永定河官厅山峡生态需水量计算及配置方案研究

国内外研究河流生态需水量应用最广的是水文学法和水力学法。水文学方法利用长系列的实测流量数据来计算河流流量推荐值。水力学方法是把河流流量变化与河流水力参数建立关系的一种算法。本研究通过多种方法计算永定河官厅山峡生态需水量,通过比较推荐最小生态需水量为9 260万m~3/a,4.25亿m~3/a是较为理想的水量配置,而2.85亿m~3/a可以被认为是在当前缺水条件下较为经济的生态需水量配置要求;立足本地节水,积极协调跨流域调水是近期解决永定河生态需水的必要途径。     

综合考虑防洪安全的天津滨海新区(核心区)多水源调查及生态利用研究

生态系统维持良好的稳定状态时需要保证有一定的水量,即生态需水量。利用非常规的水资源,如海水、雨水、再生水和过境可蓄存水,对生态需水量进行补给,既能维持生态流域生态环境健康发展,同时也实现了水资源优化配置。然而,在利用非常规水源补给时,必须考虑当地的防洪安全。因此,以天津滨海新区核心区为例,对该区的非常规水资源进行了调查,并对非常规的多水源用于生态需水量在水量及水质的可行性上进行分析,同时考虑到该区的防洪安全,得出了该区域多水源生态综合利用的方案。旨在为区域多水源生态综合利用方案的建立提供参考依据。     

疏勒河流域生态需水量研究

采用Tennant法、近10 a最枯月实测径流量法、90%保证率法、月年保证率法分别计算了疏勒河流域的生态基流;对敏感生态需水(包括河流湿地生态需水、湖泊生态需水、重要水生生物生态需水),采用流域典型区进行计算。疏勒河流域生态需水即为其生态基流与敏感生态需水之和。在对上述方法进行比较、分析的基础上,得出的90%的保证率法即为疏勒河流域生态基流比较合适的计算方法。计算结果表明:该河流域生态基流的所需水量为河流90%保证率下的最枯月平均流量的23%,河流的湿地生态需水量为6.40亿m~3,湖泊生态需水量为0.14亿m~3,重要水生生物的生态需水量为0.23亿m~3。在此基础上,通过计算得出疏勒河流域的生态需水量为6.77亿m~3。据此确定了疏勒河流域水生态红线和生态特征流量值,可为最严格水资源管理及水生态红线管理提供参考依据。     

基于生态补水的缺水河流生态修复研究

为研究河流生态修复所需的补水量和补水关键期,以永定河官厅山峡段为例,采用环境需水量和生态需水量两种方法,计算不同阶段河流生态修复所需的生态水量。结果表明:水文变异后,永定河生态严重退化,实施生态补水迫在眉睫;现状1. 7×10~8m~3补水水量具有一定的积极作用,但不能满足河流正常需水;未来3个典型年(75%、90%和95%)最低的生态补水量为4. 88×10~8、6. 11×10~8和6. 37×10~8m~3,同时推荐3-6月份为生态补水关键期。通过对生态补水量和补水时机的研究,为永定河生态修复提供一定的理论依据。     

长江上游地区生态需水量变化研究

生态需水是生态用水控制和区域生态环境恢复的基本依据和关键。为了确保流域生态系统健康发展,实现水资源合理配置,基于GIS技术与水文气象实测数据等,采用Tennant法计算研究区河流生态需水和Penman-Monteith法计算植被生态需水。结果表明:长江上游地区河流生态需水量为1 022亿m~3,植被生态需水量为4 668.43亿m~3。研究区1981—2007年年均生态需水量呈下降趋势;水资源二级区中,金沙江石鼓以下生态需水总量最大,为1 349.90亿m~3,乌江生态需水总量最小,为562.73亿m~3。各植被类型需水量由大到小依次为水田(1 564.62亿m~3)、林地(1 460.30亿m~3)、灌丛(1 231.91亿m~3)、草地(397.22亿m~3)、旱地(14.64亿m~3)。研究区植被生态需水主要集中在5—8月,占植被整个生长季全部需水的63.78%,河流生态需水主要集中在6—10月,占河流全年总需水量的74.50%。研究结果可为内陆河区域的生态需水量的合理配置提供科学依据,为流域生态环境保护提供理论支撑。     

灌河流域生态需水确定及保障措施分析

为了解决灌河生态水量缺乏、水体污染等生态环境问题,根据不同河段生态功能定位,采用Tennant法、MIKE21二维水质模型和水量平衡法计算灌河最小生态水量、水质需水、景观需水等,采用MIKE21水动力模型动态模拟计算四大家鱼、鳝鱼等的敏感生态需水。经综合分析确定灌河年生态需水量为15 142.5万m~3,月平均生态需水流量为0.9～11.7 m~3/s,进而提出了强化农业节水、推进非常规水源利用、加强河流生态调度等生态水量保障措施。     

基于补水配置情景的河流水质及环境容量研究——以汾河干流为例

汾河流域是山西省的政治文化中心和重要农业产区,也是全国的主要能源基地分布区域,该流域目前面临严重的水生态问题,而生态补水是改善水生态质量的一项重要举措。为定量评价生态补水对流域水质与水环境容量的影响,本文构建了汾河水质水量联合模拟平台,以污染源负荷和生态补水配置情景为基础,考虑2种不同补水方案,评价了汾河干流30个主要断面的水质状况与水环境容量。结果表明,现状水资源条件下汾河COD和氨氮容量分别为2.67万和0.14万t/a;生态补水方案可有效改善水质,低生态补水方案补水2.5亿m3,由于考虑了生态需水,对水环境容量影响不大;高补水方案补水3.9亿m3,可相应提高汾河干流COD8%和氨氮12%的水环境容量。     

深圳河湾水系生态需水的污水资源化

以深圳河湾水系为例,探讨以污水资源化再生水满足城市水系生态需水的方法。该方法统一考虑河流的水量水质需求,计算不同截污率和补水水质条件下河流的生态需水量;根据生态用水的供需平衡情况,确定污水资源化规模与水质要求。在此基础上,设计污水资源化的处理工艺以及再生水厂等的分布;并通过数学模型预测补水方案对水环境改善的效果。本研究为面向城市水系生态补水的污水资源化工程规划提供了科学的方法。     

城市雨源型河流生态补水治理案例研究

水量不足、生态脆弱、污染严重致使城市雨源型河流成为水环境治理的难点。研究选取哈尔滨市何家沟作为雨源型河流典型代表,针对其缺水及黑臭问题进行现状分析和治理方案研究。基于河段的特征差异,预测不同河段生态环境需水量。通过河流汇水区域、污水处理厂分布与再生水量分析补水水源潜力,提出以再生水和雨水为主要水源,松花江水为补充的综合补水方案及配套的水质水量保障方案,确保在保障河流生态水量的基础上有效提升水质。     

城市河道内生态需水分析及多水源生态补水——以深圳市为例

河道内生态需水是水资源开发利用和维持生态系统平衡需要考虑的基本问题。为改善城市河湖水环境、恢复水生态系统,以深圳市布吉河流域龙岗段河道作为研究区,进行河道内生态需水量分析及补水方案设计。基于河道内生态环境需水量的组成,分别采用水文学和水力学法确定生态需水量。水文学和水力学法计算结果表明河道最小、适宜和较佳生态需水量分别为1. 77、5. 31和11. 41万m3/d,并提出将再生水和水库水作为水源的综合补水方案,水力学法计算结果需水量较大,可作为远期生态补水推荐值。研究成果为合理确定城市河道内生态需水量,有效提升水质,提高水资源利用率、维护河道生态系统健康稳定提供科学依据和技术支持。     

青海省生态需水量研究

采用Tennant法和90%保证率最枯月平均流量法计算了青海省各河流的生态基流,并计算了重要敏感区的生态需水量。结果表明:青海省除西北诸河流域中巴音河和格尔木河的生态基流占多年平均流量比例较高,其他分区各河流的生态基流占比均在10%～30%之间;青海省河流的河谷林草生态需水量为30.32亿m~3,青海湖、克鲁克湖和托素湖生态需水量为25.43亿m~3,重要水生生物生态需水量为21.23亿m~3,生态需水总量为76.98亿m~3。本研究可为青海省合理调配水资源、进行水生态保护与修复提供科学依据。     

新疆平原区天然绿洲生态需水研究

为研究新疆山区以下流域平原河谷林草及河流尾闾湿地湖泊天然绿洲生态需水量,选择白杨河流域上游达坂城区和下游托克逊区代表性河谷林草及河流尾闾湿地生境区,采用气象土壤和植被生理三维技术同步监测,运用植被耗水及地统模型进行研究。结果表明,河谷林草耗水强度北疆为245～325mm/a,东疆为400～500mm/a,南疆为370～455mm/a;依靠河流补给生态需水量197亿m³;生态需水河道年径流量占比23%～26%,生态基流调控宜遵循河谷林草生长过程及河流“浅漫湿-枯平丰”规律。研究结果可为新疆经济社会生态补水管理提供依据。     

永定河全线通水需水量及保障方案研究

基于永定河长期断流对于生态水量的迫切需求,通过对永定河2019年春季生态补水河道水位、流量、入渗数据监测,计算满足河道全线不断流需水量。综合考虑万家寨引黄、本地径流、南水北调中线及本地再生水等水源补给条件,提出生态用水配置方案以及保障措施与建议。     

黄河流域需水分层预测

为了提高需水预测精度,并为流域水资源分层配置提供基础,基于马斯洛需求层次理论提出了包括刚性、刚弹性和弹性需水的黄河流域需水分层预测方法。按照不同行业的用水特点进行层次划分,将农业需水按照口粮安全、消费需求进行划分,工业需水分为一般行业需水和高耗水行业需水,将流域外生态补水作为河道外生态刚弹性需水,河道内生态需水根据泥沙冲淤比划分。黄河流域需水分层预测结果表明,2030年黄河流域河道外需水量为534.62亿m~3,其中刚性、刚弹性和弹性需水占比分别为59.81%、33.62%和6.57%,比2017年增加139.01亿m~3,而人均用水量减少25 m~3,流域用水水平得到提高;农业节水量被用于工业等效益更高的行业,预测结果符合黄河流域1980—2017年用水规律和新时期"生态优先,水资源节约集约利用"的用水要求。     

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。     

城市高度建成区河道生态补水治理方案研究

为探究城市高度建成区河道水质改善方法,以深圳市宝安区铁排河为研究对象,基于各河段的特征差异,计算不同河段的生态环境需水量、水库最小下泄生态流量及再生水和雨水的潜力资源,在保障水量及水质的前提下,提出相应的生态补水措施。研究表明:在以铁岗水库最小下泄水量为基础的前提下,铁排河各河段的降雨不能满足生态环境需水量,只能作为间歇补水,固戍污水处理厂的再生水可作为常态性水源;城市高度建成区的河段雨水补水宜采用人工调蓄及物化处理,在可利用空间较大的河段可采用生态调蓄净化雨水,以此削减入河污染浓度。生态砾石床、生态浮岛及水下森林的构建均能改善水环境生态系统,保障生态功能的稳定。     

串联型水体生态需水补水方案研究

在水资源长期短缺的北方地区,拦河蓄水形成的串联型河流坝式景观水体几乎在每个城市都可以看到。为计算维持这种以水景观为主的人工河流生态系统基本健康的最小需水量,以滹沱河水环境修复段为例,构造描述"串联型坝式景观水体"水质、水量变化的综合数学模型,提出了水质、水量相结合的河流坝式景观水体生态需水补水方案。结果显示:75%频率降水情况下,滹沱河水环境修复段现状水平年最小需水量为3 450万m3,并给出了明确的补水时机和补水量,为北方串联型河流坝式景观水体的生态保护提供了支撑。     

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。     

基于调配管理的北京市多水源水量联合调度研究

针对北京市复杂供水系统多水源联合调配与管理,依据最严格水资源管理制度,在规划用水总量控制红线和用水效率控制红线管控下,充分考虑水行政主管部门调配管理目标与约束,绘制了基于水源-工程-单位(水管系统)-用户的多维嵌套北京市供水网络拓扑结构,建立了北京市多水源联合调度模拟模型,实现了用水管控、水源配置、水量调度统筹的多水源联合调度。计算结果表明:2019年全市用水管控39.6亿m~3,考虑输水损失和干流补水后,由本地新水供水20.3亿m~3,利用再生水11.5亿m~3,调用南水北调水9.7亿m~3;在现状工程条件下,为满足城市生活与工业用水和城区重点区域河湖基本生态需求,可充分调配南水北调水约9～10亿m~3;通过加大调水可进一步恢复本地水源储备和改善河湖生态环境。研究成果可为水行政主管部门开展日常水量调配工作提供技术支撑。     

再生水补给条件下河流水质及河岸渗滤水质演变试验

由于人类活动影响加剧,永定河呈现水量锐减以及水环境持续恶化的趋势,生态环境遭到严重破坏。在此背景下,永定河生态重建工程亟待开展,生态补水方式急需确定。为探究多水源生态补水方式对河流水质及河岸渗滤水质演变的影响,开展模拟试验,探究流速、温度和土壤渗滤对再生水补水水质的影响。研究结果表明:流速增加有利于污染物降解;与高温相比,低温条件下的污染物降解能力明显优于高温,表明低温在一定程度上有利于再生水补水水质的改善;河岸渗滤水某些水质指标有一定程度的好转,但由于河底沉积物的聚集吸附作用使得通过土壤的水体轻微富营养化。最终结果表明,流速对于再生水补水水质指标影响最大。