南水北调西线调水区生态调控阈值研究

本文以调水区生态需水为研究对象，以可操作性为原则，从水循环角度，提炼调水区生态保护具体目标，构建了河道生态建设中“水-生境”平衡系统及调控系统，提出以目标生态需水阈值来确定生态水文调控方案。并用该方案对调水区各坝址进行了生态水文调控，调控后各控制断面10～3月的生态基流基本在年均流量的10%以上；在繁殖期4～9月各控制断面的生态基流基本在年均流量的30%以上，整体处于偏好的标准，表明该调控方案具有实际的应用价值。     

湖南重要河湖生态基流及敏感生态需水现状评价

为协调生产、生活、生态之间的用水关系,在湖南省洞庭湖水系主要河流(湖泊)选取生态基流(水位)和敏感生态需水断面,对其生态需水满足状况进行评价。根据实测及现场收集资料,在充分考虑湖南省主要河段重要控制断面及湖南省各主要流域、区域气候和水文特点的基础上,拟定了湖南省36个重要河湖生态基流、生态水位控制断面,8个重要河湖敏感生态需水控制断面来计算生态基流及敏感生态需水。计算结果表明:36个控制断面生态基流总体基本可以满足;8个典型河段敏感生态需水方面,柘溪水库、沅江常德段生态需水满足程度为优,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、湘江衡阳段、湘江湘潭段生态需水满足较好,生态需水为良好,但索溪水库的生态需水满足程度评价结果为劣。     

中国河流分区分类生态基流占比阈值确定

为解决河流生态基流保障目标制定缺乏参考标准这一问题,提出一种分区分类的河流生态基流占比（即生态基流占多年平均天然径流的百分比）阈值确定方法。同时,选择我国10个水资源一级区439个水文监测断面,通过对断面1956—2018年天然与实测流量资料的分析,综合考虑断面径流大小、年内变化是否剧烈、是否受控制性水利工程调控等,提出我国河流分区分类的生态基流占比阈值,包括上限值、下限值和推荐值。结果表明：无控制性水利工程调控时,断面生态基流占比随其集水面积增加呈上升趋势,而全国小、中、大型断面生态基流占比的分区平均推荐值在枯水期分别为4.4%、6.6%和9.2%,非枯水期分别为9.4%、11.6%和16.2%;在有控制性水利工程调控时,断面在枯水期的平均推荐值为12%,而在非枯水期为17%。成果较好反映了全国河流生态基流的时空差异,可为生态基流保障目标的分区域、分类型、分时段制定提供支撑。     

全国不同区域河流生态基流达标现状与不达标原因EI北大核心CSCD

为系统认识我国不同区域河流生态基流达标现状,针对全国各大流域90个已确定生态基流目标的主要河流控制断面,基于2009—2018年实测流量资料,综合月均流量、日均流量2种不同达标评估方法,对断面生态基流达标现状进行了评估,并初步剖析了不同区域不达标原因,提出了调控保障建议。结果表明:按照月均流量达标评价,全国主要河流断面生态基流达标率为73.3%;采用日均流量达标评价方法,全国主要河流断面生态基流达标率显著下降,仅为26.7%。东北、西南地区生态基流达标率好于其他区域,黄淮海地区的淮河水系、沂沭泗水系及东南沿海地区的西江水系为本次评价中生态基流达标率最差的3个水系。全国层面,取用水总量高、取用水季节性冲突、水利工程不合理调度等人为因素是生态基流不达标的主要原因,占比62.3%。     

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%。     

淮河干流阜阳段生态基流估算研究

为了有效保障淮河干流阜阳段生态系统需水要求,根据淮河阜阳段鲁台子站1973—2017年实测流量资料,采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法及90%保证率法,对淮河中游阜阳段生态基流进行了分析计算。综合对比分析各种生态基流计算结果认为,淮河阜阳段生态基流为67.17～201.52 m~3/s;除特枯年外,其生态基流保障程度基本能达到90%,结果比较符合实际。生态基流上限值占多年平均流量的32%,为了使河流健康状况达到更好水平,还需采取生态调度、跨流域调水等措施,实施引江济淮工程等,逐步提高生态基流值,从而保障生态环境安全。     

考虑河流生态需水约束的调水规模研究

为减少以调水和蓄水工程为主体的区域水网建设对生态环境的影响，以大通河为研究对象，筛选 9 种水文 学方法计算青石嘴、天堂、享堂 3 个关键控制断面 12 种不同的生态流量过程，基于过去 60 年径流时空分布以及 水-能源-生态（water-energy-ecosystem，WEE）纽带模型，开展生态调度计算分析。结果显示：大通河干流河道内生 态流量过程沿程增加，青石嘴、天堂、享堂 3 个断面年生态需水总量分别为 1.62 亿~14.54 亿 m3、2.46 亿~22.04 亿m3和 2.88 亿~25.46 亿 m3，且均以 Q90_Q50方法为最大，Tennant（10%）方法为最小；在不同生态需水约束下，引大济 湟工程调水规模介于 2.25 亿~8.81 亿 m3，占流域多年平均径流量的 7.8%~30.5%；生态需水保障率整体表现为非汛 期高于汛期，上游高于下游。兼顾生态环境保护与经济社会发展双重目标，为合理确定调水规模提供技术支撑。     

干旱与极端干旱白杨河流域生态需水分析

本文根据流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程设施节点,采用Penman-Monteith生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布综合方法,分析评估白杨河流域现状敏感区生态环境需水量和河流生态基流及其调控断面。分析结果可为流域生态环境保护提供参考依据。     

汾河清水复流生态调水量研究

基于河道单元水量平衡原理,通过对汾河河道来水、供水的分析,计算不同规划水平年方案下汾河主要控制断面流量过程,确定了汾河复流的合理生态用水量。结果显示：现状年汾河河道生态基流除汾河二库以上河道之外,以下河道均不能得到完全满足。为此,河道生态环境状况比较严峻;河流生态方面考虑满足河道基流生态需水及河滨带生态中水平用水,在万家寨引黄3.2亿m3、沁河引水7 304万m3的情景下,基本可满足汾河生态保护与恢复的要求。     

渭河生态基流时空分异特征及保障率分析

以渭河为研究对象,依据渭河干流北道、林家村、魏家堡、咸阳、临潼、华县6个主要断面1971-2014年的水文实测资料,基于河流典型生态环境特征划分河流生态类型,并对其生态基流量进行优化计算,在此基础上揭示渭河生态基流时空分异特征及生态基流保障率。结果表明:选取北道、林家村、魏家堡、咸阳、临潼、华县断面枯水期的最小值作为相应断面的生态基流量推荐值,分别为5. 68、2. 51、11. 39、25. 33、77. 26和61. 86 m3/s;从时间变化看,各断面生态基流年内最大值均集中在汛期(7-9月),最小值集中在枯水期(12-次年3月)。除汛期外,各断面的生态基流月均值变化轨迹整体一致,各断面生态基流除8月与1、2、3、4、6、10、11、12月差异不显著(P>0. 05)外,其余各月两两之间差异均显著(P <0. 05);从空间分布来看,林家村断面1月生态基流量最小,华县断面8月生态基流量最大,体现出渭河上游生态基流量不足而下游河道泥沙淤积的生态环境特征;生态基流量总体上呈上游低下游高的特征,除魏家堡和华县断面月均生态基流量差异不显著(P> 0. 05)外,其余各断面之间差异均显著(P <0. 05)。     

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。     

黑河中游张掖城区段水生态治理方案研究

黑河为西北地区第二大内陆河,属"祁连山-河西走廊"水生态二级区。针对其河道基本生态需水不足、河湖面积萎缩、河流地貌及生境形态严重破坏、土地沙漠化加剧等问题,采用"Qp法"和"Tennant法"分析了河道最小生态基流和年内不同时期生态流量,确定了全年河道生态环境需水量,研究了黑河张掖市城区段水生态的治理实施方案,提出了适用于内陆河风沙危害严重区段的河(湖)水-生态河岸-滨岸带-防风固沙林带组成横向生态系统结构的治河模式和内陆河筑湖造境的生态治理模式。研究和实施效果表明:生态环境需水量的计算方法能够较好地适应黑河流域水文特征,提出的治河模式和筑湖造境治理方案对内陆河风沙危害区河道的水生态治理工程建设起到了示范效应,具有科学性和实用性,可为同类工程提供借鉴和参考。     

基于图论的韩江流域水库群生态调度

采用水文学方法计算了韩江流域干支流重要控制断面的生态流量目标;基于图论原理,根据流域内干支流水系特征、重要水利工程和控制断面分布情况构建了韩江流域河网图模型;考虑河段区间来水、河道外取水、引调水等边界条件以及流域水库群水量调蓄作用,开展了河网水量平衡计算,确定了河网节点流量。通过计算水库坝址所在断面的天然生态基流,提出了耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则;借鉴大系统聚合-分解思想,提出了韩江流域河网图模型迭代优化求解思路;通过选取不同典型年来水过程,评估了常规调度情况下控制断面生态流量保障程度,并在此基础上进行优化调度,分析流域水库群生态调度保障潜力。结果显示,耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则能够让水库在独立运行的情况下,基本保障不同来水条件下的控制断面生态流量需求;韩江流域水库群可通过开展联合优化调度满足控制断面生态流量需求;基于图论方法开展流域水库群生态调度具有可行性和实用性。     

广东丘陵区小型河流生态需水量多种方法估算

目前国内河流生态需水量研究多针对干旱半干旱地区和生态已退化的河流,而较少研究南方河流,对广东丘陵地区中小型河流研究更是匮乏。广东水资源相对丰富,但水资源开发强度不断增大,加上水质污染,河流生态退化已成为亟需解决的问题。根据泗合水双桥水文站1980~2010年日径流和实测断面资料,采用6种常用方法计算了泗合水的生态需水量,并分析计算结果。结果表明,NGPRP法、最小月平均流量法、逐月最小生态径流法的结果相对较为理想,但全年采用同一个生态需水量不符合广东河流汛期水量充足生物繁育栖息地要求高,而非汛期河流水量少生物越冬栖息地要求低的自然规律。将汛期和非汛期的径流独立排频,分别计算两个时段的生态需水量,其结果可满足河流径流和生物繁育的自然规律。研究为估算广东丘陵地区河流生态需水量提供了思路和方法。     

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。     

黄河下游重要水文站生态环境流量区间研究

黄河水资源的现代化利用,不仅要考虑流域内的经济社会发展需水,同时也要保证必要的河道生态环境水量。黄河下游的生态环境问题宛如顽疾,较为突出的是水沙不平衡现象,输沙是研究黄河生态环境不可逃避的问题。从黄河下游生态环境现状存在的问题出发,在生态环境需水计算中综合考虑鱼类生活、水沙冲淤、污染防治等方面的要求,对黄河下游花园口以下各个重要水文站进行了生态环境需水量的计算;最后,计算得到的生态环境流量区间可为水库群的优化调度研究提供数据支撑。     

阎王鼻子水库生态调度方案分析研究

本文在分析阎王鼻子水库建设前后下游水文情势变化的基础上,根据河道内生态不同需求和不同计算方法,确定水库下游河道基本生态流量和目标生态流量两种需求方案。在充分考虑大凌河流域河道外需水的前提下,研究分析了阎王鼻子水库最大程度满足河道内不同生态需水要求时的调度方案,对改善水库下游河道环境具有一定的指导意义。     

基于梯形模糊数的不确定性河道生态需水模型及其应用

针对目前各类河道内生态需水模型缺少不确定性方面的研究，本文将模糊数引入到河道内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具体函数关系，提出了基于梯形模糊数的不确定性河道内生态需水模型，设计了算法流程，以杜柯河壤塘站为例进行了实例研究，计算并给出了不确定性河道内生态需水量的表达结果，还利用Tennant法对所建模型的实用性进行了验证，最后对计算结果的表达形式做了分析和解释。     

确定河道内适宜生态流量的几种水文学方法——以沙颍河周口段为例

适宜生态流量是保障河流水生态系统健康的重要变量,合理评估适宜生态流量具有现实意义。以淮河流域典型河流沙颍河为研究对象,基于沙颍河周口水文站44年天然日流量数据,运用常用的5种水文学方法计算沙颍河的适宜生态流量,通过比较5种水文学方法在计算适宜生态流量方面的优劣发现:在水量需求方面,Q50_Q90法水量需求最大,Tennant法水量需求最小,Q50_Q90法会加重"三生"用水矛盾;在水文节律模拟方面,Tessman法、月流量变动法和Lyon法较Q50_Q90法和Tennant法有明显优势;在月流量满足率方面,Tennant法和Lyon法满足率最高,其中枯水期Lyon法满足率最高。综合考虑水量需求、水文节律和满足率三方面因素,Lyon法在计算沙颍河这类季节性河流的适宜生态流量结果最为合理。