河流水文情势变化研究及实践成果

为了定量分析水利工程影响下河流水文情势的变化程度，Richter等1997提出了变动范围法，该法建立在水文变化指标法（Indictors of Hydrologic Alteration，IHA）的基础上，利用建立的生态水文指标评价受水利工程影响的河流水文情势[104，132，158]。

水文变化指标法（IHA），以水文情势的5种基本特征为基础，将33个IHA指标分为5组，具体水文参数见表3-1，水文指标变化对河流生态系统的影响见Richter等（1998）[199]。IHA法根据河流的日水文资料，计算具有生态意义的关键水文特征值，并计算它们年际的集中量数 （如中值或平均值）以及离散系数 （如范围，标准偏差，变异系数），以对人类活动干扰前（资料系列长度大于20年，选用资料时需考虑能反映河流的天然状况）和干扰后的河流水流状况进行描述。

表3-1　IHA法的生态水文参数

① 基流指数：年最小连续7d流量/年均值流量。
② 罗马日：表示公历中一年中第多少天。
③ 低脉冲定义为低于干扰前流量25%频率的日均流量，高脉冲定义为高于干扰前流量75%频率的日均流量。
④ 流量变化次数：指日流量由增加变化为减少或由减少变化为增加的次数。

RVA法建立在分析IHA指标的基础上，分析水利工程建设前后河道的日流量数据，评估水文指标变化程度。而认定水文改变指标受影响的标准需要以生态方面受影响的资料为依据，但若缺乏此方面的资料，通常以各指标的平均值±δ （标准差）或者以频率为75%和25%作为各个指标的上下限，称为RVA目标。RVA法应用可概括为以下4个步骤：①首先计算水利工程建设前未受干扰的33个IHA指标；②根据步骤①，所得未受干扰前的结果拟定各个水文参数的RVA目标；③计算水利工程影响后的日流量数据的32个IHA指标；④根据步骤②、③的结果，可知建库前后的情况，可知水库建库对河流水文情势的影响程度。

为了量化IHA 指标受干扰后的变化程度，Richter等 （1998）建议水文改变度（degree of hydrological alteration）来评估，其定义如下

式中 Di——第i个IHA的水文改变度；

Noi——第i个IHA受干扰后的观测年数中落在RVA目标内的年数；

Ne——受干扰后IHA指标预期落入RVA目标内的年数，可以用r×NT来评估，其中，r为受干扰前IHA落入RVA目标内的比例，若以各个IHA的75%及25%作为RVA目标，则r=50%，而NT为受干扰后流量时间序列记录的总年数。

为对IHA的水文改变程度设定一个客观的判断标准，规定若式 （3-12）Di值介于0～33%属于未改变或者低度改变，33%～67%之间属于中度改变，67%～100%属于高度改变。

上述33个IHA可能会有不同的水文改变度，即有不同个数的IHA分别属于高度、中度或低度改变，不同的IHA对水利工程的影响的反应并不一致，因此综合33个IHA的水文变化情形为一个整体水文改变状况来代表是一种简化且容易理解的方法，则整体水文变化程度Do可以用以下3种计算方法求得。

（1）以33个IHA的水文改变度的平均值来评估河流生态环境的整体变化情形，即

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（2）以权重平均的方式来评估整体的水文特性改变情况，即采用下列方式进行整体评估。

1）Di均小于33%，取33个IHA的Di值的平均值，则

则上式的Do值将会低于33%。

2）33个IHA中至少有1个指标属于中度改变，但无任何IHA属于高度改变时，则归为整体中度改变，则采取下列的权重平均方式来计算

其中Nm属于中度改变的IHA个数。依此式计算，Do值将会介于33%与67%之间。

3）33个IHA中至少有1个指标属于高度改变时，则归类为整体高度改变，则采取下列的权重平均方式来计算

其中Nh属于高度改变的IHA个数。依此式计算，Do值将会高于67%。

（3）取33个IHA的水文改变度的平均值来评估河流生态环境的整体变化情形，然而这样将体现不出各指标权重大小。为了体现各指标的权重大小，本文采用对较大的Di值给予较大的权重，所采用的方式为将Di值平方，另为使得最后所得值介于0～100%之间，因此取33个IHA的平均值后再开平方根，则整体水文改变程度Do为

其中，也规定Do值介于0～33%属于未改变或者低度改变；33%～67%之间属于中度改变；67%～100%属于高度改变。