基于水情变化的河流生态流量阈值及多时间尺度保障率计算

为加强河流生态流量阈值及保障率计算对天然水文情势变化的适应性,提出了基于水文集合分位数的生态流量计算方法。根据河流长序列实测径流数据,在年际和年内划分不同水文情景,基于生态流量水文集合的中位数和下四分位数确定年内汛期、非汛期生态流量阈值下限,以丰、平水年组的计算结果分别作为平、枯水年组的生态流量理想值,结合生态流量中长期和短期保障率,计算分析河流在不同时间尺度下的生态流量保障程度。抚河下游应用结果表明:综合水情变化的生态流量阈值和多时间尺度保障率分析方法能够更好地适应天然河流年际和年内水情变化,更准确识别河流水文健康状况;丰、平、枯水年组抚河下游年均生态流量阈值下限分别为156.49、90.43、29.54 m 3/s;不同时间尺度下抚河下游生态流量的保障程度均较低,中长期保障率大于短期保障率,中长期和短期保障率分别为63.64%~93.11%、42.50%~91.85%。

水库生态流量核定及保障措施研究

为推动江河湖库生态保护治理,以乌都河英武水库为例开展了生态流量核定及保障措施研究。英武水库作为乌都河干流的龙头水库,是流域内唯一的大型水库,其工程建设运行对下游水生态系统的结构和功能具有显著影响。在分析其坝下河段用水需求的基础上,综合采用水文学Tennant法、水力学R 2-Cross法等生态需水分析方法,结合坝址上下游梯级已批复的生态流量成果,综合研究确定英武水库生态流量以及保障措施。结果表明:按照取外包最大值的原则确定工程初期蓄水期和运行期,每年11月至次年3月下泄生态流量不应低于1.45 m^(3)/s,4~10月下泄生态流量不应低于2.9 m^(3)/s。研究成果可为维持英武水库下游河流形态和基本生态功能、复苏乌都河流域生态环境提供参考。

基于水文学法的小流域生态流量研究

为评估确定小流域适宜的生态流量,以珠江流域清水河为例,通过Tennant法、Texas法、频率曲线法等6种水文学方法计算逐月生态流量,并进一步结合水文节律及生态流量保障率,对比枯、汛两个时期6种方法的优劣程度,获得最适宜小流域的生态流量计算方法来确定生态流量。结果表明,红旗水库断面生态流量在0.12~1.52 m^(3)/s之间,普者黑断面生态流量在0.30~4.95 m^(3)/s之间;水文节律拟合系数分别为0.993、0.998,生态流量保障率均处于良好水平,生态流量选取结果合理。研究结果可为类似全国小流域选取适宜计算方法确定生态流量提供参考。

引汉济渭工程初期运行调水区河道生态流量优化研究

针对跨流域调水工程等强人类活动对河道生态造成严重影响的实际问题,以引汉济渭工程为研究对象,建立并求解了工程运行初期多年调节水库三河口的中长期调度模型,设定了不同生态需水下的调度方案集,量化与评估了工程初期运行对供水与生态的满足情况,并推荐了最佳的调度方案与优化的生态流量过程。研究表明:(1)在生态需水为生态基流时(设计方案),供水与生态基流保证率均满足设计要求,验证了模型与方法的合理性;(2)在生态需水为适宜生态流量时,供水与生态基流保证率分别为65%、98%,表明供水与生态两者间呈竞争关系;(3)在生态需水为修正的生态流量时,供水与生态基流保证率分别为95%、100%,在满足供水目标的同时,河道内月平均流量较设计方案提高了47%,推荐该调度方案与生态流量过程为最佳方案与最优生态流量过程。研究成果对构建生态流域、提高跨流域调水工程的综合效益具有实际意义和应用价值。

基于基流比例法的渭河生态基流计算

为使生态基流更好地体现中国北方河流生物需水的年际间和年内变化,该文提出基流比例法。将长期径流系列资料划分为丰、平、枯及特枯年等不同年型,采用传统方法确定某一年型的基流比例后,通过该年型与其他各年型平均径流量之间的比值,推求出基流比例之间的关系,由此计算出其他各年型的基流比例及生态基流值。根据需要,还可进一步将年内划分为不同时段分别计算。以渭河干流宝鸡段为例,应用该方法计算了各年型及年内各时段的生态基流值,其结果为5.02～36.73m3/s,比较后发现其他几种常见方法计算的生态基流值均在该范围之内,各代表年基流的保障程度基本都能达到90%以上,但是近几年呈现递减的趋势。该方法适合中国北方河流生态基流的计算。

基于基流比例法的洋河干流生态基流估算

为了更好地反映高频率取用水影响下北方季节性河流的生态基流量需求,采用细化到月尺度的基流比例法,分析计算了洋河1956—2015年的年尺度及月尺度生态基流量以及2015年的日生态基流保障程度。结果表明:丰水年、平水年、枯水年和特枯年的平均生态基流分别为3.64 m3/s、2.70m3/s、2.00 m3/s和1.31 m3/s;逐年生态基流持续减少,由1980年前的5 m3/s左右锐减到近十年的1.5 m3/s左右。不同年型基流量的逐月分布情况存在一定差异性,特别在特枯年1月、7月、8月及12月生态基流并不能满足至少保留10%多年平均径流量的生态需求,并出现非汛期生态基流最大,汛期生态基流反而最小的异常现象。2015年,洋河干流的日生态基流保障率仅为51%。不同年型及不同时间尺度的计算结果均阐释了洋河生态环境明显退化的趋势和严峻的健康形势,而且月尺度结果更详尽、更能映射取用水破坏河流生态的关键性和显著性。因此,建议分析河流生态需水时应区分河流丰枯状况,并尽可能地细化时间尺度。

滦河流域生态流量保证程度分析

为更好地对生态流量满足程度进行定量化分析,提出了生态流量保证率的概念。通过对滦河1957～2011年降雨、径流的分析计算,得出如下结论：滦河生态流量在1979年后受人类活动影响较为剧烈,尤其在1998年后,滦河的生态流量保证率仅能维持在70%左右;降水量和水利工程用水是滦河近年来生态流量得不到满足的主要原因。研究结果可为滦河的河流生态环境保护及水资源科学配置提供参考。

沂沭河流域河流生态径流及生态需水研究

为更好地维持沂沭河流域河流生态系统健康、稳定,以沂河临沂站、沭河大官庄站为例,基于两站1958-2000年天然月径流数据,采用逐月次最小（大）值法、改进Tennant法计算其年内最小（大）生态径流及生态需水过程,运用三种逐月频率法计算其年内适宜生态径流及生态需水过程,参考地表水合理开发阈值和IHA法,依据逐月频率法获得其年内适宜生态需水阈值,最终获得两站完整的生态径流及生态需水过程,并与实测径流过程比较,获得其生态需水保证率。结果表明,逐月次最小（大）值法计算得到的部分月份最小（大）生态径流量不利于生态系统的健康稳定,需结合改进Tennant法结果做调整;年内各月径流保证率均取50%的逐月频率法更适合适宜生态径流及生态需水计算;大部分时间内河流生态需水均能得到保证,但仅有超过30%月份、近50%年份河流生态需水为适宜生态需水。

大凌河流域河道生态需水量估算

本文从大凌河流域存在的环境问题出发,分别估算了各水资源分区的河道生态需水量(包括生态基流量、自净需水和输沙需水)及各区的河道生态需水贡献量。提出了使用偏枯年(75%保证率)水文数据估算河道生态需水量的方法,弥补了Tennant法、枯水季最小流量法等方法计算结果偏大或偏小的不足。结果表明,大凌河的4个河段(建凌站以上、建凌站至朝阳站、朝阳站至义县站、义县站至锦县段)的河道分区需水量分别为0.55×108m3、5.21×108m3、3.9×108m3和1.34×10×108m3。锦县水文站以上河道生态需水总量11×108m3,占地表水总资源量的59.75%,因此,大凌河地表水资源取用率应在40%以下。

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。

沅水干流水生态保护现状及问题分析

在落实绿色发展理念、推进生态文明建设的理念指引下,本文以2016年为现状年,梳理沅水干流水生态保护与修复现状,重点分析干流在水生态方面存在的问题,并提出水生态保护与修复的对策措施。

黑龙江省境内河流生态需水量计算方法研讨

SL/Z 712-2014规范中推荐的排频法、历时曲线法、蒙大拿法等计算方法,对某一河流来说,可能是方法甲的计算成果较合适;而对另一条河流来说,可能是方法乙的计算成果更合适。显然,各种方法各有其优缺点和优势,因此,在实际的工作中,不能简单地下结论为哪一种方法好,而各种方法在实际的应用过程中,优势互补,取长补短,相互验证,并且多种方法的计算成果,经代表性、合理性、可靠性等综合比较后,合理选定符合目标河流实际情况的方法为好。

洞庭湖区三口水系生态基流研究

近年来大型水利工程的建设与运行、洞庭湖区三口水系分流量的持续减少和三口水系地区水资源的不合理利用,导致三口水系的生态流量严重不足。基于洞庭湖区三口水系的主要水文站2003—2018年逐日平均流量和1973—2002年逐月平均流量数据,提出一种综合考虑不同水文学法的生态基流确定方法,得出逐月和全年的生态基流推荐值,并分析其保证率和影响因素。结果表明:新江口站、沙道观站、弥陀寺站、康家岗站和管家铺站的全年生态基流分别为208.18、49.44、75.39、2.52、93.94 m^(3)/s,全年生态基流保证率分别为84.83%、37.52%、51.88%、21.84%、42.60%;各水文站汛期的生态基流最高值均出现在7月份,8月份、9月份和6月份依次递减,汛期的生态基流及其保证率明显高于非汛期。研究提出的方法和计算结果可为洞庭湖区三口水系的水生态修复提供参考。

基于多种水文学方法的滦河典型断面生态基流研究

利用1980—2016年郭家屯水文站和三道河子水文站逐月流量数据,综合运用QP法、Tenant法、频率曲线法、典型水文频率年法、NGPRP(norther great plains resources program)法、近10年最枯月月平均流量法、TEXAS法等7种水文学方法,根据滦河丰水时段和枯水时段内不同月份径流量的特点,精细划分出相关断面每个月份生态基流取值的上限和下限,对相关断面的生态基流量进行测算和分析,得出三道河子断面生态基流取值1.10~6.06 m^(3)/s为宜,郭家屯断面生态基流取值0.78~5.66 m^(3)/s为宜。用上述确定的生态基流值对2个断面37年的逐月流量进行检验,结果表明:2个断面37年大部分月份生态基流都能得到保证,12月、1月和2月2个断面生态基流保证率相对较低,而对于生态基流保证率低的月份,建议通过合理划分水权、科学调度工程、建立监控体系等措施保障生态用水。

淮河干流河南段基本生态流量保证率研究

科学确定基本生态流量对维持河流控制断面生态环境用水需求具有重要意义。以淮河干流河南段为研究对象,选取长台关站、息县站和淮滨站为主要控制断面,采用最小月平均流量法、近10年最枯月平均流量法、流量历时曲线法和蒙大拿法4种水文学方法对淮河干流河南段的基本生态流量进行计算,以月为单位评估了1951-2015年期间月平均、丰水年、平水年、枯水年、汛期和非汛期相应断面的基本生态流量保证率。结果表明:①从长台关站到淮滨站基本生态流量依次增大,长台关站、息县站和淮滨站的基本生态流量分别为3.41、11.43、16.97 m^3/s。②淮河干流河南段丰水年的基本生态流量保证率最高,其次为平水年的,枯水年的最低,且汛期基本生态流量保证率大于非汛期基本生态流量保证率。③淮河干流河南段月平均、丰水年、平水年、枯水年、汛期、非汛期的基本生态流量保证率基本表现为息县站的最高,其次是淮滨站的,长台关站的最低。研究结果可为河流生态调度提供科学支撑。

基于耦合随机排序SCE算法的多目标生态调度研究

针对水库优化调度问题的多维性、非线性和强约束性特点,提出了耦合SCE算法与随机排序法的SCE-SR算法。在进行个体比较时综合考虑目标函数值和约束违反量,以实现群体优劣排序。同时,在迭代进化过程中加入精英保留机制,保证优化结果为可行解。将SCE-SR算法应用于三峡水库的优化调度研究,以发电量最大为经济目标及生态保障率最大为优化目标,基于水文学法量化下游河道生态流量适宜区间,并与遗传算法结果进行比较。结果表明:SCE-SR算法相较于遗传算法计算结果更优,枯水年SCE-SR算法所得年发电量比遗传算法增加0.48%,生态保证率增加2.78%。SCE-SR算法在优化过程中简单易行,需要调整的参数少,有机结合确定性方法和随机性方法,能快速定位可行域,兼具全局收敛性与鲁棒性,避免了遗传算法易"早熟"的缺点,所得优化调度方案在对经济效益影响较小的同时能保证生态流量需求,为多约束的水库优化调度问题提供了新思路。

汾河中游河道生态流量分析

针对汾河中游河道生态环境受到破坏、生态流量不足的问题,选择兰村和赵城断面为研究对象,采用水文学及水力学等6种计算方法对比分析汾河中游河道的生态流量,并进行了保障性与计算结果合理性分析。结果表明:两个断面的生态流量有相同的变化规律,1、2及12月份生态流量很小,3月份生态流量较大,总体上汛期生态流量大于非汛期;在1996年之前,两个断面生态流量的年际保障率总体较高,1997-2008年保障率下降,2008年之后呈波动增大趋势;年内保障率波动变化,但兰村断面3月份保障率较高,赵城断面3月份保障率很低,应重点考虑3月份汾河中游河段的灌区用水及水库蓄水对下游河道生态系统的影响。对比6种方法的计算结果,逐月频率法不适用于汾河流域,1、2、12月份生态流量推荐采用Tennant法计算结果,一般用水期的计算推荐Q_(p)法,汛期推荐年内展布法,3月份兰村断面推荐湿周法、赵城断面推荐Tennant法,推荐方法计算的逐月生态流量过程能够反映年内不同水期的丰枯变化,可为汾河中游生态修复工作提供参考。

河道生态基流保障引起的农业损失量计算

为了科学协调水资源短缺地区农业用水与生态基流的矛盾问题,推动生态基流保障工作开展,从优先保障生态基流后农业受到影响的角度出发,确定了不同保障水平下的农业损失量。以渭河干流宝鸡段为例,定量计算了生态基流调控值在5~10 m^3/s之间时宝鸡峡灌区的农业产值损失与产量损失,并分析了生态基流保障前后保障率变化情况。结果表明:生态基流调控值在5~10 m^3/s之间时,平水年农业产值损失在1.04×10~8~2.54×10~8元之间,枯水年农业产值损失在2.99×10~8~4.06×10~8元之间,特枯年农业产值损失在4.78×10~8~6.61×10~8元之间。减少农业灌溉引水后,河道生态基流保障率明显提高。

尼洋河生态流量(水量)保障实施方案研究

为保障尼洋河干流生态流量(水量)满足生态要求,加强流域水资源开发利用管控,该文确定了尼洋河流域重点控制断面及其生态流量控制指标,制定了生态流量保障的调度方案,提出了保障措施建议,通过加强生态流量监测、河道内工程调度及河道外用水管理,提高生态流量保证率,从而实现水资源的可持续利用,促进流域内经济社会发展和生态环境的改善。

基于生态水文学方法的常山港流域河道最小生态流量分析

基于1962—2019年常山港流域水文站实测径流数据,综合采用改进的Tennant法、年内展布法、典型水文频率法、最枯月平均流量法、Q 90法等水文学方法分别计算常山港流域河道最小生态流量,对比分析得到河道最小生态流量过程。结果表明,典型水文频率法、最枯月平均流量法、Q 90法等计算的河道所需生态流量偏低,而改进的Tennant法、年内展布法计算的生态流量过程更接近河道年内丰枯水文变化过程,两种方法计算结果在3—6月期间生态用水量均较多,在1—2月、7—12月份生态用水量较少;最终,在满足95%保证率的情况下,选取改进的Tennant法、年内展布法的内包线作为常山港流域各月应下泄的最小生态流量,其最小值为54.4 m^(3)/s,在6月达到最大值,为94.8 m^(3)/s。