城市湖泊生态环境需水量计算方法研究——以东昌湖为例

数量与质量是水资源同时具有的不可分割的两个属性,城市湖泊生态环境需水量应是城市湖泊发挥其正常功能所需具备的一定水质的水量.以东昌湖为例,结合其功能要求,将其生态环境需水量划分为以下四个组分:水体生态环境改善需水量、水体本底需水量、湖滨带绿地景观需水量和湖滨带娱乐需水量.考虑到生态环境需水量的时空特性,探讨了结合水量水质耦合研究和阈值研究的生态环境需水量计算方法.东昌湖多年平均生态环境需水量的计算结果表明,最优生态环境需水量为2922.9万m3;中等生态环境需水量为2334.7万m3;最小生态环境需水量为1746.4万m3,而且水体生态环境改善需水量和水体本底需水量两部分占全部生态环境需水量的绝大部分.计算结果可为保护其生态环境,促进其可持续利用提供依据.     

渭河干流生态环境需水量的动态计算

将生态环境需水量分为输沙、河流稀释自净和基本生态环境需水三个组成部分,提出了综合考虑年际、年内及河道空间变化分区的生态需水计算模型以满足渭河干流水资源开发利用特征。研究表明,渭河河道生态环境需水量与输沙及稀释自净需水量关系密切,汛期以输沙需水为主,非汛期以稀释自净需水为主;输沙需水量年内变化明显,汛期占到了全年的67%;受沿程流量、排污和泥沙冲淤形势的影响,渭河干流自上而下生态环境需水量逐渐增大,中水年分区最大需水量达35.1亿m3。该方法适用于水量年内分配不均,自然条件及河流沿程开发利用变化程度较大的河流。计算出的生态需水量具有动态可操作性,可用于指导渭河干流水量分配与水资源管理。     

水量调度对镇江内江水质和含沙量的影响分析

以镇江内江为例,针对滨江水体自长江引水过程中,由于长江水量、沙量时空分布不均所引起的水量-水质-泥沙不平衡问题,提出了实现水质改善、控制悬沙浓度,减少泥沙淤积三重目标的调度模式;在确定内江水量-水质-泥沙平衡关系的基础上,研究了维持三者平衡的调度方式,并对调度效果进行了预测分析,模拟计算结果表明：枯季低水位条件下,要保证内江水质、悬沙浓度同时达标,内江一次性换水率R约在50%~70%之间;洪季水位增加,换水率要求降至25%~40%;调度区间的划分、调度方式的确定与长江水位条件及引航道进水能力密切相关,洪季长江水位较高,节制闸开启后可直接满足换水量要求,调度方式为自引,而枯季长江水位较低,需通过泵站引水达到引水量要求;调度后,内江水质达到Ⅲ类水标准,全年平均悬浮物浓度由现状70mg.L^-1降至22 mg.L^-1,内江自长江全年引水量以及内江泥沙淤积量分别比现状条件下削减了90.2%8、6.0%,达到调度预期目标。     

基于物理栖息地模拟的减水河段鱼类生态需水量研究

河流生态需水量的研究从基于统计学Tennant法、7Q10法等简单估算发展到综合运用水文学、水动力学、环境水力学、生态学进行成因和机理分析。本文运用物理栖息地模拟模型计算西南山区二台子引水式电站减水河段的鱼类生态需水量。以省级保护性鱼类—青石爬鮡为目标鱼类,考虑流速、水深、水温、断面形态等主要影响鱼类适宜生境的影响因子对鱼类产卵期、育幼期、成年期等不同生命时期的需水要求进行分析。计算结果表明,青石爬鮡产卵期需水流量3.68 m^3/s、育幼期4.25 m^3/s、成年期3.26 m^3/s,分别占坝址处多年平均流量的38.33%、44.27%、33.96%,对水生态系统结构与功能认识和研究的不断深化,为坝址下游减水河段维持健康生态系统、保护珍稀性生物资源提供了有力依据。     

基于SWMM模型的城市雨水花园调控措施的效果模拟

以西安市某片区降雨径流及其污染为研究对象,对研究区域进行合理概化,根据实测结果,通过率定及验证,构建暴雨雨水管理模型(SWMM),模拟不同重现期(两年一遇、十年一遇以及二十年一遇)下研究区域有无雨水花园调控时的水量及水质状况。结果表明,设置面积比例约为2%时,在2年一遇至20年一遇的降水条件下,洪峰流量迟滞时间为5~7min,对径流总量削减率为25.69%~42.02%;对TN负荷削减率37.88%~42.41%;对TP负荷削减率35.30%~41.42%;对COD负荷削减率40.58%~42.71%;对SS负荷削减率42.10%~42.75%。雨水花园对城市暴雨所形成的径流在水量与水质两方面都有较好的控制效果,能够减少径流总量,降低径流峰值,同时削减污染物浓度峰值,减少污染物负荷;并对流量以及污染物浓度峰值有一定的迟滞作用。但随着降雨强度的增加,雨水花园的调控效果会随之降低。     

流域梯级开发中河道生态环境需水量研究

针对流域开发带来的生态环境问题,在界定生态环境需水量概念的基础上,分析了河道生态环境需水量的内涵及组成。同时以杂谷脑河为例,根据其流域梯级开发的特点,研究杂谷脑河流域中薛城水电站减水河段生态环境需水量的组成并估算其大小,从而为闸址处泄流量提供参考依据,有利于维持整个杂谷脑河流域人口、自然和经济的可持续棼展。     

动水中MABR-生态浮床组合装置净化效果试验研究

为探究生态浮床（EFB）、膜曝气生物膜（MABR）及其组合装置在动水中的净化效果,开展了三种净化装置在不同水动力条件下（2.5 m/h、10 m/h、20 m/h）对水体中NH4+-N、高锰酸盐指数（CODMn）、总磷（TP）和总氮（TN）等4类污染物净化效果的模拟试验研究。试验结果表明：膜曝气生物膜-生态浮床组合装置可显著提高净化效果,对4类污染物的去除率较河水自净试验可分别提高40% ~ 44%、17% ~ 34%、13% ~ 21%和14% ~ 30%;综合考虑4类污染物,组合装置在10 m/h的水动力条件下的净化效果最佳,且组合装置中MABR可起到一定缓冲作用,使水生植物的适用流速范围更广;在模拟试验所采用的水动力条件下,组合装置对4类污染物的净化呈现出不同规律,污染物浓度较高时,组合装置对NH4+-N的净化速率随流速的递增而递增,对CODMn、TP和TN的净化速率在10 m/h的水动力条件下达到最大;试验后期,污染物浓度较低时,组合装置无法正常发挥其高效的净化作用,对4类污染物的净化速率均偏小。     

河道生态基流的功能及价值研究——以渭河宝鸡段为例

枯水期是水资源短缺地区河道生态基流保障的关键期,枯水期河道生态基流的功能包括生态环境功能(避免河道断流、维持湿地生态系统、水质净化、营养物质输移)、自然功能(水文循环)和社会功能(水产品生产、休闲娱乐景观、提高生活品质)。这些功能可借鉴与应用资源环境经济学方法来计算价值,再加和得到河道生态基流的总价值。以渭河宝鸡段林家村水文站断面为例对所建立的方法进行测算和实例分析,结果表明,2010年渭河宝鸡段河道生态基流功能价值中,生态环境功能价值(67517万元)自然功能价值(15463万元)社会功能价值(12199万元);总价值为95179万元,单位水量价值为12.56元/m3。     

计算山区小型河流最小生态需水的水力学法

对目前国内关于河道生态需水量的主要研究方法进行了比较分析,针对山区小型河流梯级水电站减水河段面临的水生生物需水问题,并结合山区小型河流自身特性,本文提出了计算河道最小生态需水量的一种水力学法一修正的R2-Crcss法,通过实例论述了其在山区小型河流中的具体应用.本文提出的修正的R2-Cross法具有直观、定量的特点,对山区小型河流最小生态需水的计算更具针对性和适用性.     

水文-水力耦合法河流生态需水量计算方法研究

结合汉江中下游这类南方河流面临的水资源紧缺与水环境恶化问题,建立了分别基于水文学与水力学的河流生态需水量计算模型,提出了水文-水力学耦合生态需水量计算方法。经汉江中下游河道多个不同河段、不同典型年、河流生态需水量计算研究,得出了该河流分段生态控制流量。本研究为河流生态需水量计算理论的发展,和南水北调中线工程实施后丹江口水库的合理调控以及汉江中下游地区水资源科学管理提供了依据。     

考虑生态用水的水库群优化调度研究

生态用水调度是维持河道生态健康稳定的重要手段,在水库群的调度规则中应当纳入生态用水因素。通过考虑生态流量目标需求,建立了沙河水库群生态用水调度模型,并根据长系列优化运行的结果,对考虑生态的水库群调度规则和生态流量满足程度进行分析。结果表明,进行生态调度能有效减小供水期末的生态破坏,而对社会经济用水影响不大,最小生态和适宜生态流量的保证率分别达到98%和82%,且下游河道的流量更接近天然水流情势;库水位在不同的水平年表现不同的变化趋势,同时水库调度规则受到上下游次序和边界入流的影响,可为水库群联合进行生态用水调度提供依据。     

基于低风险生态流量的黄河生态用水调度研究

以黄河下游为重点生态保护对象,构建水库生态用水调度模型,对黄河基准年和未来水平年不同情景的生态用水调度方案进行优化计算。结果表明：现状工程条件下,通过水库生态用水调度,可以保障河道内生态用水;未来水平年,新增工程措施和流域需水管理可减少社会经济和生态的缺水量,其中水需求管理对于缓解流域缺水效果最好;西线由于调水规模大,缩减缺水量效果显著,对于增加下游生态用水的边际效益较低;新增水库所增加的供水效益不明显。     

基于潮汐变化特征的钱塘江河口环境需水

在河口排污不断增加而纳污总量控制滞后的局面下,即便在污染物达标排放的基础上,水质超标已成为普遍问题。钱塘江河口是典型的强潮河口,潮汐的周期性变化,尤其是半月潮汛的变化特征对河口水质影响显著。本文探讨了针对非恒定流的三种水质达标判断标准;建立了钱塘江河口大范围水质模型,反算了满足研究河段大潮期水质达标的环境需水为310m3/s。进一步根据钱塘江河口水质随潮变化的特点,研究了富春江电站不同泄流过程对研究河段水质达标的影响,得到大潮期多放30%、小潮期少放30%的泄流形式有利于降低污染物峰值浓度,提高水质达标时间。研究表明,结合潮汐15天变化特征的流量泄放过程,可减少约10%的环境需水,有效提高了水资源的利用效率。     

对计算河道最小生态流量湿周法的改进研究

在分析湿周法基本理论的基础上,探讨了湿周法确定河道最小生态流量的计算步骤.研究分析了几种典型河槽几何断面的湿周流量关系,采用斜率为l法和曲率最大法来确定湿周流量关系曲线上变化点所对应的最小生态流量.以长江中下游河道计算为例,分别选取长江中下游的宜昌、汉口水文站作为控制断面,对长江中下游河道最小生态流量进行了研究,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价.结果表明,曲率最大法确定准则计算结果合理,而采用斜率为l法确定准则计算结果则偏大.最后确定宜昌、汉口站断面的最小生态流量为2315m3/s、3124m3/s,分别占多年平均天然流量的16.7%、13.8%.该研究表明改进湿周法用于长江中下游河道最小生态流量研究是可行的.     

渭河宝鸡段生态基流保障研究

针对渭河流域生态基流不足、水质污染严重等问题,在水资源评价模型（WEAP）的基础上耦合一维水质模型,构建了渭河流域宝鸡段水资源管理模型。该模型既能反映各水文站的径流情况和水资源供需关系与分配,也能反映河流水质状况。首先,运用WEAP模型在水资源配置方面的优势分析在现有管理模式下生态基流量是否能够得到满足;其次,为了提高生态基流量的满足程度,根据流域内各用水部门的用水需求、节水潜力等设计出可行的不同情景方案,通过水资源的合理调控,探讨了这些方案对提高渭河宝鸡段生态基流保障程度的影响情况,从而得出保障渭河宝鸡段生态基流的最佳方案;结果表明：节水、治污、以及开源等综合措施可以使生态基流的满足程度显著提高,是解决生态基流保障与水质改善的最佳方案。     

龙刘梯级水库群对黄河生态基流补偿效益

为完善水库对生态补偿效益计算,文章首先给出水库生态基流补偿效益概念和内涵.同时,提出河流径流生态积分概念和计算公式来度量河流径流生态效益大小;在此基础上,给出量化计算水库生态基流补偿效益计算方法和步骤.最后,以黄河龙羊峡和刘家峡水库2003年调度为例,计算结果显示:2003年龙刘梯级水库对兰州站和花园口站非汛期的生态基流补偿效益分别为177.7亿和289.4亿生态积分;龙刘梯级对兰州和花园口两站的生态补偿效益合计为467.1亿生态积分,龙羊峡对于兰州站和花园口站生态基流补偿效益为318.8亿生态积分,刘家峡对于兰州站和花园口站生态基流补偿效益为148.3亿生态积分.文章旨在通过对黄河生态基流补偿的定量分析,引起有关决策部门对河流生态基流补偿问题的重视,达到抛砖引玉的目的.     

生态调度下官厅水库热氧结构变化三维模拟

水温与溶解氧是表征水生生态系统健康与否的重要参数.为量化生态调度对官厅水库水温与溶解氧的影响,建立了官厅水库三维温、氧模型,通过现场实测数据对模型进行了校正与验证.结果表明,该模型可用于官厅水库温、氧模拟.结合官厅水库实际运行情况,设置不同生态调度情景,模拟结果表明:(1)官厅水库具有明显的热氧分层特征,调水将缩小表底...