河流生态流量计算方法、生态流量执行效果评价指标.docx

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1、附录A（资料性）生态流量计算方法河流生态流量计算方法包括水文学法、水力学法、栖息地法和整体法四类。河流生态流量计算参考方法见表A.lo表A.1河流生态流量计算参考方法表序号方法名称方法分类数据需求适用河流类型1蒙大拿法(TennantMethods)水文学法长序列（NK）年）天然年流量数据常流型河流、低优先级生态目标河流2流量历时曲线法(FlowDurationMethods)水文学法长序列（30年）天然月流量数据常流型河流3RVA法(RangeofVaribilityApproach)水文学法长序列（三20年）天然日流量数据季节型河流、低优先级生态目标河流4近10年最枯月平均流量（水位）法水

2、文学法近10年实际月平均流量、月平均水位或径流量常流型河流5水质模型法水文学法水质、流量数据具有水质保护目标型河流6最小稀释流量法水文学法水质、流量数据具有水质保护目标型河流77Q10法水文学法长序列天然日流量数据常流型河流8Smakhtin法水文学法长序列天然月流量数据常流型河流9Q90-Q50法水文学法长序列（三30年）天然日流量数据常流型河流10Tessman法（改进的蒙大拿法）水文学法长序列天然月流量数据季节型河流11月流量变动法（VMF法）水文学法长序列天然月流量数据季节型河流12Texas法水文学法长序列天然月流量数据季节型河流13Lyons法水文学法长序列天然月流量数据季节型河流

3、14NGPRP法水文学法长序列天然（30年）年流量数据常流型河流15基本流量法水文学法长序列天然（30年）日流量数据季节型河流16逐月最小生态水文学法长序列天然（30年）常流型河流序号方法名称方法分类数据需求适用河流类型径流法月流量数据17水文比拟法水文学法相似流域的水文数据无明确保护目标型河流17湿周法水力学法现场调查不同断面湿周、流量数据常流型河流、低优先级生态目标河流18R2-CROSS法水力学法实测河宽、水深、湿周、流速数据常流型河流、低优先级生态目标河流19生态水力学法水力学法实测水深、流速、河宽、湿周等水力参数低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流20RCHARC法水力学法实

4、测水深、流速、河宽、湿周等水力参数低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流21Basque法水力学法实测水深、流速、河宽、湿周等水力参数、生物调查数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流22生态水力半径法水力学法实测水深、流速、河宽、湿周等水力参数低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流23IFIM法栖息地法流速，最小水深、底质、水温、溶解氧、总碱度、浊度、透光度等生态水文数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流24PHABSIM法栖息地法鱼类调查、地形、水文等数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流25UW法栖息地法生物调查、河道地形、流速、水深等数据低优先级

5、生态目标河流、中等优先级生态目标河流26WUW法栖息地法生物调查、河道地形、流速、水深等数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流27生物空间最小需求法栖息地法鱼类调查、流量等数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流28流量事件法栖息地法长序列天然、实际日流量、生物调查等数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流29水生生物量法栖息地法鱼类调查、水质、流量数据低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流30BBM法整体法水文、水质、地形、生物调查数据中等优先级生态目标河流、高优先级生态目标河流31DRIFT法整体法水文、水质、地形、生物调查数据中等优先级生态目标河流、高优先

6、级生态目标河流32HEA法整体法水文、水质、地形、生物调查数据中等优先级生态目标河序号方法名称方法分类数据需求适用河流类型流、高优先级生态目标河流33ELOHA法整体法水文、水质、地形、生物调查数据中等优先级生态目标河流、高优先级生态目标河流A.I.水文学法1.1 蒙大拿法a.计算方法。蒙大拿法建立了河流流量和水生生物、河流景观及娱乐之间的关系，见表A.l.lo它将年平均流量的百分比作为生态流量。表A.L1河流流量与鱼类、野生动物、娱乐及相关环境资源关系栖息地等定性描述推荐的流量标准（占年平均流量百分比，%）一般用水期（10月至次年3月）鱼类产卵育幼期（49月）最大200200最佳流量6010

7、060100极好4060非常好3050好2040开始退化的1030差或最小1010极差10l各流态的段数无较大变化，急流段累计河段长度减少小于20%缓流Frl注：Fr为弗劳德数。2.4 RCHARC法根据水深和流速与鱼类种群变化的关系，确定河流可接受的生态流量。RCHARC法适用于受人类活动影响相对较小的河流，低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。2.5 Basque法基于河流连续统概念的生物学方法,它认为河流上中游的物种多样性随着流量的增加而增加，该法首先是依据曼宁公式建立湿周与流量的变化关系，然后利用河流生物多样性与湿周的变化关系确定最小和最优流量。Basque法适用于低优先级生态

8、目标河流、中等优先级生态目标河流。2.6 生态水力半径法该法是一种同时考虑河道信息（水力半径、糙率、水力坡度）和维持某一生态功能所需河流流速的水力学方法，它不仅能分析鱼类适宜的流速，还能确定输沙与环境自净的水流流速，而且可以避免像湿周法确定突变点而引起的不确定性。根据河道内满足水生生物的流速V（基于鱼类的生活习性、鱼类所处的生育期、河流等级来确定，一般都为0.42.5）。利用n、j计算出河道过水断面的生态水力半径R。再用生态水利半径R来计算过水断面面积A,得出A于R的关系，然后计算出流量，即含有水生生物与河道断面两方面信息的生态流量，以此来估算出某一过水断面一段时间的生态流量。生态水力半径法适

9、用于低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。A.3.栖息地法3.1 IFIM法（河道内流量增量法）河道内流量增加法（Instreamflowincrementalmethodology,IFIM）最初是20世纪70年代末由美国科罗拉多州的渔业与野生服务部和河道内流量服务小组共同提出的，主要是为了优化某个特定的重要鱼类（如鱼圭鱼）的栖息地。该方法具体步骤包括：1）数据收集收集研究区域的水文、水力学、水质、生物等相关数据，包括河流的流量、流速、水深、水温、水质参数、水生生物种类及其栖息地偏好等信息。2）栖息地模拟根据收集的数据，建立水力学模型和生物栖息地模型，模拟不同流量条件下的水力条件和栖

10、息地变化。常用的模型有PHABSIM（PhysicalHabitatSimulationSystem）等。3）流量与栖息地关系建立通过模拟结果，分析流量与栖息地质量之间的定量关系，确定不同生物物种在不同生长阶段对流量的需求。4）生态流量计算根据栖息地质量与流量的关系，结合保护目标，确定满足生态需求的最小流量，即生态流量。IFIM法适用于低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。3.2 PHABSIM法（自然栖息地模拟法）物理栖息地模拟模型法是IFlM法的核心模块，通过物种栖息地偏好、水力模拟和栖息地模拟对某目标物种不同生命阶段的栖息地随流量的变化进行定量评价。方法将代表性河段或者临界河段的

11、断面数据、水力模型和栖息地适宜度曲线结合起来，预测物理栖息地参数，如平均流速、水深和底质，最终计算代表栖息地条件的加权可利用面秋WeightedUSablearea,WUA）OPHABSIM模拟可以求得WUA随流量变化关系，假设WUA与鱼类生物量之间有正相关关系，则可取最大WtM所对应的流量作为生态流量，对应的栖息地即可以生产最大的生物量。PHABSlM模型法基于以下假设：（1）水深、流速、基质和覆盖物是流量变化对物种数量和分布造成影响的主要因素；（2）这些因素相互影响，共同确定河流微生境条件；（3）河床形状不随流量变化而改变；（4）WtM与物种数量之间存在一定比例关系。PHABSIM模型首先

12、将河道断面分隔成间隔为W的个部分，确定每个部分的平均垂直流速（V）,水位高程（力）、基质属性（三）和河面覆盖类型（C）等；然后调查分析指示物种对这些参数的适宜要求，绘制环境参数的适宜性曲线，根据该曲线确定每个分隔部分的环境喜好度，即水位喜好度（必）、流速喜好度（工）、基质喜好度（&）、河面覆盖喜好度QSc）,它们都被表示为07之间的值；最后计算每个断面、每个指示物种的总生境适宜性，将其称作权重可利用面积（WA）,见公式：WUAAi（ShSvSsSc/=1A式中，为宽度为、长度为两个相邻断面距离的每个单元的水平面积。重复计算不同流量下的WUA,绘制成WtM流量曲线，它能显示出流量变化对指示物种的

13、某个生活期的影响，代表性曲线在低流量处具有一个最大值，其常作为水资源规划的依据而使用。PHABSIM也存在一定的缺点，其基本假设WUA与鱼类生物量之间有正相关关系在一些情况下可能不成立；而将所有单元的适宜性集合成单个指标即栖息地可利用面积（WtM）并没有考虑到断面位置信息，掩盖了河段中断面间的差异。PHABSlM法适用于低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。3.3 UW法（有效宽度法）建立河道流量和某个物种有效水面宽度的关系，以有效宽度占总宽度的某个百分数相应的流量作为最小可接受流量。有效宽度是指满足某个物种需要的水深、流速等参数的水面宽度。不满足要求的部分则为无效宽度。UW法适用于低

14、优先级生态目标河流。3.4 WUW法（加权有效宽度法）在UW法的基础上，将一个断面分为几个部分，每个部分乘以该部分的平均流速、平均深度和相应的权重系数，从而得出加权后的有效水面宽度，权重参数取值范围从0-1。WUW法适用于低优先级生态目标河流。3.5 生物空间最小需求法以鱼类为河道内生态系统的指示生物,从鱼类对生存空间的最小需求来确定最小生态流量。由于缺乏鱼类对生存空间的需求资料，该方法采用的鱼类最小需求空间参数粗糙，导致方法的精度有限。生物空间最小需求法适用于低优先级生态目标河流。3.6 流量事件法流量事件是在RVA理论的基础上，由澳大利亚流域研究中心提出，以考察在一定的空间尺度上物理栖息地

15、随时间的变化情况。该方法通过了解流量事件对生物和地貌过程的影响，表征用于生态流量研究的流量变化性。这种方法的优点在于对生态流量的生态意义进行解释。一个生态时间可以视为流量状况影响地貌或者生物过程的一个离散的时间段。这些事件使利用收集多领域的专家意见选择出来的。流量事件的一个案例是河床的干涸，它可以表征为河道湿地面积。水力学模型用于将选中的栖息地参数与流量联系起来，接着从流量记录中可以得出这些参数的时间序列（通常是比较当前的、天然的和未来建议流量状况）。这些时间序列用于与这些事件的时间分布有关的统计学分析。这些分析的形式类似于对于流量记录的分析，利用年均和局部持续时间序列来表征洪水频率或者产生流

16、量持续时间曲线。流量事件法适用于低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。3.7 水生生物量法鱼类是河流生态系统中的顶级生物，其多样性的变化能反映整个河流系统的健康状况,因此可建立鱼类多样性和流量之间的相关关系，进而计算适宜生态流量。以鱼类的多样性作为评判的指标，分析鱼类多样性变化与水流条件的关系，通过建立流量与鱼类多样性的相关关系，确定满足大部分鱼类生长繁殖的河流适宜生态流量。通过历年水文、水生生物实验观测，获得鱼类多样性指数序列（44，4.）,其平均值为d,建立流量和鱼类多样性的关系D=f（Q式中，Q为流量；C为对应的河流水质条件。在历史记录或对比试验分析的基础上，根据水生态系统的保护

17、目标，确定鱼类多样性可接受的最大损失值为*,以（1-9）为多样性指数所对应的水流条件，确定为适宜生态流量。此时，水体中鱼的种类多，鱼类多样性高，当低于这个条件时，敏感鱼种消失，导致鱼种单纯，鱼类生物多样性大幅度降低，水生态系统恶化。在缺乏实测资料的条件下，以鱼类生物量与流量间的关系来代替，前者采用鱼类捕捞量变化来代替。水生生物量法适用于低优先级生态目标河流、中等优先级生态目标河流。A.4.整体法4.1 BBM法（建筑堆块法）南非的建筑堆块法（BBM）：为将BBM法应用于某一个具体的流域，来自不同学科领域的科学家们被召集在一起。具体的工作方法如下：1）数据收集与准备，收集河流流域的地理位置、流域

18、面积、坡度、土地利用类型等基本信息。收集气象数据，包括降水量、蒸发量、温度等。同时，收集河流的流量数据，如日、月、年的流量数据，以及流量过程线，这些数据可以从水文监测站获取，若无实测数据，可利用水文模型模拟。止匕外，调查河流生态系统的生物多样性和群落结构，包括鱼类、水生植物、底栖生物等的种类、数量、分布和生态习性，收集关键生物物种的生态需水要求，如鱼类的产卵期、幼鱼生长阶段等对流量、水位的需求。2）确定敏感期：根据生物物种的生态习性和生命周期，确定河流生态系统的生态需水关键期，例如，鱼类的繁殖期、越冬期、索饵期等。分析不同生态需水关键期内生态系统对流量的需求特征，包括流量大小、持续时间、变化过

19、程等。3）确定关键水文条件：选择适合当地河流特点的水文情势指标，如年均流量、月均流量、最小流量、最大流量、流量变化率等。根据收集的水文数据，计算各水文情势指标的长期平均值、变差系数等统计参数。4）构建生态流量需求模型：利用统计分析或生态模型，建立水文情势指标与生态系统关键要素（如生物多样性、生物量、物种分布等）之间的定量关系，确定关键水文情势阈值，即生态系统维持正常功能所需的流量条件。5）计算生态流量:根据生态需水关键期和生态流量需求特征，结合水文-生态关系模型，确定满足生态系统健康需求的目标流量。可以使用多种方法计算生态流量,并进行对比分析。根据流域特点和数据情况，选择最合理的方法确定最终的

20、生态流量。6）生态流量的验证与调整：在实地监测河流的生态状况，如鱼类的种类、数量、分布，水质达标率等。观察在按照计算出的生态流量下，生态系统是否能够正常维持其功能。根据实地验证结果和模型模拟反馈，对生态流量的计算结果进行调整优化，以确保其合理性和可行性。7）生态流量的管理和实施：根据确定的生态流量，制定相应的管理措施，如水库调度方案、取水限制、生态补水等。建立监测与评估体系，持续进行生态监测和评估。BBM法适用于中等优先级生态目标河流、高优先级生态目标河流。4.2 DRIFT法DRIFT法由四个模块构成。主要包括：1）生物物理模块，全面剖析河流生态系统各组分与流量的关联，涵盖河流地貌形态、湿地

21、演化等物理层面，以及水温、溶解氧等水质因子对生物的影响。再通过实地调查、文献综述和模型模拟（如水文模型、生态模型等）收集相关数据，识别关键生态要素。运用统计分析或生态模型，构建生物与流量的定量关系模型，如鱼类栖息地与流量、水位、流速等的关系曲线，进而确定不同流量条件下生态系统的响应特征。2）社会经济模块，着眼于河流周边的社会因素。首先识别依赖河流资源的河滨居民和其他利益相关者，了解其用水需求、生活方式及对河流的依赖程度。接着评估不同流量变化对河滨居民生活的影响，如低流量时居民的饮用水供应、农业灌溉、渔业捕捞等活动受到的限制，以及可能引发的健康和生计问题。同时评估流量变化对社会功能的影响，如对文

22、化、娱乐、经济等方面的作用。最后综合考虑河流的社会价值，分析流量变化对这些社会功能的影响，为生态流量的确定提供社会依据。3）情景开发模块，基于前两模块的结果，构建多未来流量情景。利用水文模型模拟不同降水、蒸发等气象条件下的流量过程，考虑人类活动（如水库调度、引水、排水等）的影响，构建一系列不同流量大小、持续时间和变化过程的潜在未来流量情景。然后通过模型模拟或专家咨询，预测每个情景下河流生态系统和河滨居民的响应结果。运用多标准分析（MCA）方法，综合生态、社会和经济因素，对不同流量情景进行评估和比较，筛选出满足生态需求和社会可接受的流量情景，为生态流量的确定提供多种备选方案。4）补偿经济模块，此

23、模块主要涉及经济因素考量。根据情景开发模块筛选出的流量情景，列出实现特定流量目标所需的补偿和缓解措施，如为下游居民提供替代水源、改善水利设施、调整产业结构等，并估算相应的成本。同时评估不同流量情景下的经济效益，包括水资源利用效益、农业灌溉效益、渔业经济效益、旅游经济效益等，以及生态保护效益。进行成本效益分析，权衡生态流量实施的成本与效益，分析不同流量情景的经济可行性和成本效益比，为生态流量的实施提供经济依据和决策支持。DRIFT法适用于中等优先级生态目标河流、高优先级生态目标河流。4.3 HEA法HEA法与南非的BBM法相似，是针对澳大利亚河流提出的。这个方法要求评估整个河流系统，包括源区、河

24、道、河岸带、洪泛区、地下水、湿地和河口地区，其基本原则是保持河流流量的完整性、天然季节性和变化性。主要步骤包括：D数据收集与准备收集河流流域的地理位置、流域面积、坡度、土地利用类型等基本信息。收集河流的流量数据，包括日、月、年的流量数据，以及流量过程线。收集水位数据，包括不同时段的水位变化情况，以及与流量的对应关系。调查河流生态系统的生物多样性和群落结构，包括鱼类、水生植物、底栖生物等的种类、数量、分布和生态习性。收集关键生物物种的水文需求，如鱼类的产卵期、幼鱼生长阶段等对流量、水位的需求。2）分析河流生态系统的特点和需求根据生物物种的生态习性和生命周期，确定河流生态系统的需水关键期。例如，鱼

25、类的繁殖期、越冬期、索饵期等。分析不同关键期内生态系统对流量的需求特征，包括流量大小、持续时间、变化过程等。3）确定水文情势指标选择适合当地河流特点的水文情势指标，如年均流量、月均流量、最小流量、最大流量、流量变化率等。根据收集的水文数据，计算各水文情势指标的长期平均值、变差系数等统计参数。4）建立水文情势与生态响应的关系利用统计分析或生态模型，建立水文情势指标与生态系统关键要素（如生物多样性、生物量、物种分布等）之间的定量关系。通过模型模拟或历史数据分析，分析不同流量条件下的生态响应，确定关键水文情势阈值。5）计算生态流量根据需水关键期和生态流量需求特征，结合水文-生态关系模型，确定满足生态

26、系统健康需求的目标流量。使用多种方法计算生态流量，并进行对比分析。根据流域特点和数据情况，选择最合理的方法确定最终的生态流量。6）生态流量的验证与调整在实地监测河流的生态状况，如水生生物的种类、数量、分布，水质达标率等。观察在按照计算出的生态流量下，生态系统是否能够正常维持其功能。根据实地验证结果和模型模拟反馈，对生态流量的计算结果进行调整优化，以确保其合理性和可行性。7）生态流量的管理和实施根据确定的生态流量，制定相应的管理措施，如水库调度方案、取水限制、生态补水等。持续进行生态监测和评估，定期对生态流量的实施效果进行评估，根据评估结果及时调整管理措施。HEA法适用于中等优先级生态目标河流、

27、高优先级生态目标河流。4.4 ELOHA法（Ecologicallimitsofhydrologicalteration,水文变化的生态限度法）水文变化的生态限度法，即ELOHA框架（EColOgiCaIlimitSofhydrologicalteration）是美国大自然保护协会TNC（TheNatureConservancy）于2010年组织19位河流科学家完成的一份框架报告。ELOHA法计算生态流量的主要步骤包括：1）建立水文基础收集和整理研究区域内河流的历史自然水文情势数据，包括流量、水位、降雨量等。水文数据可通过实测数据或水文模型模拟获得。没有实测站点的河段，可利用水文模型（如WEA

28、P、PRMS等）模拟水文数据。2）分类河流类型根据水文情势的特征和河流的地貌特征，将研究区域内的河流进行分类。不同类型的河流在水文变化与生态响应的关系上具有相似性，因此分类可以提高分析的效率和准确性。3）分析水文情势的改变通过对比河流开发前后的水文数据，计算水文情势的偏离程度。包括计算流量的频率曲线、水文变量的百分比偏差等，以评估水文变化的幅度和方向。4）建立水文情势改变与生态响应的关系利用现有的生态水文文献、专家知识和现场调查，建立水文情势改变与生态响应之间的关系。这通常需要构建一个水文-生态数据库，并通过统计学方法拟合水文-生物函数关系和曲线。5）评估生态风险并决策各利益相关者共同协商,评

29、估水文变化引起的生态风险,并确定可接受的生态风险水平。根据这一评估结果，结合水文-生态曲线，确定生态流量标准。6）生态流量标准的执行与监测制定相应的管理措施，如取水限制、水库调度方案调整等，并将其纳入水资源配置规划中。同时，持续进行生态调查和监测，验证或调整水文-生态关系，修正生态流量标准，形成适应性管理过程。ELOHA法适用于中等优先级生态目标河流、高优先级生态目标河流。附录B（资料性）生态流量执行效果评价指标针对河流类型生态流量执行效果表征特点，宜参考下表结合可操作性等确定指标，也可根据河流实际生态功能情况增选指标。表B.1河流生态流量执行效果评价指标体系河流类型评价指标指标类型季节型河流

30、生态流量满足程度生态流量保证率指标，必选指标流量变异程度水环境改善指标，必选指标水生生境状况水生态修复，备选指标水质达标率水环境改善指标，备选指标常流型河流生态流量满足程度生态流量保证率指标，必选指标水生生境状况水生态修复，备选指标水质达标率水环境改善指标，备选指标具有水质保护目标型河流生态流量满足程度生态流量保证率指标，必选指标水功能区达标率水环境改善指标，必选指标水质达标率水环境改善指标，必选指标水体自净能力水环境改善指标，必选指标底泥污染状况水环境改善指标，必选指标富营养化指数水生态修复，备选指标水生生境状况水生态修复，备选指标具有水生态保护目标型河流生态流量满足程度生态流量保证率指标，必选指标水功能区达标率水环境改善指标，必选指标水质达标率水环境改善指标，必选指标水体自净能力水环境改善指标，必选指标底泥污染状况水环境改善指标，必选指标水生生境状况水生态修复，必选指标生态保护目标状况水生态修复，必选指标鱼类保有指数水生态修复，备选指标生物多样性（鱼类、底栖动物等）水生态修复，备选指标生物完整性指数（鱼类、底栖等）水生态修复，备选指标河岸带指标覆盖率水生态修复，备选指标