基于改进年内展布法的河流生态流量研究北大核心

为了使年内展布法更合理的计算季节性河流的生态流量,对原年内展布法进行了改进。以松花江支流西北河为例,基于西北河水文站1956-2016年逐月径流量资料,以90%保证率下各月的径流量代替各月最小径流量,并依据季节、丰枯月份、径流量3种标准分别划分时段,从而计算各划分标准下各时段的同期均值比,结合各月多年平均径流量进而对其生态流量进行计算,得到3种标准下最好的改进方法,使其与原年内展布法进行对比分析,并用Tennant法以及逐月最小径流法和90%保证率法对其结果验证。结果表明,3种标准下计算得出的生态流量与原年内展布法计算得出的生态流量年内变化趋势基本一致,其总体趋势为:改进方法一(按季节划分)>改进方法三(按径流量划分)>原年内展布法>改进方法二(按丰枯月份划分);与Tennant法及其他水文学方法(逐月最小径流法、90%保证率法)进行对比,改进方法一计算的生态流量较原年内展布法有了较好的改善,其既能够满足鱼类繁衍生存的需求和河流生物生长的需要,又能够保障河流的基本生态功能,因此对年内展布法的改进是合理可行的。综合来看,用改进方法一改进的年内展布法计算生态流量,更能体现河流的变化特征,更符合北方季节性河流生态流量的计算,更适用于西北河生态流量的计算,可以作为河流生态流量研究的一个新思路。     

穆棱河流域河流最小生态径流研究

基于穆棱河流域中游主要控制站—梨树镇水文站1963-2017年逐月天然径流资料,引入频率比例法对含零值径流序列进行频率计算,采用7Q10法(90%保证率最枯月平均径流量、近10年最枯月平均径流量)、非零次最小值法、频率排位法、改进年内展布计算法计算了梨树镇水文站测验断面的最小生态径流,借助Tennant法对上述计算结果进行评价,结合实测径流资料,分析了最小生态径流满足情况及流域上游水利工程建设带来的可能影响。结果表明:穆棱河各月径流分布呈"双峰"型;本次推荐的年内展布计算法计算的最小生态径流过程可使河流在丰水期处于"中"、枯水期处于"好"流量状态,对维持河流生境稳定和生态健康更有利;实测来水条件下的枯水期最小生态径流满足情况明显好于天然的,近10年河流生境条件较好;P=95%来水年,河流径流长期小于最小生态径流;奋斗水库建成后,各典型年下仅各别月份的最小生态径流不能保证,但缺水量相对较少。研究成果对推动穆棱河流域河流水生态保护工作有一定的指导意义。     

非充分生态约束条件下水库生态调度模型研究

在不影响水库原有防洪及供水目标前提下,为了降低水库对河流生态系统的影响,针对部分调度模型存在调度结果满足最小生态流量约束而不满足适宜生态流量约束的情况,提出了以最小生态流量约束调度结果为基础,逐步向适宜生态流量约束靠近的非充分生态约束流量求解方法,并引入松弛变量,建立了生态保证程度与发电量的关系,通过对比Kmin法和Kmax-1法的Tennant评价结果确定水库生态调度的最佳平衡点,以此作为非充分生态约束条件下的尼尔基水库生态调度模型。结果表明,生态流量约束值还有很大的提升空间,不宜直接选取最小生态流量约束的调度结果作为调度方案;新的调度模型可以有效解决此类生态调度问题,给决策者提供更合理的调度方式,6种生态约束条件下的生态保证程度分别可提高60%、80%、40%、60%、70%、70%,电量损失率仅为2.01%、1.13%、1.28%、1.47%、2.16%、2.08%。     

基于生态水文学法长江荆江三口生态流量研究

河流生态流量是维持河流生态系统健康的重要的条件。选取长江荆江三口(虎渡口、藕池口、松滋口)作为控制性断面,采用年内展布法和IHA-RVA法计算分析了河道最小和适宜生态流量,并利用Tennant法进行了合理性验证。其中,最小生态流量分别为264.3、241.3、680 m~3/s,分别占多年平均天然流量的44.4%、16.4%、46.9%;虎渡口、藕池口、松滋口三个断面的适宜生态流量分别为409.5、613.2、1 017.2 m~3/s,分别占多年平均天然流量的68.8%、41.7%、70.1%。本研究所采用计算方法计算的生态流量结果能够满足河流生态目标的需求,与天然河流年内丰枯变化状态相吻合,计算结果较为合理。该研究可为荆江三口的水资源管理以及生态系统的保护和恢复提供科学依据。     

基于生态流量过程等级的水库调度研究

为修复大坝下游生态退化的减脱水河段,基于ME-Tennant法定义了生态流量过程等级,构建了以生态流量过程等级最大和发电量最大为调度目标的生态调度模型,采用改进的NSGA-Ⅱ算法进行求解.将该模型运用于湖南省筷子篓-水口梯级电站,结果表明:生态流量与发电流量为竞争关系,随着生态流量过程等级增加,发电量也会减少;选取的丰...     

天山北坡呼图壁河生态基流量估算研究

利用Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法、90%保证率最枯月平均流量法和年型划分方法 4种生态基流估算方法对天山北坡呼图壁河的生态基流进行估算。结果表明:(1)Tennant法获得的生态基流量为一般用水期(10月-翌年3月)的最小生态需水量为0.055亿m~3,鱼类产卵育幼期(4-9月)的最小生态需水量为1.253亿m3;利用最枯月平均流量多年平均值法估算值为0.052亿m~3;利用90%保证率最枯月平均流量法估算基流量为0.072 8亿m~3;利用年型划分法估算生态基流量为0.166亿m~3。(2)对比4种方法可得利用最枯月平均流量多年平均值法估测值数值与实测值较接近,改进的Tennant法估测值不仅与实测接近,而且对年内用水可以进行更细致的划分,所以更适合用于反映呼图壁生态基流量。     

松花江支流梧桐河流域河流生态径流研究

研究河流生态径流,对维持河流健康、稳定具有重要意义。以梧桐河主要控制站-宝泉岭站1951-2013年逐月天然径流为基础,采用逐月次最小(大)值法、频率排位法分别计算该站最小(大)生态径流,参考RVA法,以逐月频率法计算河流适宜生态径流阈值,运用Tennant法评价上述计算值,并分析河流生态径流满足程度;同时,分析流域现状水资源开发以及未来水利发展对河流生态径流的影响。结果表明,频率排位法计算的最小、最大生态径流过程更利于维持河流生态健康和稳定;在非汛期的1-2月和12月,河流容易遭受极端流量条件,但大部分月份河流的流量条件对河流生境都是比较有利的;关门嘴子水库及关门嘴子灌区的建设会进一步提高河流水资源开发利用程度,同时宝泉岭站断面4-11月的最小生态径流和敏感期(4-8月)正常生态需水可能得不到满足,未来可尝试通过关门嘴子水库及细鳞河水库的综合调度,以确保下游河流生境尽量处在一个较为有利的流量条件下。上述研究成果可为未来流域科学开展水资源管理工作提供一定的参考和借鉴。     

蒙江流域生态径流量的定量计算

我国河流生态需水研究主要集中在北方地区,对南方湿润地区的河流关注较少。以蒙江为例,运用最小月平均流量、改进的7Q10、NGPRP、逐月最小生态径流量等方法计算了八茂站的最小生态径流,并通过与Tennant法对比分析,选择逐月频率计算法计算了八茂站的适宜生态径流,最后通过几组数据的分析,提出蒙江八茂站的最小生态径流量和适宜生态径流量的参考值分别为22.6亿m3和45.5亿m3。     

袁河流域宜春保留区动态纳污能力计算

研究不同设计水文条件下袁河流域宜春保留区的动态纳污能力,为水环境管理提供决策依据。运用一维稳态水质模型,设计流量采用3种取法：取不同保证率最枯月流量、取不同频率年枯季平均流量、取流量历时曲线中特枯期等5个水期平均流量（简称FDC取法）,分别计算了宜春保留区的COD和氨氮纳污能力。计算得不同保证率最枯月流量（50％、75％、90％保证率）的纳污能力逐渐减小,不同频率年枯季流量（平水年、偏枯年、枯水年）的纳污能力逐渐减小,FDC取法的5个水期纳污能力各不相同。结果表明3种取法都体现了纳污能力的动态性,但FDC取法是最好的方法,可计算年内不同水期的纳污能力,反映了纳污能力的季节性变化。     

典型北方季节性河流生态需水量研究

在供水方面北方河流存在着水资源缺乏、水质恶化等水环境问题,按照工、农、生三产水资源配比情况,北方地区农业种植业需水量占总供水量的70%以上,同时污染负荷以面源污染负荷为主。以京津冀绿色农副产品的保障基地河北省洋河流域为例,基于前期海河流域(洋河流域为海河流域的一条二级支流)河流生态需水量计算方法学研究结果,选取水文学及目标水质法计算洋河干流左卫、响水铺、鸡鸣驿和八号桥4个典型断面最小、适宜和理想生态需水量。通过Tennant法为参照,计算结果表明:①以COD指标为生态目标计算的最小、适宜和理想生态需水量分别为0.82、1.64、2.48亿m~3;②以NH~+_4-N指标为生态目标计算的最小、适宜和理想生态需水量分别为0.83、1.65、2.49亿m~3。同时综合考虑洋河流域对京津冀农副产品保障的灌溉功能定位,从洋河盆地的农业灌溉生态需水量角度切入,利用CROPWAT模型计算目标区域农作物需水量,提出了基于保障洋河流域作物灌溉问题生态需水量的计算,并制定了相应水库的调蓄方案。友谊水库作为洋河干流最大的水库,需向下游补灌60万m~3水源才能满足作物需水要求。     

大连市复州河基于生态流量保障的水量调度

为满足复州河基本河道稳定及生物多样性,采用水文学法对复州河各典型断面分析计算其生态基流量,并以此建立了不同保证率下各断面各月份基于生态流量保障的水量调度方案.该方案符合当地气候环境条件,具有可操作性,对复州河流域生态修复、维持起到积极作用并可为类似研究提供科学依据.     

基于生态水位差比法的高海拔湿地生态环境需水量研究——以乌梁素海湿地为例

【目的】估算高海拔湿地生态环境需水量。【方法】采用生态水位差比法对乌梁素海湿地生态环境需水量进行了计算,并对乌梁素海生态补水量进行了分析。【结果】乌梁素海湿地最小和适宜生态水位差比系数分别为0.786和1.231,最小和适宜生态环境需水总量分别为5.645亿m3和7.580亿m3;乌梁素海湿地生态补水量为4.68~6.85亿m3。【结论】新提出的生态水位差比法模型是对原生态水位法的改进,此模型更适合应用于高海拔湖泊湿地生态需水量计算,并且此模型可满足湿地净化污染物要求。当某湿地的水文和生态状况与乌梁素海湿地相似时,可用生态水位差比系数进行最小和适宜需水量估算。     

辽河流域水资源承载力计算分析

在确定了水资源承载力的定义之后,根据最小生态需水量和适宜生态需水量分别计算了水资源可利用量的上限及下限,在此基础上用多目标方法计算了"生态一般型"、"生态良好型"及"生态良好一般型"3种方案下的水资源承栽力,计算结果表明辽河流域按照水资源分区计算各三级区的水资源可以承栽未来2020年和2030年的社会经济发展,但不能满足流域内灌溉需水要求.     

三峡水库对下游河流水沙情势影响评估

为了评价三峡水库蓄水后下游河流水沙情势变化特征及其产生的生态影响,运用双累积曲线法、MannKendall趋势检验法和变动范围法(RVA)对三峡水库下游宜昌站1952-2015年逐日流量和含沙量指标进行探究。分析结果表明:三峡水库下游河流水沙特性在2003年发生明显转折,年均流量和含沙量均显著下降;月均流量在丰水期增加,枯水期减少,月均含沙量年内大幅下降;年最小1、3、7、30、90日流量发生高度改变,而年极值含沙量各指标改变度均达到100%;流量脉冲基本属于低度改变,含沙量高脉冲改变度达到100%;流量的逆转次数,含沙量的上升率、下降率和逆转次数均发生高度改变;通过对河流水沙情势改变度评价,其流量属于中度改变,含沙量属于高度改变。三峡水库蓄水后在一定程度上改变了下游河流的水沙情势,对河流生态系统健康带来一定影响。研究结果可为三峡水库下游河流生态保护提供参考。     

基于蒲河流域生态功能的生态需水量计算

生态需水量的研究是水资源合理配置和生态环境建设的重要理论基础。以蒲河流域为例,根据北方河流生态需水量在年型和年内的变化规律,分析河流生态环境功能。利用基流比例法和近10a的最枯月平均流量法分别计算河道生态需水量和河道的自净需水量,得到生态基流范围在0.57～7.64m3/s;经分析得出保持河道需水量和对污染物的自净能力的河流最小生态基流量为0.57m3/s。试验结果可为流域规划和生态调度提供必要的依据。     

宁夏引黄灌区重点湖泊生态需水量测算及再生水补水方案研究

为保护宁夏引黄灌区湖泊湿地生态健康,解决湖泊生态补水紧张的问题,采用水量及水质平衡方法,测算区域内6个重点湖泊的最小需水量和适宜需水量,提出适宜的再生水生态补水方案。计算得出鸣翠湖、阅海、宝湖、星海湖、沙湖和腾格里湖的最小需水量和适宜需水量分别为:198、775、35、2 283、2 152、0万m3和198、1 007、35、3 631、3 875和753万m3。提出黄河水与再生水补水比例为3∶1,并根据再生水补水条件提出阅海和星海湖的最小及适宜再生水补水方案具体补水方案,该方案增加了湖泊的生态补水量,减少了新鲜黄河水补水量,并且保证了补水水质达标,可以为宁夏引黄灌区乃至整个西北干旱区的湖泊生态补水提供科学依据。     

基于改进Tennant法的河流生态基流量计算

为拓宽Tennant法的适用性,针对北方地区补水城市河流与未补水河流定位存在较大差异,提出了使用流量还原或还现的方法对不同类型河流流量进行修正,同时利用典型年流量代替多年平均流量并考虑了鱼类产预期最低流速,对Tennant法进行改进。将改进后的Tennant法应用到小清河、沂河等河流,应用结果表明:改进后的Tennant法应用于未补水河流能够更好地反映天然水文情势,有助于保障河流流速及水面宽度、河水深度等生物指标的良性发展;应用于补水城市河流能够更好地体现了补水区河段的用水特点,易于满足流域经济、社会、自然发展的需求。综合结果表明:改进的Tennant法计算结果更为合理,同时兼顾了不同类型河流的需水要求,拓宽了Tennant法的适用范围,为河流生态基流量的计算提供了一个新思路。     

基于FDC生态指标的水文情势评价

收集了攀枝花站1966-2017年日径流资料以及攀枝花站上游9个雨量站对应年限的日雨量资料,采用泰森多边形法进行面雨量计算,采用Mann-Kendall突变点检验法对径流变化特征进行计算,并对径流过程进行趋势分析,同时采用基于FDC的生态剩余、生态赤字的生态指标法分别从年、季尺度上对该地区的水文情势进行评价。结果表明:1966-2017年,径流和降水呈现出"低高低"的变化趋势;该站降水与生态指标具有较好的相关关系,表明该地区流量变化主要是由降水变化引起的;在季尺度上,夏季的生态变化情况与整年变化规律更为一致;在电站影响时期,不同尺度下生态指标的变化规律基本一致,表明攀枝花上游梯级电站对该站的水文情势影响甚微。     

蒲河流域沈北新区段生态需水计算

根据生态水文季节将生态需水分为枯水期、丰水期,分别计算这2个时期的最佳生态需水、适宜生态需水、最小生态需水。计算结果表明:蒲河流域沈北新区段枯水期的最佳生态需水量为3 905.03万~6 508.38万m~3,适宜生态需水量为1 952.52万m~3,最小生态需水量为650.84万m~3。     

基于多物种栖息地适宜度模型的河道生态流量确定方法与应用

【目的】河流栖息模拟法是计算生态流量的最常用最有效的方法之一,然而,传统的栖息地模拟多以单一指示物种构建栖息地模型进行栖息地适宜度评价,忽略了水生生态系统中的种间关系,不能代表河流整体的生境质量水平。【方法】本论文基于模糊逻辑法构建多物种栖息地适宜度模型进行栖息地模拟,建立河流栖息地质量与径流条件的定量响应关系,进而确定河流生态流量。【结果】以浉河信阳市区段为实例,基于多物种栖息地适宜度模型推求的河段适宜生态流量为160～260 m³/s,最小生态流量为60 m³/s,比以鲫鱼为单一指示物种的栖息地模型的推求结果区间更小。【结论】多指示物种的河流栖息地适宜度模型,能够考虑物种之间的竞争或促进对物种生长的影响,更有利于科学合理地确定河流生态流量。完善了河流生境评估理论体系,为河流水资源可持续开发利用提供保障。