资水河道内生态需水量研究

河道取水、水库蓄水、跨流域调水等水资源开发方式改变着河流自然水文情势,保留适宜的河道内生态需水能够维持河流所需的自净扩散能力,维系河势稳定,保护和维持河湖生态系统结构和功能的完整性。本文采用Qp法、田纳特法(Tennant Method)、逐月频率计算法、逐月最小生态径流计算方法、最小月平均实测径流法5种方法对资水河道内生态需水量进行计算分析和比较。结果表明逐月频率计算法结果较为合理,设定资水逐月河道内生态需水量,确定年生态需水量应为112.1×10~8m~3。为政府部门提供了更具操作性的分时段水量控制参考标准。     

基于概率加权FDC法的河流生态需水量计算

基于河流流量过程的年内和年际变化特性,提出了一种计算河道内生态需水量的概率加权FDC(流量历时曲线)方法。该方法基于年均流量系列和逐月月均流量系列的特定频率,将年均流量系列和逐月月均流量系列划分为丰、平、枯组,通过建立年月丰枯遭遇的Copula联合分布函数,求得不同典型年下各月丰平枯的条件概率,将其作为概率权重,得到不同典型年生态需水过程的计算公式,改进了FDC法,计算出了丰、平、枯典型年的年内生态需水过程。以屏山站为例,将计算结果与Tennant法、逐月最小生态径流法、年内展布法和改进FDC法进行了对比分析。计算结果表明:由此方法得到的生态流量在Tennant法评价体系中,能很好的满足河道的生态需水要求,且较好地体现了河流径流的年内及年际变化过程,符合实际情况。     

基于变动范围法(RVA)的信江水文改变及生态流量研究

选择信江下游梅港站1950~2010年日径流量,根据流域大型水库界牌枢纽运行时间将梅港站径流序列分为建库前(1953~2001)和建库后(2002~2010)两个时段。采用变动范围法(Range of Variability Approach,简称:RVA)分析水库运行对下游梅港站流域生态水文指标改变度,并分析了信江下游生态流量。研究表明:33个水文指标有22个发生中高度改变,11个指标发生低度改变,其水文综合改变度为0.51,属于中度改变;梅港站生态流量值均在RVA阈值内,基本能够保持河流稳定流量,但2月、7~9月及12月河道生态流量大于RVA下限。可适量增大水库下泄水量,降低对下游河段生态系统的威胁。     

陕西镇安云镇水库工程生态基流量确定方法浅析

生态基流量是维持河床基本形态,保障河道输水能力,防止河道断流、保持水体一定的自净能力的最小流量,是维持河流的最基本环境功能不受破坏,必须在河道中常年流动的最小水量临界值。在水利水电工程规划设计及工程管理运行中应充分考虑最基本的河道内生态基流量,以维持河流的健康生命,防止因工程的建设而河流生态环境的恶化。陕西镇安云镇水库工程生态基流量,在传统基本计算方法的基础上,结合对水库工程规模的影响程度分析综合确定。经分析,生态基流量占天然径流量百分比的10%,即满足工程下游河道生态需水要求,又不使工程规模过大,对"小库高坝"云镇水库工程取低限是合适的。     

变化环境对NamLik1-2水库下游生态水文情势的影响研究

为探究重要国际河流湄公河支流NamLik河在NamLik1-2水库建设后下游的生态水文情势变化,基于水库下游Hinheup水文站1980—2018年日平均流量数据、流域ERA5再分析气象数据以及NamLik流域地理信息数据,采用IHA＿RVA法定量分析水库运行后河流水文情势改变;基于SWAT模型分析了气候变化和水库调度对水库下游径流年内分配变化的贡献率。结果表明：（1）NamLik1-2水库建库后下游水文情势发生较大改变,整体水文改变度达79%,属于高度改变;下游河道流量年内分配变化显著,月均流量指标的水文改变度达到70.4%。（2）基于SWAT模型对无水库情景的天然径流还原结果,计算得到水库对径流汛期减少和枯季增加的贡献率分别为142%和71%,而气候变化的相应贡献率分别为-42%和29%,水库运行是引起下游径流年内分配变化的主要原因。     

基于优化-模拟技术的生态库容

为发挥水库在水资源开发利用与河流生态环境问题之间的协调作用,以丹江口水库为例,探讨了综合利用水库生态库容划分方法.以丹江口水库下游襄阳和仙桃为控制断面,采用Tennant法计算下游河道生态流量的参考值.在考虑丹江口水库的防洪、生态、供水、调水、发电、航运等综合任务和汉江中下游水量联系的基础上,建立了综合利用水库的生态库容优化模型,拟定了4组调度规则,应用自适应遗传算法和模拟调度方法进行求解.计算结果表明:设置生态库容后的调度图能较好地满足控制断面对生态流量的需求,获得较佳综合利用效益.     

基于改进RVA法的云龙水库流域生态调度研究

作为昆明市饮用水源地之一,云龙水库为满足昆明市的用水需求截蓄了大量径流来水,导致下游河道的生态用水难以得到满足,水文情势发生严重改变。探究在保障水库原有任务实现的情况下,如何通过水库调度降低其对下游河道原有水文情势的影响,减弱对生态环境的破坏。首先对RVA法进行改进,建立了基于改进RVA法的多目标生态调度模型;再使用NSGA-Ⅱ算法对模型求解,得到保障经济效益、社会用水需求和水文情势改变度最低的一组方案集,并使用Tennant法对推荐方案进行生态流量优度评价。结果表明,通过生态调度,各水库下泄流量基本满足生态基本用水需求,验证了模型的合理性。最后,针对水库现状提出了改善云龙水库供水与提高生态用水补偿能力的建议。     

基于优化-模拟技术的生态库容

为发挥水库在水资源开发利用与河流生态环境问题之间的协调作用,以丹江口水库为例,探讨了综合利用水库生态库容划分方法。以丹江口水库下游襄阳和仙桃为控制断面,采用Tennant法计算下游河道生态流量的参考值。在考虑丹江口水库的防洪、生态、供水、调水、发电、航运等综合任务和汉江中下游水量联系的基础上,建立了综合利用水库的生态库容优化模型,拟定了4组调度规则,应用自适应遗传算法和模拟调度方法进行求解。计算结果表明:设置生态库容后的调度图能较好地满足控制断面对生态流量的需求,获得较佳综合利用效益。     

碧流河水库对下游径流情势的影响分析

通过对碧流河水库1984～2005年入库流量资料和水库下泄至河道流量资料的分析,采用变化范围法(Rang of Variability Approach,RvA)研究了碧流河水库的修建运行对天然河川径流的水文改变度,并分析其影响.结果表明水库的修建运行极大改变了河流的天然水文情势,造成了碧流河生态环境的破坏,有必要调节水库运行方式,改善下游水文条件,补偿河流生态.     

滦河下游河道生态需水量

为量化水库下游河道生态修复所需水量,以滦河下游潘家口水库—滦河口为研究样区,采用逐月频率法和生态水力学法估算河道生态需水量,既具有水文学方法的简便,又考虑生物学特性,强调了水文-生态的联系。通过对研究区河道1956~2000年生态、水文及水力资料的分析计算,结果表明:①逐月频率法和生态水力学法在计算滦河下游河道生态需水中均合理;②最小、适宜、理想等级年生态需水量分别为4.29亿,8.93亿和16.29亿m3,分别占河道天然径流量的10.18%、21.21%和38.68%;③年内汛期8月份及生物繁殖期(4~6月)需水量分别达到年度总量的33.5%和11.5%。     

梯级水库设计洪水最可能地区组成法计算通式

利用Copula函数建立各分区洪水的联合分布,基于联合概率密度最大原则,推导得到最可能地区组成法的计算通式,并用来推求梯级水库下游断面的设计洪水。选择清江流域水布垭-隔河岩-高坝洲梯级水库为例,开展了验证和方法比较研究。结果表明:最可能地区组成法计算得到的设计洪水值位于同频率地区组成法多方案计算结果的区间之内;受清江梯级水库调洪的影响,宜都断面设计洪水的削峰率十分显著,最可能地区组成法推求100年一遇设计洪水的削峰率达到30.2%。该法具有较强的统计基础,组成方案唯一,结果合理可行,为复杂梯级水库设计洪水的计算提供了一种新途径。     

考虑不同水文年及IHA指标相关性的水文特征评估方法

变动范围法(RVA)是国内外评价河流水文特征变化的重要方法,但其存在忽略水文年变化特征及中低度改变指标的缺陷。针对此问题,采用CRITIC法结合欧氏距离对传统RVA进行改进,并将改进方法用于黄河源区(唐乃亥水文站),分析黄河源区径流量的水文指标变化趋势和整体水文变异程度。研究结果表明:唐乃亥水文站在1990年时水文情势发生突变,突变后流量呈减少趋势;受干扰后的唐乃亥水文站2/3月份平均流量、年最小7/30/90d流量、年最大90d流量、高流量平均延时、流量平均减少率/增加率共9个指标为中度改变,其余指标为低度改变;黄河源区水文特征年改变度为41.36%,水文指标整体改变度为27.33%,水文情势整体改变度为57.39%,属于中度改变。     

贵州境内乌江水电梯级开发联合生态调度

为保护乌江干流水生生态系统,实现水能资源开发和生态环境双赢,进行乌江水电梯级开发联合生态调度。分析计算了乌江主要生态控制断面洪家渡、乌江渡和思林的最小、适宜及理想生态流量过程;构建了乌江干流梯级水电站多目标联合优化调度模型,采用智能优化算法对其进行求解。计算得到乌江干流9座水库多年平均发电量和典型年年发电量、3个主要控制断面的生态用水保证率及其典型年水库调度过程。结果表明,通过乌江干流梯级水电站联合优化调度,在保证水电站防洪安全和发电效益正常发挥的同时,可提高乌江干流生态流量保证率;对于偏枯年和枯水年,即使通过梯级水电站优化调度,其理想生态流量用水需求也难以满足。     

基于节水优先和工程布局调整的塔里木河流域节水潜力

为挖掘寒旱区内陆河流域的节水潜力,论证山区水库替代平原水库的可行性,以塔里木河三源流阿克苏河、叶尔羌河、和田河及其干流(简称“三源一干”)为研究对象,在“节水优先”治水方针的指导下,考虑源流区山区水库群、干流区平原水库群以及各行业用水需求,建立并求解了现状水平年和远景水平年的水库群联合调配的模拟与优化模型。结果表明：水库群调度节水的关键在于降低河道内及平原水库库区中无效的蒸发渗漏损失;2035年远景水平年,通过山区水库群联合优化调配的最大节水潜力为2.46亿m³;制定了源流山区水库替代干流平原水库的布局方案,即结然力克、大寨、其满、帕满、喀尔曲尕和塔里木等6座平原水库的兴利库容分别可削减17%、17%、17%、33%、100%、100%,该方案在保障塔里木河干流供水任务情况下可增加0.21亿m³的节水潜力。研究成果为实现流域水资源科学调控、保障区域水安全和生态安全提供了理论与技术支撑。     

雅砻江下游梯级水库生态友好型优化调度

根据雅砻江下游梯级水库水电站的布置和河道生态环境要求,分别设置了两个流量控制断面:锦屏二级电站引水闸址下减水河段、二滩电站坝址下游河段.针对这两个控制断面河道流量的要求,提出了25组生态流量控泄方案,建立了以梯级水电站群发电量最大为目标的长期优化调度模型,并采用动态规划法进行求解,获得各个方案下梯级水电站群多年平均发电量及水库调度出流过程.比较分析了减水河段生态流量及二滩水库泄流控制方案对发电量的影响,定义并计算了生态需水电能损失指标.对梯级水库调度出流过程进行了初步评价.结果表明:二滩水库出流维持天然径流模式,将限制水库调节能力和减少梯级电站发电效益.     

Calculation of Environment Flow and Analysis of Spatial Environment flow Satisfaction Rate: A Case Study of Ji'nan City

With the socio-economic development, water demand has increased, resulting in river environment flow often not being met. As an important indicator of river ecosystem, environment flow plays a key role in maintaining the sustainability of the ecosystem. This study fully considered the biological needs of river ecosystems, used food web models (Ecopath) to identify key species of fish, determined the ecological flow velocity, combined the river sections, and used the Adapted Ecological Hydraulic Radius Method (AEHRA) to calculate the environment flow. Based on the calculation results of the environment flow, the River2D model was used to simulate the river flow, and the environment flow satisfaction rate of the river was calculated. The calculation results show that the environment flow of each river in the flood season can be satisfied, and the environment flow of most rivers in the non-flood season cannot be satisfied, and the satisfaction rate is extremely low, which causes the ecosystem health to be destroyed. Therefore, ecological regulation of rivers during non-flood seasons should be strengthened to meet river environment flow. The new method for calculating the environment flow of the river provided in this paper can provide a method for aquatic ecological restoration, and the research results can provide important scientific basis for the aquatic ecological restoration and management of rivers in Jinan.     

基于预报及库容补偿的水库汛限水位动态控制研究

结合清江流域梯级水电站工程特性及防洪任务,以不降低梯级防洪标准为原则,建立基于预报及上游水布垭水库库容补偿的汛限水位动态控制模型,推求隔河岩水库汛期汛限水位动态控制方案。计算表明,该模型在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高其发电量。其中,多年平均弃水量减少4．1444亿m~3,发电量增加1．2172亿kW·h。