鱼类产卵敏感期河流生态流速的分区分类阈值研究

敏感生态流量目标的合理制定是生态流量管理的重难点问题。针对目前敏感生态流量目标制定中存在的计算方法繁杂、关键参数缺乏等问题,本文以鱼类产卵期为重点,提出了分区分类河流敏感期生态流速和生态流量核算方法,制定了不同区域(东北、黄淮海、西南、长江中下游和东南沿海)、不同类型(按集水面积、山区河段和平原河段等划分)河流敏感期生态流速阈值。结果显示,全部分区分类推荐流速平均值为0.66 m/s,其中山区大站平均值为0.94 m/s、山区小站平均值为0.62 m/s、平原大站平均值为0.63 m/s、平原小站平均值为0.46 m/s。基于阈值核算了全国217个鱼类产卵生境保护河段的敏感期生态流量目标,并结合部分断面湿周法结果对阈值合理性与适应性进行了验证,验证结果表明相关阈值和方法适应于不同类型、不同规模河流,可为我国现阶段河流敏感生态流量管控提供参考。

耦合多物种生态流速的生态需水计算方法

河流生态恢复是经济可持续发展的关键,生态需水满足是河流生态系统稳定的前提.生态需水研究是目前生态学和水文学、水资源学研究的热点,国内外学者从不同角度出发提出了多种计算生态需水的方法,并基于这些方法对不同尺度研究区进行了生态需水量的研究计算.但在现有计算方法中缺乏针对多个物种流速需求耦合的研究,会对计算结果的准确性产生影响,继而影响流域水资源调控.本文针对此问题引入优势度指数建立多物种生态流速耦合模型,为生态需水的计算提供契合生态系统整体需求的解决方案.该方法不受地域因素影响,具有较广的适用性.应用于小清河流域3个典型断面——黄台桥、岔河、石村,结果显示:黄台桥断面生态需水为12.33m^3·s^(-1);岔河断面生态需水为4.40m^3·s^(-1);石村断面生态需水为14.53m^3·s^(-1).与Tennant法对比,本研究方法计算结果合理,且更能反映鱼类种群,而非单一物种对水量的实际需求.

生态流速—临界水深法及在杜柯河中的应用

在归纳国内外河道内生态需水方法的基础上,提出了一种同时考虑河道信息和维持河道生态功能所需河流流速的生态需水计算方法(下简称生态流速—临界水深法),并建立相应的流量与水深、流速的函数关系,重点推导了抛物线型过水断面下流量与水深、流速与水深之间的关系。以绰斯甲河支流杜柯河河道内生态需水为例,给出了计算过程,同时用Tennant法作为对比。结果表明:生态流速—临界水深法计算杜柯河壤塘站河道内适宜生态流量处于Tennant法所计算的适宜和最佳生态需水量之间,计算得出的最小生态需水量比Ten-nant法计算的最小生态需水量少0.06 m3/s。由于该方法考虑了生态流速(保护目标鱼类产卵所需流速)和临界水深(维持生境最低水深),以临界水深确定了最小生态需水量,以生态流速界定了适宜生态需水量范围,故所得的结果更接近实际状况。

基于生态流速推求河道生态流量的方法研究

生态流量拟定是保护和修复河湖生态环境的重要基础。结合我国水文观测经验和鱼类研究现状,以西江梧州水文站为例,当已知晓适合生物生存、繁殖的断面平均流速(即生态流速)时,提出由河道横断面地形数据、水位流量关系推求生态流量的图解法。结果表明,计算的梧州水文站4月~9月鱼类繁殖期生态流量5036 m^(3)/s与已有成果相接近,计算结果合理,推求生态流量的图解法计算简便,可为河道生态流量的拟定提供参考。

基于生态水深-流速法的河段生态需水量计算方法

在界定了生态流速和生态水深概念的基础上,提出了一种同时考虑河道本身参数(湿周、糙率、水力坡度)和维持某一生态功能所需河流流量的水力学方法,避免了湿周法不能反映复式断面真实水位流量关系的缺点,并用于验证黄河上游小川河段生态需水量,同时用Tennant法作了对比。结果表明:用生态水深-流速法得到的小川河段生态流量优于Tennant法所计算的生态需水量,由于该方法考虑了生态流速和生态水深,故所得的结果符合实际情况。

生态水文学:生态需水及其与流速因素的相互作用

本文研究涉及生态水文学中生态需水问题的一般认知。探讨了生态系统动态变化与水流驱动力因素之间的关系,重点探讨水流驱动因素中的关键指标——流速,通过分析流速与生态系统相互作用,从生态水文学动力因素出发估算生态需水;基于生态流速和水力半径,提出考虑河道内生态需水与水力因素关系的生态水力半径法,充分利用水生生物信息(鱼类产卵洄游流速)与河道信息(水位、流速、糙率等)估算河道内生态需水;归纳生态水力半径法在生态需水计算中的初步应用:考虑污染物降解耦合水量水质的生态需水计算、考虑鱼类等生物对流速要求的生态需水计算、考虑河道冲淤平衡的输沙需水量计算等方面。本文提出的生态流速研究既包括生物生长发育适宜的流速,又包括流速大小变化所涉及的许多动力因素,旨在延伸与扩展生态水文学的内涵与应用。

台州主城区河道生态需水计算与水量调度

为保障台州市主城区河道的生态服务功能,在分析该地区河道特点的基础上,构建了一种适用于该地区的生态需水计算方法,该方法综合考虑了流速、水位和水质3个方面的要求,并利用MIKE11水动力水质模型,定量确定了能够达到生态流速、生态水位和水质目标的河道水量调度方法。计算结果表明,主城区河网的生态流速为0.1 m/s,生态水位阈值范围为1.8~2.24 m,在充分发挥再生水清洁水源的基础上辅以河道补水,台州主城区河网在丰水年、平水年、枯水年均能够同时满足水位、流速及水质的目标要求,可为城市河网合理调配水资源维持河湖生态健康提供决策依据。

基于梯形模糊数的不确定性河道生态需水模型及其应用

将模糊数引入河道生态需水估算方法中,建立了模糊生态流速和模糊生态水力半径的概念。以抛物线型过水断面河道为例,在扩展原理的基础上,建立了流量与模糊生态流速、模糊生态水力半径的函数关系,提出了基于梯形模糊数的不确定性河道生态需水模型,设计了算法流程。以杜柯河壤塘站为例进行研究,计算并给出了其不确定性河道生态需水量的结果。最后利用Tennant法对所建模型的实用性进行了验证,并对计算结果的表达形式进行了分析。结果表明本文方法得到的结果更合理,效果更好。

河道内生态需水量估算的生态水力半径法

界定了生态流速和生态水力半径的概念,提出了一种同时考虑河道信息(水力半径、糙率、水力坡度)和维持某一生态功能所需河流流速的水力学方法．找出了该方法的关键参数是确定生态水力半径所对应的河道过水断面面积,重点推导了抛物线形过水断面与水力半径之间的关系.这种新方法的计算不仅能更好的适应鱼类对流速的要求,而且可用于其他生态问题有关的生态水流(如泥沙和污染自净的计算等)．以估算雅砻江支流泥曲的朱巴站河道内生态需水量为例,说明了计算过程,同时用Tennant法作为对比．结果表明:水力半径法计算朱巴站河道内生态流量基本处于Tennant法所计算的最小和适宜生态需水量之间,由于该方法考虑了生态流速(如鱼类洄游流速),故所得的结果符合实际情况．

广西南宁市邕江河段生态流量研究

以广西南宁市邕江河段为例,采用湿周法、生态流速-临界水深法和综合法计算生态流量,并对计算结果进行合理性分析;通过Tennant法核实得综合法计算结果最优,由此确定广西南宁市邕江河段生态状况。结果表明,广西南宁市邕江河段生态流量为20.54~77.56 m^(3)/s,比扣除供水和内河补水后剩余的流量小,满足邕江的生态流量;研究河段的生态流量占枯水期多年平均流量10%以上,表明该河段生态系统处于健康状态。研究结果可为流域的水资源开发、利用和修复提供理论依据,同时也为同类河段生态流量的推求提供参考。

基于生态水力半径法的武江流域生态流量研究

采用综合反映水生生物需求和河道断面信息的生态水力半径法,对武江河上北江特有珍稀鱼类省级自然保护区内的生态流量和生态水位进行估算.结果表明:生态水力半径法计算的生态流量过程线上存在明显的低流量、高流量和流量脉冲等水文要素,符合鱼类的自然需求;天然径流量下生态水力半径法估算的生态需水均可得到满足,但武江上梯级开发较多,需进行生态水位开展闸坝联合调度来保障河道的生态需水,确保犁市(二)站断面处各月份水深不小于平均生态水深.

河道水力学模型及最小生态需水量的估算

为了维系和保护玉符河最基本的生态功能不受破坏,结合玉符河河道的几何特征,应用一维非恒定流数学模型,即考虑河床渗漏的圣维南方程组,通过程序模拟得到玉符河研究河段内46个典型过流断面的水位和流量过程。结合生态流速-水深法的技术指标,计算和分析整个河段不断流所需的最小生态需水量。结果表明,当上游来流量为2.9m3/s时,基本可以达到保护玉符河河道生态功能的目标。该结果可为玉符河河道的生态修复工作及水资源的合理调度提供参考。

汾河兰村—义棠段洪水演进过程模拟与不同保护目标下生态需水量分析

针对汾河中下游河道特点,基于水流连续方程及运动方程,建立了一维洪水演进模型,利用该水力学模型对汾河兰村—义棠段洪水进行了数值模拟,并结合生态指标,分析了该河段生态需水量。结果表明,流量过程计算值与实测值吻合较好,以河道不断流为生态流量指标,获得汾河河道不断流的生态需水量为5 m3/s,对汾河水库生态调度和河道治理有一定的参考价值。

基于生态水力半径法的贾鲁河生态需水量计算

介绍了生态水力半径法的计算过程,并以淮河的二级支流贾鲁河为例计算了中牟和扶沟两个水文站不同水文频率年对应的最小生态需水量。根据研究区域的气候、地理特征和流域范围内鱼类对流速的要求对Tennant法的计算标准进行修正,并使用修正后的Tennant法对中牟和扶沟水文站最小生态需水量的计算结果进行验证。结果表明,生态水力半径法得到的中牟站丰、平、枯水年和扶沟站丰、平水年最小生态需水量计算结果是合理的,扶沟站枯水年最小生态需水量多数月份无法满足Tennant法设定的最小值,可用Tennant法计算结果代替。该方法更多地考虑了河流水文水力学特征和河流生态系统中水生生物对栖息地的要求,具有更强的生态学意义。

基于实测流量成果的生态流量计算方法

科学、合理地确定并维持河道内生态需水量对于维持生物生境及生物多样性具有重要意义,是保护河流及其生态系统的根本性措施之一,也是河流水资源优化配置的重要依据。参照生态水力半径法,提出了一种基于实测流量成果数据的生态流量计算方法,其原理与湿周法及生态水力半径法的基本一致,但省略了大断面计算的中间过程,计算过程简便。运用该方法对汉江中下游生态流量进行了计算,并与其他多种方法的计算结果进行比较。比较表明,计算结果与最小月平均流量法、湿周法(最大曲率拟合)及Tennent法汛期结果较为接近。

北部湾经济区河流环境流量计算

叙述了河流环境流量的基本概念,并介绍了国内外四类计算方法:水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法。通过水文学法、水力学法和考虑河流中鱼类的生态流速-流量法,对北部湾经济区河流环境流量进行计算。最后,对计算所得三种结果进行对比分析,确定生态流速-流量法计算结果25.75m3/s,作为北部湾经济区河流———南流江的最小环境流量。