生态径流Tennant法的改进与应用

1 T ennant法的研究进展

河流生态径流的计算方法大致分为水文学法、水力学法、生境模拟法、整体分析法4 类, Tennant法[1- 2] 是水文学法中应用最为广泛的方法。陈朋成等[3]采用典型的Tennant法计算了黄河上游河流的基础径流量。张玫等[4] 根据南水北调西线一期引水工程所在地区的具体特征, 分非汛期和汛期对调水地区河道生态环境需水进行了分析。赵琪等[5] 提出了采用年均值比的思想。李捷等[6- 7] 在应用Tennant法时, 采用了同期均值比的思想。郭立丹等[8- 9] 在进行洛河生态环境需水量计算中认为Tennant法的同期均值比比相对年均值比合理, 并且对河流生态径流的计算方法进行了对比。为了弥补Tennant法不能反映河流多沙特性和流量季节特性的不足, 黄强等[10] 在原Tennant法的百分比系数中引入了环境比降和季节系数, 使改进后的Tennant法能适应地形多变、流量季节性变化的河流, 拓宽了Tennant法的适用范围。王霞等[11] 针对北方河流进行了季节性和输沙性改进, 将河流生态需水量按季节划分为4-6月、7-11月、12-3月3个时段, 引入季节系数k 和径流比降i0。

2传统的Tennant法

Tennant法也称为蒙大拿法(Montana method), 该法简单易行、便于操作, 不需要现场测量, 是脱离特定用途的综合性计算方法, 在考虑保护鱼类、野生动物和有关环境资源的河流流量状况下, 按照平均流量的百分数来推荐河流基流。

徐志侠等[12] 曾专门对Tennant法进行过评述, 指出Tennant法中的年平均流量应为多年条件下、天然情况下的年平均流量。Tennant法将全年分为汛期和非汛期两个部分, 根据多年天然平均流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系, 直接计算维持一定河道功能的生态环境需水量。Tennant法将河流流量状况分为8个等级(见表1) 。

表1河流流量状况分级标准

3 Tennant法的改进

我国北方河流多属于季节性河流, 河川径流量均值小, 但年际、年内变化很大, 河流的多年平均流量受极端值的影响很大。笔者提出在Tennant法中用中位数代替河流的多年平均流量, 以减少极端值对计算结果的影响。

中位数是指统计总体或分布数列中各单位标志值按大小顺序排列, 处于中间位置的变量值, 若一组数据有偶数个数, 则中间两个数的平均值为中位数。当总体的分布呈偏斜分布时,分布偏斜度所造成的失真对中位数的影响较小。影响中位数的主要因素是观测值的多少, 而不是观测值的大小, 当一组数据波动变化较大时可用它来描述其集中趋势。中位数的优点是不受极端值大小的影响。

4实例分析

为检验对Tennant法的改进效果, 选取四川白沙河1961?2000年天然径流系列资料(见表2) [13] 进行实例计算分析。

Tennant法的计算过程比较简单, 只要根据非汛期和汛期的多年平均流量, 利用相应级别的百分比(见表1)即可确定此时段的生态环境需水量, 对这两个时段求和即可求得年生态环境需水量。根据表2按传统Tennant法计算的非汛期与汛期的多年平均流量分别为9. 079 m3 / s和27. 950 m3 / s, 按改进的Tennan t法计算则分别为8. 800 m3 / s, 27. 110 m3 / s。