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。     

玉符河干流生态适宜流量与生态补水效应分析

基于栖息地偏爱法,采用River2D模型,对玉符河流域进行鱼类栖息地模拟,根据栖息地数量(WUA)以及底栖生物完整性对玉符河的补水方案进行综合分析。结果表明:采取卧虎山水库下泄流量为2 m~3/s的方案,预测可使104国道以上的大部分河段恢复到最优状态的50%以上;在考虑南水北调引水状态下,采取下泄流量为4 m~3/s的方案,预测可使玉符河全部河段连通且生态系统恢复到中等偏上水平。为北方地区有水库供水的典型季节性河流的生态修复与保护提供了参考。     

基于RVA法的水库生态调度研究

我国水库传统的调度运行方式大多为防洪、兴利服务,较少考虑河流生态需求。水库的运行,改变了河道天然水文过程,对河流生态系统产生了较大胁迫,这将不利于河流水资源的可持续利用,因此,有必要对水库现行调度进行优化调整。选取嫩江干流尼尔基水库为研究对象,应用RVA法对水库下游河道生态需水以及水库现行调度方案运行对河流生态水文过程的影响进行了分析,建立了的生态调度模型,并提出了该工程调度的优化建议。     

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。     

目标生态需求下的梯级水库生态衔接水位指标构建及运用方式初探

以金沙江中游梯级水库为研究对象，利用许多水生生物对流量和水位均有较高要求这一特征，提出一种在水库坝下生态控制断面处设置生态衔接水位，利用相邻水库的部分衔接关系，形成生态衔接水位与生态流量联动响应机制，以满足目标生态需求的方法。该方法以生态控制断面的水位满足生态衔接水位为目标，通过上下游梯级水库联合调控，可实现生态流量的控制从固定值转变为动态调整。根据金沙江鱼类产卵特性及对水生生境的特定需求，选取金中河段分布于各梯级库尾的鱼类作为目标鱼类，以其生存繁殖所需的水深、流速、水温为目标生态需求。根据目标鱼类产卵期所需水深条件，构建尾水河段的适宜淹没水深和坝下生态衔接水位指标。以鱼类可产卵河段长度最大、适宜区间距坝下最近两种典型情形为例，分别计算了满足适宜淹没水深的河段长度、起点终点。此外，结合目标鱼类产卵的流速和水温需求，进行生态调度模拟，确定了最适宜开展生态调度的时机为6月下旬，在该时段开展生态调度可更好地发挥梯级水库群的生态效益，最后论证了在相邻梯级间不同位置处灵活运用该方法的可行性。     

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...     

塔里木河流域干旱区绿洲河道生境生态水权及其计量研究

界定了流域干旱区河道生境生态水权的内涵,并确定了其计量依据、计量内容和计量方法;基于主要源流出山口径流量以及干流阿拉尔站20世纪80年代以前径流量资料,利用Tennant法确定了塔河流域的河道生境生态水权的划分标准和计量模型,并计算塔河流域河道生境生态水权。结果表明,塔河流域最低河道生境生态水权为53.14亿m3/a,其中叶尔羌河流域13.31亿m3/a,和田河流域8.03亿m3/a,阿克苏河流域源流区13.04亿m3/a,阿克苏河10.98亿m3/a,干流7.78亿m3/a;塔河流域适宜河道生境生态水权为69.87亿m3/a,其中叶尔羌河流域20.06亿m3/a,和田河流域12.05亿m3/a,阿克苏河流域19.53亿m3/a,阿克苏河16.14亿m3/a,干流11.37亿m3/a。河道生境生态水权的年内分配主要集中在6—9月。     

基于Tennant改进法的讨赖河生态流量分析与评价

基于冰沟水文站、鸳鸯池水库站的长序列水文资料,通过Tennant法、中位数改进法和众数改进法对比分析,最终确定了讨赖河干流在一般用水期和用水高峰期的生态流量,同时对现状水平年的生态下泄流量进行对比评价。结果表明:①冰沟水文站用水高峰期生态流量为2.332 m~3/s,一般用水期为1.258 m~3/s;而鸳鸯池水库站用水高峰期生态流量为0.989 m~3/s,一般用水期则为0.778 m~3/s;②现状水平年(2016年)冰沟水文站、鸳鸯池水库站的用水高峰期和一般用水期月平均流量均可达到相应生态流量的最佳范围;③2016年,冰沟水文站在一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为181 d,鸳鸯池水库站的一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为137 d,达到极好生态流量的天数为19 d,达到好的生态流量的天数为22 d。因此,冰沟水文站、鸳鸯池水库站均可基本满足河道一般用水期的生态流量。     

基于仿真技术的太子河流域水库生态调度研究

针对太子河生态和环境日益恶化问题,以流域水资源利用和河流生态流量为目标,以宏观的水资源配置要求和防洪等为约束,建立水库多目标生态调度模型,并采用模拟仿真技术求解。结果表明,在考虑满足下游控制断面适宜生态流量需求的情况下,各区间用户最大供水缺水率为11.5%。在尽可能不破坏水库的社会经济效益的情况下,采用合理的调度模型能...     

堵河生态需水计算及保障研究

堵河生态环境状态逐渐恶化,亟需研究确定生态需水并采取合理措施予以保障.本文在对照分析4种生态需水计算方法的基础上,考虑实际条件后,选择应用广泛的蒙大拿方法计算堵河的生态需水.计算结果表明,堵河干流的生态流量应为16.4m3/s,霍河水库需要向下游河道保证的生态流量为0.75m3/s.此外,研究确定了堵河上水利工程的调控规则,用以保障堵河生态需水流量的实现.本研究对于堵河流域水资源保护与可持续利用、南水北调中线工程水源地保护以及竹山县积极构建生态园林城市,都具有重要意义.     

基于MIKE11的引排水改善平原河网水环境质量模拟研究

调控河道边界出口流量的大小可改变河道内水体流速和流向，从而可有效改善水体水质，改善效果与引排水规模、排水口布局等有关。以宁波市江北镇海平原河网区为例，选取模拟时段2022年10月1日至11月1日，以主要污染物NH₃-N为指标，构建MIKE11水质水量耦合模型，考虑出流口泵站出流能力和维持流域最低用水量，通过3个出流口启、闭排列组合，设置出流口流量分别为9、18、24、36 m³/s的28种出流方案，利用构建的水质水量耦合模型模拟分析不同方案下边界出口流量对水体流速及污染物NH₃-N的影响，结果表明：(1)综合水动力水质因素，出流量为18 m³/s时能更好的改善河流水动力条件与水质状况，出流口为24、36 m³/s较大流量时，开放一或两个出流口，河道存在溢流风险，此时需多开启出流口，以保证防洪安全；(2)模拟后的最优方案可使平均流速达到0.056 m/s,NH₃-N平均浓度下降至1.660 mg/L，水质改善率达17.0%，河道水质可从劣Ⅴ类提升至Ⅳ类或Ⅴ类...     

考虑生态灌溉需求的梯级水电站群多目标优化调度研究

综合考虑灌溉、防洪、生态、发电目标建立梯级水电站群多目标联合优化调度模型,以发电效益最大为优化目标,将农业灌溉、生态流量、防洪目标转化为硬性约束条件,采用改进的差分进化算法求解模型.引入灌溉用水计划倍比系数,通过多情景模拟,分析灌溉、发电目标之间的竞争关系和置换率,揭示多目标之间的效益置换机理和水电站群联合优化调度增益...     

基于变异性范围法的千岛湖可外调水量研究

基于变异性范围法(RAV),以维持河道生态完整性为水资源管理目标,估算了新安江下游生态流量,该法简便、立足整体河流水文情势。通过计算天然来水量的均值与RVA阀值差来确定生态流量值,并与7Q10法所估算值做比较,两值较为接近。得到了千岛湖最大可外调水量为70.5亿m3,1-9月都能较好地满足供水需求,但10-12月的可调水量基本能满足供水需求,但对生态系统构成威胁,需合理调度。     

大型水利工程梯级泵站短期优化调度方案

针对泵站高能耗难题,采用粒子群优化算法对南水北调东线徐洪河段的短期经济性调度方案进行研究.基于水量平衡方法,耦合流量、水位、蓄量及水力损失函数关系式,动态模拟渠道水情变化过程.将泵站扬程动态调整过程中产生的电费纳入考虑范围,以调度期内梯级输水系统产生的总电费和调控后水位与目标偏差最小为优化目标,其中目标水位为适应短期内调节的梯级扬程优化分配结果.基于实际运行数据对模型结果进行分析和验证,结果表明：渠道水情模拟方法的模拟精度较高,水位模拟值与实测值平均误差在10 cm左右;梯级短期优化调度模型引入目标水位增强了优化效果,进一步减少4.7元/万m³用电费用,优化方案的单位运行成本相比实际调度可有效降低6.7%.     

基于水资源配置的水库群生态调度研究

为解决复杂流域水资源配置和水库群生态调度问题,以闸坝众多的沙颍河流域为研究对象,以流域关键断面的生态基流为基础,建立以“保证河道生态用水,优先生活用水”为目标的水资源配置模型。以近年用户的实际用水为基准年的需水水平,在丰、平、枯、特枯来水条件下,应用改进大规模线性规划方法求解,得到水库生态调度控制线和运行规则,以及地表水资源分配方案,并以枯水年85%来水条件进行验证。结果表明,与原常规调度相比,水库生态调度可充分利用可调水量的时空分布以及水库群的调控能力,更有效地提高沙颍河流域关键断面生态用水的保证率。研究为沙颍河流域水资源综合管理提供了技术支撑和决策支持。     

输水渡槽对河道行洪风险的影响分析

涉水工程可能导致原有的河道水动力条件改变，进而影响河道行洪能力。研究有无涉水建筑物下河道的行洪风险，对工程维护、河道治理及保障地区防洪安全具有重要意义。基于对河道洪峰流量、初值水位、糙率以及堤防高程4种不确定性因子的随机模拟，分析修建在河流上的输水渡槽在洪水作用下的受力情况，结合河道水面线计算结果，采用常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗法分别计算在有无渡槽情况下的河道行洪风险。结果表明：(1)在渡槽内水位分别为0.5,1.0,1.5,2.0 m的4种工况下，清丰山溪行洪能力相较设计流量1 200 m³/s分别下降了36.68%、27.87%、19.00%、10.05%；(2)在无渡槽的情况下，河道行洪风险为0.007；在有渡槽情况的下，上述4种工况对应河道行洪风险依次为0.34、0.045、0.016、0.012；(3)令渡槽内水位处于安全范围内最高值，当清丰山溪流量超过1 600 m³/s时，河道行洪风险仍随洪水流量增大显著增加，应考虑报废渡槽以保证河道行洪；(4)常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗方法均适用于评估渡槽对...     

基于叶片包角和出口安放角对叶轮的改进设计

基于计算流体力学方法,对KQW250-400型离心泵全流场进行数值模拟.基于叶片设计理论,对叶轮进行改进设计,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β₂建立5个不同的叶轮模型,并数值计算获得5个模型泵相应的外特性曲线和内部流场分布,对比分析可知:叶片包角Φ=126°与叶片出口安放角β₂=24°的叶轮最优;设计流量为550 m³/h时,扬程计算值为53.49 m,效率计算值为87.66%.原始离心泵和带改进叶轮的离心泵外特性试验测试结果表明:当流量Q=551.381 m³/h时,测得原始扬程为49.10 m,效率为79.88%;流量Q=550.823 m³/h时,测得带改进叶轮的扬程为51.84 m,效率为85.65%.改进后设计工况点扬程提高了2.74 m,效率提高了5.77%,且改进后的离心泵效率整体高于改进前,离心泵的整体性能得到了提升.研究结果有利于提高建筑物用泵的经济效益,从而降低能耗.     

小水电开发中的景观生态规划探究

以景观生态学的“驱动因子－景观变化－生态影响”模型分析小水电开发带来的景观生态影响。在景观生态规划中，提出合理配置景观要素来优化小流域景观生态格局、结构和功能，修复受损河流生态系统。加强水电环境影响定量评价，并制定环境与生态恢复预案，预留足够的生态系统自我修复本底，保障河道环境与生态用水，重塑河流自然水文水力状态，挖掘其自我恢复能力。同时柔化处理自然基质、重新连接断裂河流廊道、恢复重建生物生境。     

基于多目标粒子群优化算法的永久基本农田划定模型

针对传统的永久基本农田划定方法不能较好地统筹兼顾永久基本农田的耕地质量、空间布局集中连片等目标问题，提出了一种基于粒子群优化算法的多目标永久基本农田划定模型，该模型包括土地适宜性、连片性、稳定性3个子目标函数，同时考虑生态保护红线、地形地貌等约束条件。选取河南省浚县为研究区域，根据目标偏好不同设置对照实验。结果表明，该模型在永久基本农田划定工作中具有可操作性，避免了划定过程中主观因素带来的不利影响，且可以提供多情景的永久基本农田布局方案，促进了永久基本农田划定结果的科学合理性。     

一种基于生态流量的水资源开发利用率阈值估算方法

水资源开发利用率阈值是进行水资源开发利用、安全评价、风险调控与综合管理的控制性指标。尽管国际上常以年取水量与年可获得水资源量的比值40%作为水资源开发利用率阈值，但该阈值的确定依据和合理性并未明晰，同时该阈值为固定值未能考虑水资源禀赋的时空变化，给通常面对水资源时空分布不均的管理实践带来挑战。根据水资源开发利用率阈值与河道内生态流量之间的互补关系，在利用SWAT分布式水文模型模拟流域天然径流的基础上，通过基于多层次生境条件的改进Tennant法（MTMMHC法）计算了汉江流域各子流域各月份在丰、平和枯年份的不同等级生态流量，并确定了相应的水资源开发利用率阈值，体现了水资源开发利用率阈值在不同河段和不同季节的变化情况。结果表明：MTMMHC法能同时考虑流量的年内和年际变化并反映流量在丰、平和枯年份的差异性。在汉江流域，各子流域各月份在丰、平、枯年份的水资源开发利用率阈值均不同，且各子流域各月满足最适宜生态流量所对应水资源开发利用率阈值大多在20%以下，低于现行的国际上40%的标准。因此，该阈值估算方法不仅明晰了水资源开发利用率阈值与河道内生态流量之间的互补关系，而且考虑了水资源禀赋的时空...