玉龙喀什河水利枢纽工程中生态流量的研究与应用

生态流量是维持河流生态基本功能,控制水资源开发强度的重要指标,自然或越接近自然的水文过程,对保护河流生态系统最为理想。玉龙喀什水利枢纽工程当建成后,在发挥各类效益的同时,需考虑河道所需的生态流量。通过BBM法、Tennant法、最小月平均径流法、生态水力学法这四种方法确定的生态流量。计算成果表明,在4—7月鱼类产卵需水敏感期应采用BBM法计算所需生态流量,从4月月均10. 77m3/s逐渐增加到7月月均159. 46m3/s,可充分满足鱼类产卵敏感期的需水,其余各月采用BBM法、Tennant法、最小月平均径流法、生态水力学法计算后的外包线来作为生态流量。这种采用不同计算方法得出所需生态水量,对不同计算方法的优缺点进行"取长补短",将水资源利用最大化高效化。依此,为今后水利工程确定生态流量提供借鉴。     

沂河流域河流生态需水研究

基于沂河临沂站的天然径流和实测径流资料,遵循水量平衡基本原理,结合河流生态需水量、可取水量,提出一种新的河流生态需水分析方法,以满足河流生态需水量要求为前提,分析沂河河流可取水量、可取水比例及不同水平年条件下沂河河流生态需水保证程度。结果表明:沂河河流生态需水量、生态需水比例阈值分别为3.43亿~20.63亿m3、12.50%~75.17%,河流可取水水量、可取水比例的阈值分别为6.80亿~24.0亿m3、24.79%~87.50%,河流实际取水量、实际取水比例分别为8.65亿m3、31.53%;丰、平、枯、特枯水平年条件下,仅有特枯水年部分月份河流最小生态需水量不能够满足,河流适宜生态需水保证程度则处于较低水平。因此,在减少河流取水量的同时,有必要通过一定的水利工程调度,适当增加河道内生态用水量,以维持沂河河流生态环境的健康、稳定。     

基于生态水力半径法的瑞丽江河道内生态需水量估算

从保护瑞丽江流域特有珍稀、濒危鱼类的角度出发,根据瑞丽江流域的水资源特性,采用生态水力半径法对瑞丽江进行河流生态需水量研究:利用戛中水文站的实测流量资料,建立Q~R关系,计算了瑞丽江河道内生态需水量,枯期最小生态需水量20.1m^(3)/s;汛期最小生态需水量63.2m^(3)/s。从而推求出龙江水电枢纽工程汛期下泄流量不应小于47m^(3)/s;枯期下泄流量不应小于15m^(3)/s,以满足水生生物生存繁衍所需的基本生态需水量。     

随机流量历时曲线及其在生态流量计算中的应用

河流生态流量是生态水文研究的重要部分,其相关理论和计算方法一直是当前国内外学者研究的热点。尝试基于随机流量历时曲线计算河流系统的生态流量,给出了维持河流生态系统健康各等级流量的历时或频率,并进而估算生态需水,为流域水资源的合理配置提供参考。以松花江干流8个断面为例,研究结果表明,在随机流量历时曲线上基于Q97,10估算得到的最小生态需水量与7Q10法所得到的需水量数值接近且相关性好,而基于保证率P=75%的随机流量历时曲线可求得河道的适宜生态需水量。研究区内嫩江流域大赉断面以上河段最小生态需水量、适宜生态需水量分别为4.6亿m3和99.1亿m3,约占总水资源量的2.6%和56.2%;松花江下游佳木斯控制断面以上河道最小生态需水量、适宜生态需水量分别为79.1亿m3和388.9亿m3,约占总水资源量的13.4%和65.7%。     

长江中下游河道生态流量研究

探讨了河道生态流量基本理论方法,针对长江中下游河道实际情况,选取宜昌站和汉口站作为控制性断面,采用改进河道湿周法计算长江中下游各河段最小生态流量,进一步根据鱼类产卵繁殖所需流速,估算了长江中下游各河段的适宜生态流量,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价。计算结果为,宜昌、汉口站断面的最小生态流量为2315m3/s3、124m3/s,分别占多年平均天然流量的16.7%、13.8%;宜昌、汉口站断面的适宜生态流量为8154.7m3/s1、6663m3/s,分别占多年平均天然流量的65.7%、73.6%。该研究结果为长江中下游的河流生态环境保护及水资源科学配置提供了参考。     

赣江下游河道适宜生态需水量计算

受气候变化及人类活动的影响，赣江下游河道生产生活与生态用水的矛盾日益增加。本研究采用Tennant 法和生态流量阈值法分别计算外洲断面生态需水量，并采用基于四大家鱼为生态保护目标的湿周法进行筛选比对，确定赣江下游适宜和较适宜的生态需水过程。结果表明：Tennant 法和生态流量阈值法计算得到的年均适宜生态需水量分别为845.44m3/s、1 041.30m3/s，占外洲断面多年平均径流的40%左右；年均较适宜生态需水量为626.60m3/s、561.16m3/s，占外洲断面多年平均径流的27%左右，为赣江下游适宜生态需水量的预留提供依据。     

面向水资源保护的九龙瀑布生态需水分析

生态需水是实施水资源保护的依据,依据全国水资源保护规划技术要求和瀑布保护需要,针对河道生态基流、河流水质污染自净需水、瀑布幕宽需水3方面,采用水文学法、水力学法及水质模型法等进行分析计算,推求九龙瀑布的生态需水,综合确定九龙瀑布生态需水量为年均3.51 m~3/s;结合断面实测流量结果,评价瀑布生态需水满足程度为中,为切实保护水资源、维持瀑布景观持续健康发展,对最枯月(4月)配置水量1.33 m~3/s,生态需水满足程度可达到良。通过对面向水资源保护的九龙瀑布生态需水分析,提出合理化建议,并为有关部门管理瀑布景观和保护水资源提供技术依据。     

海滦河流域河流系统生态环境需水量计算

从水资源开发利用中的生态环境问题出发,探讨河流系统生态环境需水量的内涵,指出生态环境需水量是指地表水体维持特定的生态环境功能所必须蓄存和消耗的最小水量。在这一概念的基础上,构建计算河流系统生态环境需水量的理论基础。以海滦河流域为例,分河流基本生态环境需水量、河流输沙排盐水量和湖泊洼地生态环境需水量三部分,概算了区域河流系统的生态环境需水量。计算结果表明,海滦河流域生态需水量为124×108m3,约占流域地表径流总量的54%。若海滦河流域水资源开发率超过40%时,就会对生态环境造成严重影响。     

大通河调水对水资源及生态环境的影响

基于生态需水、河流纳污能力、水环境容量等理论,分析研究大通河调水前后可能引起的河道生态环境各要素变化的程度和范围。结果表明,跨流域调水将引起不同河段水资源的剧烈变化,特别是天堂寺、享堂河段会产生断流,进而对河道内生态、水环境及河谷周边陆地生态产生显著影响。综合各方面需水要求,下泄月平均流量至少不小于1.1 m3/s。     

永定河官厅山峡河道内最小生态需水量的历时曲线法

随着永定河下游河道内径流的逐年减少,永定河生态需水研究逐渐成为一个迫切的问题。现针对永定河官厅山峡段河道内生态需水,采用流量历时曲线法分析其流量历时情况,计算得到永定河官厅水库(坝下)站和雁翅站的河道内最小生态需水量为1.06亿m3和1.98亿m3,分别占年径流量的11.3%和26.3%。同时采用Tennant法对计算结果进行比较验证,两种方法得到的结果比较相近。在此基础上,根据研究河段的历史流量历时情况对最小生态需水量进行年内分配计算,将最小生态需水量从年尺度降到月尺度,得到年内各月的最小生态需水量,为永定河流域的水资源优化配置研究提供参考。     

基于水文学方法的大洋河河道生态需水量计算研究

河道生态需水量的确定对于河流生态系统健康至关重要,为计算大洋河河道内生态需水量,基于大洋河岫岩和沙里寨两个水文站1970-2012年流量资料,分别运用最小生态径流法以及本文提出的保证率为90%(枯水期)、75%(平水期)、60%(丰水期)的适宜生态径流法计算了大洋河河道内生态需水量,并运用Tennant法对计算结果进行评价分析并结合实测流量资料对大洋河生态径流满足度进行了分析,研究结果表明:适宜生态径流量可以使得大洋河河道内的生态环境状况在丰水期和枯水期达到极好的状态,而最小生态径流量也能使大洋河生态环境状况得到改善和稳定,大洋河在丰水期生态径流破坏程度要高于枯水期,本文的研究成果对于大洋河河道生态保护和治理可提供参考价值。     

基于黄河鲤栖息地水文-生态响应关系的黄河下游生态流量研究

本研究采用野外生物监测、栖息地同步观测和实验室控制实验等技术手段,应用生物学、鱼类生态学、生态水力学、水文学等多学科理论,基于河流栖息地模拟法,研究了黄河下游指示物种黄河鲤生态学特性及其栖息生境与流速、水深、水温等水文水环境因子之间的关系,将径流条件与目标物种不同生长阶段生物学信息相结合,建立了代表物种繁殖期、越冬期栖息地适宜度指数,构建了黄河下游重点河段河流栖息地模型,建立了指示物种栖息地状况与河川径流条件定量响应关系,提出黄河下游花园口和利津断面繁殖期最小生态流量为300 m³/s和100 m³/s、适宜生态流量为600~700 m³/s和190~250 m³/s。该研究在水生生物习性及其与河川径流响应关系方面实现突破,解决了黄河生态需水研究中关键技术问题。     

黄河河口生态需水研究进展与展望

黄河河口生态需水包括河流生态需水、湿地生态需水和近海生态需水。系统梳理了近20年来黄河河口生态需水目标、需水类别和需水量计算结果;结合黄河河口演变特点,提出生态需水研究的重点和主要方向。河流生态需水以满足重要渔业物种生境为主,重点研究指示物种对天然径流量节律的响应特征,量化水文-生态响应关系,在某种程度上恢复自然水文情势的生态功能。湿地生态需水应深入研究植被、土壤、水体的水盐平衡和蒸散发规律,从植被和鸟类生态位的合理设计以及生物多样性维持出发构建生态系统结构,确定湿地合理规模。近海生态需水应研究入海冲淡水对渔业物种低盐产卵育幼场的塑造和维持机制,以及重要渔业物种习性、适宜营养盐水平与磷酸盐输送扩散机制。小浪底水库运用以来,利津断面径流量满足已有生态需水径流量各项研究成果要求的年份比例为37%～58%,春季经流过程经常缺乏流量脉冲。初步分析以湿地、河道鱼类和近海鱼类为主要目标的全年生态需水量为86亿m~3,径流过程需要阶段性场次洪水。建议对小浪底水库调度方案进行多年优化调整,兼顾春季流量脉冲的塑造,在更大程度上满足河口生态需求。     

基于RVA阈值区间集成的河道内生态需水计算与应用

在对河道生态需水特点进行分析和总结的基础上,提出了基于变化范围法和多种水文学法计算成果的河道内生态需水计算方法——下包线法,建立了考虑径流资料精度的评价体系。结合一致性审查、河道内生态需水计算和评价,构建了考虑径流非一致性的河道内生态需水计算框架,并应用于陕西省引汉济渭工程。结果表明:河道内生态需水过程具有波动性、季节性、时效性和区间性；在生态需水阈值区间内,下包线法同时满足维护河道生态和保证兴利效益的目的,可在较高生态需水标准基础上进一步压缩生态需水总量；下包线法和Tennant法中Tennant-好、Tennant-差所得生态需水过程分别为引汉济渭工程理想、适宜和最低生态需水过程。     

跨流域调水工程对渭河径流的影响

分析了渭河中下游主要控制站20世纪60年代以来的实测径流变化情况,研究了林家村、咸阳、华县断面规划要求下泄水量及非汛期低限环境流量的满足状况,以此为基础,根据调水工程规划建设年限及影响河段,分析了引红济石、引乾济石、引汉济渭调水工程实施对渭河径流及河道生态环境用水的影响。结果表明:这些调水工程实施后,渭河咸阳、临潼、华县断面非汛期分别增加流量10.9、22.9、26.0 m3/s,可保证渭河干流不断流,但咸阳断面非汛期不满足低限环境流量的情况仍有可能发生;渭河中下游河段生态亏缺水量减少3.34亿m3,较工程实施前减少30.9%,渭河河道生态水量不足的局面将得到有效改善。     

云南蜻蛉河大型灌区水库联合优化调度

针对蜻蛉河大型灌区在干旱条件下的水资源供需矛盾突出的问题,选取径流资料、灌区用水资料和水库资料建立了灌区水库优化调度模型。结果表明:在保证率为75%的情况下引水总量为668.25万m3;其中胡家山水库引水最多,大康郎水库引水最少。     

引水改善平原感潮河网水质效果评估

以张家港市三大水循环体系为例,构建一维河网水动力水质数学模型,揭示了不同长江潮位与内河引水量的响应关系,不同引水量与河网水质改善效果、引水服务面积的响应关系。结果表明:随着长江高潮位的升高,内河引水量呈现线性增长趋势;当中部水系引水量达到1.4×10~7m~3时,氨氮浓度改善率达到50%以上,浓度变化指数达到0.6以上,且整体提升了1个水质类别;引水服务面积随着引水量的增大呈现线性增长趋势,而单位引水量服务面积呈现对数函数下降趋势,其中东北部水系单位引水量服务面积最大,为0.352～0.891 km~2/万m~3。     

黄河河口区生态需水量及流量过程核算

以保障黄河河口区三角洲湿地生态需水、河口及近海鱼类需水及河道泥沙输送为目标,针对不同需水目标的特点,基于生境模拟模型、函数型线性回归模型等方法,分别计算入海径流过程对三角洲湿地及河口区生物群落生境及生物量的影响,以及来沙系数对河道输沙的影响,遵循消耗性需水的加和性原则与非消耗性需水的最大性原则,提出满足三角洲湿地生态需...     

The calculation of riverine ecological instream flows and runoff profit‐loss analysis in a coal mining area of northern China

The northern Shaanxi province of China has severe water shortages, especially in coal mining areas, and it is very important to calculate the riverine ecological instream flows (EIFs) and analyse the runoff profit‐loss situation. Using the Kuye River as a case study, the EIF was calculated for different years and seasons using the instream flows rate (IFR) method and compared with the Tennant and the minimum monthly average flow (MAF) methods. The recommended value of the Kuye River EIF was obtained by an analysis of the results of these three methods. The river runoff profit‐loss situation associated with the EIF was also calculated and the main reason for the loss explained. The Kuye River EIF was calculated to be 1.69 to 11.14 m³/s by the IFR method, 1.94 to 8.50 m³/s by the Tennant method, and 3.81 to 10.87 m³/s by the MAF method. Based on these results, the EIF annual recommended value of the Kuye River was 4.00 m³/s for the 1961–2010 period. The wet season (July–October), average season (March–June), and dry season (November–following Feb) EIFs were 6.50, 3.50, and 2.00 m³/s, respectively. The Kuye River had a large surplus runoff within the EIF prior to1999, but from 1999 to 2010, the runoff and EIF were very close and the April to June average runoff did not meet the EIF. The main factors that affected the river runoff were rainfall, temperature, water and soil conservation, coal mining, and water consumption for industry and domestic use, with coal mining becoming a more important factor since 1999. This case study provides important technical support and guidance for the ecological restoration of the Kuye River basin, and the concept can be applied to other similar coal mining areas.     

黄河水利枢纽对生态环境的影响

黄河水利枢纽工程在调节水量丰枯，改善干旱与半干旱地区生态状况以及调节生态用水等方面作用巨大。但工程也改变了河流自身的形态，降低了河流形态多样性。客观地评价黄河水利工程建设对流域经济、社会、环境发展的得失，提醒人们对水利工程的工程理念进行反思。水利枢纽工程在满足社会需求的同时，兼顾生态系统的健康和可持续性，促进人与自然的和谐共存。