河川基流作为河道径流的重要组成部分,不仅在径流形成、维持及可再生过程中具有重要作用,而且在保障河道生态需水、维持河流生态系统健康中也有着极其重要作用和意义。近年来,因受人类活动和自然因素的双重影响,河川基流呈现出衰减趋势,这意味着地下水对河水的保障能力减弱,导致河道径流减少,河道生态需水得不到保障,甚至引发河道断流等一系列生态环境负效应。随着全球水资源问题日益突出,河川基流和河道生态需水研究已成为水科学领域的热点,国内外众多学者开展了大量研究,然而有关河川基流及其变化对河道生态需水影响等问题关注较少。在气候变化与人类活动影响下,科学、合理地确定河川基流和河道生态需水,分析河川基流与河道径流时空演变规律,辨析河川基流、河道径流与河道生态需水之间的关联,不仅有助于深入认识区域水循环与水平衡,丰富河道生态需水理论,而且对于流域水资源规划管理、合理开发和有效利用、维持河流健康生态等问题具有重要的理论价值和现实意义。因此,本文以淮河流域为研究区域,开展河川基流对河道生态需水的影响研究。具体研究成果如下:(1)河道生态需水年内展布及其保障程度快速评估方法研究1)基于河流生态水文过程对径流的年内动态需求,提出了一种新的河道基本生态需水计算方法--生态需水年内展布计算法。该方法利用长时间序列的天然月均径流资料,以年内各月最小月均径流量的年均值(简称为最小年均径流量)与多年年均径流量这两个典型水文特征变量的比值,确定并量化关键水文指标--同期均值比;进一步的以多年月均径流过程为基准,根据同期均值比,利用同比缩放原理进行河道基本生态需水量的年内过程计算。该方法能够弥补传统水文学法以多年平均径流量的特定百分率或者天然径流量频率曲线上的特定保证率作为水文指标进行生态需水量计算的经验性和主观性,能够客观反映河流天然径流的丰枯变化特征。2)在生态需水量计算的基础上,以一定时期内河道实测径流量大于生态需水阈值的序列长度与总序列长度的比值定义生态需水保障程度;集成时间序列法、Mann-Kendall检验法、聚类分析以及GIS空间分析功能等方法构建了一种适合于流域尺度河道生态需水保障程度进行时空特征解析的快速评估方法,以期准确地解析出流域河道内生态需水的敏感时期、优先保障区及其空间分布特征。(2)淮河流域河川基流时空变化及其对河道径流的贡献在资料收集和研究方法优选的基础上,应用数字滤波法进行淮河流域河川基流过程分割,并分析河川基流时空变化特征及其对河道天然径流的贡献。结果表明:1)根据区间基流模数,流域可划分为5个地下水径流强度分区。总体表现出淮干以南地区的基流模数高于以北地区,而淮干以北地区的基流模数呈现出从上游到中游逐渐减小的趋势。2)从年内分配上看,沂沭泗水系的不均匀性要高于淮河水系,而淮河水系的不均匀性从上游到中游呈现上升趋势;全流域最大月基流量集中在8～9月份,最小月基流集中在1～4月份,两者总体上均表现出从南向北逐渐推迟的现象;在年际变化上,流域各控制断面河川基流的变化趋势具有明显空间差异,甚至在相同河流不同河段呈现出相反的趋势。其中,涡河蒙城和沂河临沂断面呈现出显著下降趋势,突变年份分别为1973年和1975年,而池河明光断面表现出显著上升趋势,突变年份为1971。3)从河川基流对径流的年内贡献上看,全流域各控制断面的最大月贡献率集中于1、1 1、12月份,超过70%,此时河川基流是河道径流的主要来源。贡献率最小值集中出现在7月,普遍小于20%。针对不同的频率年,全流域各控制断面的年度贡献率最大值均出现在枯水年或特枯水年,基本达到了 40%以上,部分断面甚至超过60%。由此可见,在枯水年,尤其是枯水月份,淮河流域河川基流在河道径流中占有极其重要的地位。(3)淮河流域河川基流对河道生态需水的贡献结合淮河流域各控制断面的天然径流数据,应用河道生态需水年内展布计算法进行流域内主要河道的生态需水年内过程计算,并将计算所得到的河道生态需水年内过程与流域河川基流序列相结合,系统分析河川基流对河道生态需水的贡献。结果表明:1)全流域河川基流对河道生态需水的年度贡献较高,在丰水年、平水年和枯水年均能够满足河道生态需水量的要求;在特枯水年,流域局部地区河流(如洪河、颍河、池河和沱河等)存在河川基流无法满足河道生态需水量的现象,但贡献率超过50%。可见流域河川基流对河道生态需水量的维护起到重要作用。2)全流域河川基流对河道生态需水的年内贡献率普遍在4～6月份最低,不足70%,其中,王蚌区间北岸的周口和蒙城断面、蚌洪区间的明光断面和沂沭河区的临沂和大官庄断面的贡献率在15%～40%之间,该现象在枯水年和特枯水年更加明显。因此,在枯水年与特枯水年,尤其是4～6月份,流域各控制断面河川基流普遍存在无法满足河道生态需水量的现象,必须增加河道内其它来源的水量以保障河道生态需水量。(4)淮河流域河道生态需水评估及其保障基于淮河流域各控制断面的实测径流数据,利用Mann-Kendall非参数检验法等方法进行径流时空变化规律分析;将实测径流数据与河道生态需水年内过程相结合,利用生态需水快速评估方法进行流域河道生态需水保障程度的时空特征解析,界定流域内主要河道生态需水保护与修复区域,并提出保障措施。结果表明:1)除上游区年径流量表现出不显著上升趋势外,流域大部分地区均呈现出下降趋势,尤其在沂沭泅水系与王蚌区间北岸涡河和沱河地区,其年径流量表现出显著下降趋势。从四季上看,淮河水系春季径流量下降趋势最为显著,而沂沭泗水系则是在夏季下降趋势最为显著。2)流域河道生态需水保障程度呈现出由上游向中游递减的趋势,且淮干以南地区要明显高于以北地区;而生态需水保障程度的趋势性则呈现出由上游地区的递增趋势向中游地区的递减趋势转变,且淮干以北地区的下降趋势较以南地区显著。3)4～6月份为流域河道生态需水的敏感期,该时期位于鱼类产卵育幼期内,但生态需水保障程度却普遍偏低,且空间差异大。其中,涡河玄武和蒙城断面、池河明光断面和沱河永城断面生态需水保障程度年均值低于60%,且年内过程变异程度大,为河道生态需水的优先保障区。4)根据河道生态需水保障程度及其时空特征,结合单位面积水资源量、人口密度与GDP增长率等自然社会属性,将流域划分为水资源开发利用区域、水生态保护区域和水生态重点保护与修复区域,为淮河流域水生态保护与修复提供依据。