基于无人机遥测技术的湿周法计算河流生态需水研究

保障河流生态需水是合理利用水资源、进行水生态保护的基石。目前湿周法是广泛使用的一种计算河流生态需水的方法,但如何在缺资料地区方便快速建立湿周-流量关系仍是一个难点。为解决这个问题,依托无人机航空摄影测量技术,获取河道大断面形态,提取水力参数,结合曼宁公式,计算河流生态需水。研究计算邛崃市南河流域的黄塔及两河口断面的生态流量,与根据历史流量资料、使用Tennant法计算的河道生态流量对比后得出如下结论:湿周法计算的两断面生态流量分别为9.38、5.33 m3/s,Tennant法计算的生态流量为11.96和6.6 m3/s,两者计算结果接近且符合流量分布规律,证明了将无人机技术应用到湿周法,计算河流生态需水方法可行,为缺资料地区计算河流生态需水提供了新途径,为水资源开发利用和水生态保护提供了重要依据。

用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

从湿周-流量曲线临界点的两种不同确定准则入手,分析湿周法推求河道内最小生态需水量(minimumecologicalinstreamflowrequirements,简称MEIFR)的不确定性。假设河道呈三角形断面和均匀流,得到湿周法的解析解表达式。表达式显示斜率法(曲线上斜率为1)和曲率法(曲线上曲率最大)二者所得的MEIFR结果迥异。当斜率法取斜率为0.39时,其相应的流量与曲率法结果一致。MEIFR对斜率临界值非常敏感,斜率法中的斜率临界值难以确定,相比而言,曲率法更可靠。这用近似具有三角形断面的南水北调西线一期工程调水区流域的实际数据得到证实。根据我们在该区实地观测和收集的6条河35个河道断面的水深和水宽资料,用解析解估算出各断面的MEIFR。曲率法所估算的MEIFR结果为多年平均流量的2.5%￣23.7%,大部分数据落在Tennant法的10%￣30%的范围。斜率法为11%￣105.7%,普遍偏大,超过这个范围。虽然采用较小的斜率临界点可使斜率法的估算结果变小,然而到底斜率临界点应取何值存在较大的不确定性。这进一步说明,在无法获得一个确定的斜率临界值的情况下,湿周法估算MEIFR宜采用曲率法确定临界点。本文的结果基于理想情况,更普遍的结论有待于对更多种河道断面的探讨。

基于改进湿周法的贾鲁河河道内生态需水量计算

针对贾鲁河实际情况,选取中牟和扶沟水文站作为控制断面,利用斜率法、曲率法和多目标评价法3种改进湿周法计算分析贾鲁河不同频率年河道内生态需水量。结果表明,采用多目标评价法(r=2)计算结果最大,曲率法最小,中牟断面用多目标评价法(r=2)计算生态需水量较为合理,扶沟断面用斜率法计算生态需水量较为合理。

湿周法估算河道内最小生态需水量的理论分析

研究了不同河道几何断面的湿周法理论,分析了各种几何断面的湿周-流量关系。结果表明,当河道断面呈三角形、U型和抛物线型时,湿周-流量关系曲线可近似用幂函数拟合;当河道断面呈矩形和梯形时,湿周-流量关系曲线可近似用对数函数拟合。通过采用斜率为1法和曲率最大法确定曲线变化点,估算最小生态需水量发现,不论郡种断面,用斜率为1法和曲率最大法估算的结果差异很大,斜率为1法的估算结果均大于曲率最大法。分析同一流量下、不同断面形态对湿周法的适宜情况结果表明,在同一流量下,几何尺寸接近的不同断面,矩形和梯形断面有较大的湿周值,从湿周法初衷来讲,则更有利于生物生境的保护。

河流生态需水量计算的湿周法拐点斜率取值的改进

现行计算生态需水的湿周法在相对湿周-相对流量曲线上判定拐点时,常以斜率为1的点为拐点。在应用于标准抛物线形河道断面计算河段的生态需水时发现,在采用该拐点确定生态需水流量时,不同形状断面的需水流量比例都非常接近,没有反映出河段特征的差异。在对其原因分析后建议将拐点的斜率取为多年平均流量与相应湿周长比值的平方根。并以此进行计算,结果表明:河道断面越宽浅生态需水量占多年平均流量的比例越大;河流多年平均流量越大生态需水量所占的比例越小。反映出河流特征的差异,其变化趋势符合对河流生态需水规律的一般性认识。同时在计算得出的需水流量下,断面水力参数除湿周外均能达到水力学方法R2CROSS法提出的水力参数取值范围,计算结果较为合理。

基于湿周法的河道最小生态需水量多目标评价模型

以湿周与流量关系为基础,建立了基于多目标评价方法的河道最小生态需水量估算模型,以湿周最大和河道流量最小作为栖息地保护和水资源开发利用的目标,采用理想点法求解,以增江下游麒麟咀站为例计算河道最小生态需水量,并将该模型的计算结果与斜率法和曲率法的计算结果进行了比较分析。结果表明:增江下游河道最小生态需水量阈值范围为20.8～26.3 m3/s,相应的平均流速范围为0.42～0.44 m/s;模型计算结果比传统的湿周法适用性更强,且能较好体现生态用水和经济用水的均衡发展。

湿周法的改进和应用

由于湿周法在确定突变点中存在主观性的缺陷,而最大曲率法可客观的确定河流生态基流,避免了主观性。在湿周法的基础上,研究了河流生态基流的概率分布,同时研究了径流特征值和生态基流之间的关系,为河流生态需水的预测提供了解决方法。

基于湿周法的济南山区中小河流生态流量研究

为探讨湿周法在山区中小河流的适用性,以济南市西南部创新谷为例,基于湿周法中的斜率法,计算研究区河流干支流的生态流量,研究分析斜率法的适用性,并探讨在计算过程中典型断面的选取依据。经计算确定,北大沙河干流、大彦河干流、皇姑井村河干流和小刘河的生态流量依次为4.9、3.7、3.9、2.1 m^(3)/s。建议在利用湿周法进行山区中小河流生态流量的计算时,在结合当地水文资料的基础上,选择宽深比相对较小、横断面为抛物线形的河道断面作为典型断面。

二维水力模拟在河流生态需水湿周法中的应用

湿周法是河流生态需水量计算中使用较为常见的一种水力学方法,通常采用一维的水力分析结果作为计算依据。二维水力模拟能提供更为细致全面的河道水力参数分布,通过对某水电站坝下13.3 km河道进行平面二维水力模拟,对其在湿周法中的应用进行了探讨。采用弗汝德数(Fr)作为浅滩生境划分标准,把浅滩生境较为集中的河段作为湿周法分析的浅滩河段。随后根据平面二维水力模拟结果,给出了浅滩断面相对湿周-流量关系曲线,采用斜率为1的斜率法计算得到了各浅滩断面的生态需水量。结果表明,采用二维水力模拟结果给出的曲线更为合理。

湿周法在超宽浅型河道生态需水计算中的应用

采用湿周法计算河道生态需水量是通过建立湿周—流量关系,利用斜率法或曲率法来确定湿周—流量关系曲线上的拐点,进而确定河道生态需水量的。当河道水浅、宽深比特别大时,该方法建立的湿周—流量关系曲线会出现明显的分段转折点,分析表明它并非确定生态需水量所需的拐点。为此,引入"计算水深"概念,根据河道断面几何形态进行概化,转化得到新的湿周—流量关系,能够有效、合理地利用斜率法和曲率法计算河道生态需水量。

用改进湿周法计算河道内最小生态流量

在探讨总结国内外计算河道内最小生态流量(mini muminstreamecological flow)方法的基础上,针对汉江流域的实际情况,选用改进湿周法对汉江上游石泉、安康和白河3个水文断面的最小生态流量进行定量估算。与Tennant法相比较,表明采用曲率湿周法计算的汉江上游河道内最小生态流量是比较合理的。计算结果为:石泉、安康、白河3个断面的最小生态流量依次为40,70,100 m3/s,分别占各断面多年平均天然流量的11.23%,11.08%,12.55%。

确定河流生态流量的几种湿周法比较

为比较不同湿周法在计算河流生态流量中的适用性,采用幂函数描述无量纲化的湿周～流量关系,利用曲率法、斜率法及多目标评价法中的线性加权和法、理想点法(尺度系数r分别取1,2,∞)、乘除法等7种方法计算河流生态流量。结果表明:曲率法的结果偏小;斜率法、理想点法(r=1)、线性加权和法的结果相同,且位于各方法的中间;另外3种多目标评价方法得到的河流生态流量大于斜率法等的结果,但湿周的增加比例明显小于流量增加比例。在湿周～流量关系符合幂函数关系时,利用斜率法或理想点法(r=1)、线性加权和法确定河流生态流量的方法是适宜的。

用湿周法浅析浏阳河榔梨河段的最小生态流量

当今社会,用水竞争日益激烈.城市用水和工业用水挤占农业用水,农业用水挤占生态用水,导致生态用水严重不足,出现大面积水土流失、水生态失衡、生物多样性丧失等生态环境问题,生态流量的研究与应用越来越广泛.文章以榔梨水文站作为浏阳河最小生态流量的分析站,选用湿周法进行计算,并与最小月平均流量法、7Q10法分析比较.文章认为湿周法计算精度高,符合榔梨站水文特点,可作为最终计算结果,并以此分析浏阳河近年的缺水情况,提出相关建议,为上游水库调度、沿途水利工程的开发利用,以及河流的生态修复提供参考.

湿周法估算巴音河河道内最小生态需水量

文中采用湿周法估算巴音河最小生态需水量。选用巴音河德令哈水文站作为控制断面,用对数函数和幂函数关系对湿周~流量关系进行拟合。通过建立河道断面湿周与流量的关系曲线,依据该曲线确定变化点的位置,估算最小需水量的推荐值。分别用斜率为1法和曲率最大法对巴音河的德令哈断面的最小生态需水量进行定量估算。

湿周法确定河流生态环境需水量临界点的应用

湿周法是河流生态环境需水量的确定方法之一。文章针对其应用中对多组实测数据确定临界点困难的实际情况,对该法进行了改进。提出了湿周法确定临界点理论公式,并利用实测数据对选定的西南岔河流域的三个河段进行生态环境需水量计算。

湿周法估算河道内最小生态需水量——以滦河水系为例

湿周法是以湿周作为衡量栖息地质量的指标来估算河道内流量的最小值。通过建立河道断面湿周与流量的关系曲线,依据该曲线确定变化点的位置,估算最小需水量的推荐值。根据国外对湿周法的研究应用,分别采用对数函数和幂函数关系对湿周—流量关系进行拟合。从理论上分析了湿周法采用斜率为1法和曲率最大法确定变化点的不同,得到不论采用对数函数还是幂函数关系拟合流量—湿周关系,斜率为1法的估算结果都要大于曲率最大法的估算结果。把湿周法应用到滦河流域两个水文站,以曲率最大法确定变化点,估算了两个站点的最小生态需水量。结果表明:①对数函数拟合流量-湿周关系得到的最小生态需水量都要大于幂函数拟合流量-湿周关系的结果;②湿周法估算的生态需水量都能满足河道内最小生态需水的要求,且较小河流对生态需水量的要求相对较大河流更高。

对计算河道最小生态流量湿周法的改进研究

在分析湿周法基本理论的基础上,探讨了湿周法确定河道最小生态流量的计算步骤。研究分析了几种典型河槽几何断面的湿周流量关系,采用斜率为1法和曲率最大法来确定湿周流量关系曲线上变化点所对应的最小生态流量。以长江中下游河道计算为例,分别选取长江中下游的宜昌、汉口水文站作为控制断面,对长江中下游河道最小生态流量进行了研究,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价。结果表明,曲率最大法确定准则计算结果合理,而采用斜率为1法确定准则计算结果则偏大。最后确定宜昌、汉口站断面的最小生态流量为2315m3/s、3124m3/s,分别占多年平均天然流量的16.7%、13.8%。该研究表明改进湿周法用于长江中下游河道最小生态流量研究是可行的。

干湿周浸法及其在耐候钢研究中的应用

利用集成电路控制微电机实现了试样在指定时间里的干湿周浸。叙述了周浸仪的线路设计,并用它测定了稀土含量对09CuPTiRE钢耐大气腐蚀性能的影响。发现当稀土含量达0.012％时,稀土能明显地改善钢的耐大气腐蚀性能。

梯级小水电开发中最小生态流量计算方法探究

保障小水电的最小生态流量,可有效解决小水电站运行中的减脱水问题。研究以石窟河梯级小水电站为例,采用Tennant法、Q90法、NGPRP法、频率曲线法和Texas法共5种水文学法和以湿周法为代表的水力学法分别对梯级小水电应下泄的最小生态流量进行计算,分析对比发现,Texas法和Tennant法相较其他水文学法更为适合该地区的最小生态流量计算。在满足95%保证率的情况下,选取Texas法和Tennant法两种方法的内包线得到长潭水库应下泄的最小生态流量过程。在河道比降较大且梯级小水电开发中最小生态流量计算,水文学法相较于湿周法更为合适。

布谷孜河生态环境现状与生态水位确定方法研究

布谷孜河流域水资源开发利用程度高,阿湖水库以下河段断流时间较长,河流生态环境日趋恶化,本次以布谷孜河流域现有水文资料为基础,综合布谷孜河水资源开发利用、生态情况、河道来水及径流量年内年际变化特征状况,将布谷孜河分为阿湖水库以上段、阿湖水库至高速公路段、高速公路至托卡依水库段和托卡依水库四段,对布谷孜河生态环境现状及问题进行讨论;进而采用水文学法中的Tennant法、Qp法、7Q10法和水利学法中的湿周法,对布谷孜河生态水位进行确定,研究结果可知:布谷孜河流域水资源开发利用程度高,在满足河道内生态基流条件下,各断面在丰水期和平枯水期生态流量对应的河流生态水位分别为,阿湖水库断面1 488.58 m、1 488.48 m,高速公路大桥断面1 295.04 m、1 295.00 m,托卡依水库出库断面1 184.51 m、1 184.32 m;布谷孜河各断面生态水位目标均采用生态水量控制,阿湖水库坝址断面、高速公路断面为常流水(不断流)河段;托卡依水库断面,全年下泄河道生态水量不低于0.1467亿m3,另分别在5月初和9月末集中通过水库调度人工造峰两次,以利于水量输送至下游。研究结果为今后布谷孜河主要水利工程确定下泄流量和河流生态水量管理监测提供技术支撑。