］。因此，計算河流生態需水量的方法也可用于河流環境流量的計算。 2國內外環境流量研究 2．1主要環境流量計算方法 依據目前國內外的應用研究進展，環境流量計算方法可分為四類：水文學法、水力學法、生境模擬法和整體分析法［4］。四種方法的比較如表1所示。 2．2研究受試物種 河流環境流量是為了維持河道內主要生物物種的生態健康和整個河道生態系統的健康穩定，進而滿足人類的需求的流量。此時，主要關注河道內的關鍵物種，如魚類、大型無脊椎動物、藻類和大型水生植物等對水量和水質需求問題［3］。魚類在河流生態系統中的占據重要位置。魚類群落有食草性、雜食性和浮游生物實現等各種食性的魚類組成。其群落結構的變化，能夠全面和直接的反應河流水生態系統結構和水質的狀況；并且魚類的個體相對河流中其他物種均較大，容易鑒別，生命周期也較長，能夠反應較長時間段河流水流量和水質的狀況。因此，本文選用河流中的主要魚類作為研究受試物種。 3研究區域介紹 3．1研究區域概況 北部灣經濟區地處華南經濟圈、西南經濟圈與東盟經濟圈的結合部，是中國大陸東、中、西三大地帶交匯點，是未來廣西乃至中國經濟建設的重點地區。南流江是廣西境內最大的獨流入海河流，貫穿廣西北部灣經濟開發區———玉林、欽州、北海等市縣。南流江發源于玉林市和北流市交界的大容山，流域面積為9700km2，干流總長278km，多年平均徑流量為77．18億m3。流域地處桂南低緯度地區，南臨北部灣，汛期受海洋氣候影響，高溫多雨，多年平均降雨量在1400～1900mm之間，年內時空分布不均，主汛期4－9月份的降雨量約占全年降雨量的70％以上。近年來隨著工農業經濟的快速發展，引取南流江的水量在逐年增加，流域的生態環境必將受到不利影響。南流江流域環境流量的計算與分析，對于維持南流江的生態健康具有重要意義（見圖2）。 3．2數據說明 河流環境流量計算涉及河流多年徑流量、水位、寬度等眾多河道水文水力信息，需選擇具有較完整及較長年限的河流監測站點資料。南流江流域共有水文站8個、雨量站34個。其中，常樂站于20世紀50年代設站，位于東經109°25′、北緯21°50′，集水面積約6645km2，屬于國家站網，測驗和整編均按有關規定進行，資料可靠。至今已有水位、流量、降雨量和泥沙等40多年的觀測資料，能較全面地反映南流江近年來徑流變化情況。基于此，本文計算數據采用常樂站監測數據。 4環境流量計算 目前，國外學者對環境流量的計算還未形成統一的體系，且中國對國外的方法研究較少，多數是以水文數據和水質數據進行研究，偏重宏觀尺度，很多計算方法存在局限性［13］。中國現階段河流生態資料較缺乏，使得生境模擬法在河流環境流量計算中難以實施。整體分析法在中國應用不成熟，且計算耗時漫長，不能準確的計算出中國河流的環境流量?；诖?，本文應用水文學法、水力學法和生態水深－流速法［14］計算南流江流域環境流量。 4．1水文學法 4．1．1Tennant法 #p#分頁標題#e# Tennant法是依據大量歷史觀測資料，建立流量和棲息地質量之間的經驗關系，二者的關系為表2。其中魚類主要通過產卵的方式繁殖，因此在環境流量的計算過程中必須考慮主要魚類產卵時對河流流量的要求。依據實際調查研究和表2，常樂站河道內的最小環境流量為：一般用水期（10月－次年3月）取多年平均月流量的10％，魚類產卵育幼期（4－9月）取多年平均月流量的10％；常樂站河道內比較適宜的環境流量為：一般用水期（10月－次年3月）取多年平均月流量的20％，魚類產卵育幼期（4－9月）取多年平均月流量的40％。計算結果見表3。根據表3中的計算結果，南流江流域環境流量為39．87～55．55m3／s。 4．1．2最小月平均流量法 最小月平均流量法采用河流最小月平均實測徑流量的多年平均值，作為河道基本生態需水量。計算公式Wb＝Tn∑ni＝1minQij（1）式中：Wb為河流基本生態環境需水量，億m3；T為換算系數，值為31．536×106s；Qij為第i年第j月實測的月平均流量，m3／s；n為統計年數。由式（1）及表4可得南流江流域環境流量為32．09m3／s。 4．1．37Q10法 中國在（GB3839－83）《制訂地方水污染物排放標準的技術原則和方法》中，對該方法進行了修改，規定：一般河流采用近10a最枯月平均流量或90％保證率最枯月平均流量（見圖3）。由圖3可知，南流江流域最小環境流量為18．1m3／s。 4．2水力學法－濕周法 濕周法是以河道濕周作為衡量河道棲息地質量的指標來估算河道內流量的最小值。該法的基本假設是濕周和水生生物棲息地的有效性有直接的聯系，保證好一定水生生物棲息地的濕周，就能滿足水生生物正常生存的要求。通過建立河道斷面濕周－流量關系曲線圖4，依據該曲線確定變化點的位置，進而計算河流環境流量。通過對南流江中下游常樂水文站2000－2005年實測大斷面資料分析（圖5），水文站斷面地形基本穩定，局部發生輕微變動，且斷面近似成梯形狀。依據曼寧公式和謝才公式（假設河流為明渠恒定均勻流）及常樂站斷面以梯形斷面來近似表達，濕周與流量的關系可表達為：式中：Q為流量，m3／s；S為水面比降；P為濕周，m；n為糙率；b為河底寬度，m；m為邊坡系數。依據式（2）分析，梯形斷面的濕周與流量呈現出對數關系［15］。建立南流江常樂站濕周－流量關系曲線并經擬合計算，得出濕周－流量關系如圖6所示。并依據Gippel［16］從數學上提出的變化的位置應該在曲線的最大曲率或斜率為1處。本文采用斜率為1計算變化點，得出南流江常樂站最小環境流量為5．16m3／s。 4．3生態水深－流速法 生態水深－流速法是通過生態水深、生態流速和由謝才公式及曼寧公式推導出的公式（2），來推斷河流維持生態健康（魚類）所需的流量。生態水深－流速法是水文學（流量、水深等資料）和水力學（曼寧公式等）兩種方法的結合，更好的反應河流生態系統所需的環境流量。當河道為寬淺式河道（水深比河寬小很多）時，式中水力半徑R可用平均水深代替［17］由圖5可知，南流江常樂站河道屬于寬淺式。依據廣西水產研究所對廣西江河內魚類的研究調查，南流江淡水魚類中，鯉形目是主要類群，占該水系淡水魚類的71．62％，其適應流速的能力如表5所示。不同種類的魚的喜愛流速不同，并且結合魚類產卵對流速的要求，本文引用廣西水產科技研究確定的魚類及魚類產卵所需的最低流速為0．3m3／s［18］，并依據建立的流速－流量關系曲線推算南流江的最小環境流量為25．75m3／s。 4．4結果分析 水文學法、水力學法和生態水深－流速法三種方法的思想方法和側重點不相同。故三種方法計算出的南流江環境流量存在一定偏差，其產生偏差的原因也各不相同，如表6所示。由表6可知，水文學法中的Tennant法計算出的南流江最小環境流量39．87m3／s最大，占年平均流量的25．35％；水力學法中的濕周法得出的結果5．16m3／s則最小，占年平均流量的3．28％；生態水深－流速法計算結果25．75m3／s占年平均流量的16．37％。Tennant法計算出的環境流量過大，若實際應用于河流流量的控制對于經濟的壓力太大。濕周法所得結果不能完全滿足河道內生態系統健康發展。生態水深－流速法結合了河道流量、水深和魚類喜愛流量等水文和水力學的相關知識，并考慮了南流江中主要淡水魚產卵所需流量等經濟因素，其結果能很好地為南流江水資源的優化配置提供支撐。 5結論 本文從水文學、水力學和水文學＋水力學三方面，對北部灣經濟區河流———南流江的環境流量進行初步計算。并對計算結果進行對比分析，認為水文學＋水力學法中生態水深－流速法計算結果25．75m3／s，因考慮了河道流量、水位、斷面等河道自身因素和河道內主要魚類生活習性（魚類產卵）等生物因素，其結果能較好的反應南流江內生態系統健康穩定所需的河流流量。本文僅是對為維持南流江生態系統健康穩定所需流量進行了初步的研究，研究計算過程中由于資料數據等限制僅選用常樂站一個站點的相關數據，其結果可能存在一定偏差，在今后研究中尚取更多、分布均勻的站點，并加入河流中除魚類外其他水生動植物影響因素以提高計算結果的精度。