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%。     

河流生态流量研究进展

水库在发挥巨大社会效益和经济效益的同时,也引发了下游河段生态缺水等生态问题,水生生物尤其是鱼类的生存环境受到了不同程度的影响.鱼类作为水生生态系统中的顶级群落,其种群的动态变化可有效反映水生生物群落与水质状况的整体变化信息.本文从概念辨析、研究方法等方面分析总结了国内外生态流量研究现状,阐明了基于河流天然节律和鱼类习性的生态流量研究进展,探讨了该研究领域存在的问题,并在此基础上提出了基于鱼类生境的生态流量研究方向.     

云南省中小河流水能开发河流生态流量探讨

在中小河流水能资源开发利用中,确定合理的生态流量是开发与保护有机结合的重要课题。河流生态流量标准越高,生态环境保护程度越大,同时水电站经济效益影响越大,甚至于天然来水都无法满足过高的生态基流要求。寻求水能资源合理开发、探讨河流适度下泄生态流量,保护河流生态基本平衡与经济社会的协调发展是必要的。采用多种水文分析方法论证后认为,对于云南省一般无重要保护对象的中小河流,其水能资源开发过程中河流生态流量采用95%保证率下3~5月的流量作为最低下泄流量,其余月份按照《建设项目水资源论证导则（试行）》指导性要求取多年平均流量的10%控制较为适宜。     

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。     

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R₂-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 m³/s, 4～10月下泄生态流量不应低于2.9 m³/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。     

辽宁省河流生态流量计算方法与分析

传统河流生态流量计算局限于水文数据分析,没有与河流的生态分区、分期及生态系统的保护目标联系起来。文章根据辽宁省实际情况,提出辽宁省河流生态需水分区、分期、分类的划定原则,生态流量计算要素的确定方法、各种生态流量计算方法的适用条件及选取等。以辽河为例,计算辽河干流生态流量,结果表明计算成果合理,满足辽河生态需水要求,可为辽宁省河流生态流量计算工作提供依据。     

棋盘山水库多目标生态调度研究

棋盘山水库是蒲河流域的首部控制水库,具有保证下游用水的重要作用,在调度方面既要考虑自身的利益,也要兼顾下游地区的用水要求,实现全流域的水资源可持续利用。棋盘山水库现行调度方式主要以维持棋盘山风景区景观水面需要为目标,仅保证棋盘山风景区的旅游效益和生态效益。然而现行的调度方式导致下游地区枯水期供水量严重不足,河道生态用水及下游灌溉用水无法保证,而水库汛期弃水量较大,给下游防洪带来了一定的压力。建立棋盘山水库生态调度模型,以水资源高效利用和水质改善最大为目标,以满足下游生态需水为主要约束,采用系统仿真模拟进行计算,绘制棋盘山水库天然流量与调度流量的对比图,表明9月―来年4月水库的下泄流量过程与水库天然下泄流量比较接近,而5月―8月水库的下泄流量与天然下泄流量有一定的差距。     

中国水电工程生态流量实践主要问题与发展方向

梳理了2001—2015年96个水电工程的生态流量数据,基于ArcGIS平台分析了工程时空分布特征,回顾分析了生态流量的落实情况,分析了生态流量计算方法、泄放方式、保障措施和监测措施的差异及其对保护坝下河段珍稀、濒危保护鱼类的生态效益;重点分析水电工程下泄生态流量的保障情况、目前存在的不足与改进措施。总结了中国水电工程下泄生态流量实践的主要问题,并从生态流量计算原则与流量过程线要求、梯级水库联合调度的考虑、加强河流生态修复中生态流量研究与实践等方面提出了未来的发展方向。     

基于生态水文学法的湘江生态流量研究

河流生态流量是维持河流生态系统健康的重要条件。选取湘江(湘潭)作为控制性断面,采用生态流量年内展布法和IHA-RVA法计算河道最小和适宜生态流量,并以Tennant法进行合理性验证。结果表明:最小生态流量为639.6 m~3/s,占多年平均天然流量的32.2%;适宜生态流量为983.4 m~3/s,占多年平均天然流量的49.5%。该方法计算的生态流量结果能够满足河流生态目标的需求,与天然河流年内丰枯变化状态相吻合,计算结果较为合理。研究可为湘江湘潭的水资源管理以及生态系统的保护和恢复提供科学依据。     

考虑生态流量需求的梯级水库汛末蓄水调度研究——以溪洛渡-向家坝水库为例

针对溪洛渡-向家坝梯级水电站在汛末期发电兴利、汛末蓄水、无效弃水、下游生态需水等多方面存在的水资源利用矛盾,开展了考虑生态流量需求的汛末蓄水调度研究。首先借助于逐月最小生态径流法,计算了两库水电站蓄水期下游的最小生态流量过程,进而提出了基于调度图的改进提前蓄水方案,并引入了生态流量满足度结合其他兴利指标对蓄水方案进行了评价。研究结果表明：考虑到生态流量需求的改进提前蓄水方案,在提高梯级汛末蓄满率、增大发电效益以及减少弃水量的同时,两座水电站的运行出力、下泄流量过程更加平稳,生态流量满足度也得到了明显提高。研究成果可为溪洛渡-向家坝梯级调度运行、提高蓄水兴利与生态效益提供科学的指导依据。     

安徽省某大型综合利用水库生态基流研究

大中型综合利用水库调度运行将使下游河道水文情势发生较大改变,为避免河流水生态系统功能遭受无法恢复的破坏,需要合理确定工程下游河段的生态基流。在综合分析某水库坝下河段的生态保护需求和服务功能的基础上,通过对常用的生态基流计算方法进行整理与比选,采用Tennant法、湿周法、R2-Cross法、7Q10法和90%保证率最枯月平均流量法等计算了水库下游河段的生态基流。在此基础上,综合考虑下游湿地的生态需水要求、水厂取水、工农业用水等因素,确定了工程下游河段的生态基流量。研究结果可为工程规划设计提供技术支持。      

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。     

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%。     

汉江流域控制断面生态基流量的确定

保障合理的生态基流是维护河流健康的基础,是有序、可持续利用流域水资源的前提。采用Tennant法、最小月90%保证率平均流量设定法（Q90）以及最近10a最小月平均径流量法分别计算汉江各控制断面的生态基流量。根据汉江流域生态环境保护需要,以及各方法计算结果,确定汉江流域武侯镇、石泉、白河、皇家港及皇庄等控制断面的生态基流分别为3,28,76,174,200 m³/s。     

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。     

渭河流域主要控制断面旱限流量确定

旱限流量是评估河流干旱等级的水文特征指标,是启动抗旱应急响应等级的重要依据,是做好抗旱水量应急调度的重要基础。依据水文断面下游主要取用水需求,分析计算各取水口取用水量,以取用水量与河道生态流量之和作为初值,综合确定旱限流量。通过对渭河流域主要控制断面旱限流量的分析研究,确定拓石、魏家堡、咸阳、临潼、华县的旱限流量分别为:16.0、11.0、10.0、50.0、12.0 m3/s,为科学合理判断水文干旱等级及进行抗旱指挥决策提供可靠依据。     

基于RVA法的河流生态基流过程研究

针对我国目前生态需水量研究难以反映河流水文情势自然涨落变化的问题,从河流水文情势的整体角度出发,采用IHA法分析了金沙江上游岗托至巴塘河段的天然水文情势特征,得到了该河段各指标的RVA阈值范围。在总结前人研究的基础上,对计算河流生态基流量的RVA法进行了改进,提出非汛期、汛前期和汛后期采用RVA目标差值的75%推荐河流生态基流量,主汛期采用RVA目标差值的50%推荐河流生态基流量。采用改进的RVA法计算了金沙江上游巴塘断面的生态基流过程,得到巴塘断面各月的生态基流量分别为39.5 m~3/s、42.5 m~3/s、33.0 m~3/s、74.2 m~3/s、124.4m~3/s、259.3 m~3/s、394.0 m~3/s、581.0 m~3/s、493.5 m~3/s、259.7 m~3/s、131.1 m~3/s、71.0 m~3/s,占相应多年月均流量的比例范围为14.0%~32.9%,并与Tennant法的结果进行了对比分析。结果表明,该方法能够更好地反映金沙江上游天然河流水文情势的动态变化特征,可为金沙江上游水电开发生态保护提供技术参考。