河道生态需水量

河道生态需水量（精选4篇）

河道生态需水量 篇1

地球上物质、能量循环的基础是水循环,它对生态系统的结构与功能有深刻影响,良好的水生态环境是实现水资源可持续发展的重要条件之一。2010年,水利部发布了《河湖生态需水评估导则(试行)》(SL/Z479-2010)标准,这是我国首部有关生态需水方面的标准。近些年,为实现水资源可持续利用及河流的生态健康保护[1,2],对流域生态系统需水量以及水生态修复的研究正在逐步加强,河流生态需水计算方法已经成为国内外研究的热点。

国内外河道内生态需水量计算方法主要分为4大类[3,4,5,6,7,8]: 标准流量法(又称水文学分析法)、水力学法、整体分析法和栖息地法。四种方法以标准流量法应用最为广泛,主要依靠历史水文数据确定河流的生态流量,包括有:Tennant法、逐月频率法、7Q10法、水生物基流法、可变范围法、德克萨斯法(Texas)、 年内展布计算法、河流基本生态环境需水量法等。近年来,国内专家根据研究区域的不同提出了不同的改进方法:1刘昌明[9]在研究南水北调西线河流生态需水时,针对鱼类产卵育幼期进行修正;2韩会玲[10]提出引入季节修正系数;3黄强[11]将环境比降引入计算黄河干流环境生态需水量;4吴国燕[12]根据灌区河道水文特征周期修正Tennant法的汛期、非汛期河道环境需水量。5夏自强[13]在研究年际、年内变化较为剧烈的北方中小型河流时,提出丰、平、枯水期采用不同保证率的流量作为适宜生态流量。本文采用较为实用的5种水文学分析法计算受“自然和社会”条件影响下的河道内生态流量,同时采用Tennant生态环境状况评价等级标准[14]对计算结果进行评价。

1河道内生态需水量计算理论基础

(1)Tennant法或称蒙大拿法:该方法属于非现场测定类型的标准设定法,取预先确定的年天然径流的百分比作为河流生态需水的推荐值。将河道内生态环境状况分为8个等级:极差、差、中、好、非常好、极好、最佳范围、最大或冲刷,同时依据水生生物生育期分为两个时间段,一般用水期(10月- 翌年3月)和鱼类产卵育幼期(4-9月),见表1。

该方法是使用简单,操作方便,在建立流量~ 水生生物关系后,需要数据相对较少,适用于生态资料缺乏的地区。但是, 该方法也有自身不足之处:未考虑河流的几何形态对流量的影响、流量变化大的河流及季节性河流、多泥沙河流的特性等。 由于该方法最早是Tennant等人对美国3个州共11条河流进行了详细的野外勘察研究,基于58个断面分析了38个不同流量下物理、化学、生物信息对水生生物的影响后设定的,不能直接应用于具有独特自然属性和社会属性的河流。

(2)逐月频率计算法。根据研究区域水文资料,建立多年逐月天然流量系列,将全年12个月序列划分为丰、平、枯三个不同系列,分别采用不同保证率(丰水系列采用50%保证率,平水系列采用75%保证率,枯水系列采用90%保证率),具体保证率所对应的流量即为河流该月最小生态流量。

(3)7Q10法。采用90%保证率最枯连续7d的日平均流量作为河流最小生态流量值,该方法最初由美国开发,用于保证在干旱季节污水处理厂排放的废水满足水质标准,不代表河道内生态需水量。后来于20世纪70年代传入我国,演变为采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量作为河流最小生态流量值。

(4)年内展布法。根据已建立的多年逐月天然流量系列, 1选取逐月最小月均流量值qmin(i)并求得12个月的均值Qmin(最小年均流量值);2计算多年年均径流值Q珚;3求出均值比 η;4多年逐月平均径流值qi乘以均值比η便可求出年内逐月河道生态流量q生态。

式中:i=1,2…12;j=1,2…40;qij第j年第i个月的月均流量, m3/s。

(5)中位数法。对于有限的数集,可以通过把所有观察值高低排序后找出正中间的一个作为中位数[15]。如果观察值有偶数个,通常取最中间的两个数值的平均数作为中位数。影响中位数主要因素来自于观测值样本的容量,不受观测值极大或极小值影响,从而在一定程度上提高了中位数对分布数列的代表性。将多年逐月天然流量按月序列从小到大排列,选取该月序列的中位数值作为该月生态流量值。

2丰乐河生态流量计算分析

2.1研究区概况

丰乐河又名界河[16],地处安徽省六安市金安区和舒城县境内,河长(包括主干流)76km,向东流延伸至大潭湾与杭埠河汇合,流入巢湖,流域面积2 080km2。丰乐河流域处于中纬度地带,气候为亚热带湿润季风气候,年平均气温在15 ℃ 左右, 多年平均年降水量为1 026mm,降水量年内分布特点表现为: 主要集中在3-9月,主降水期多年平均降水量占全年降水量的76.8%,其中夏季易出现暴雨,降雨强度大,且持续时间较长。

流域范围内土地利用多为农业和林业用地,大型工业企业较少,存在非点源、点源污染。其中以非点源污染为主,主要是由于该区域农业较为发达,化肥施用量较高。湖泊的富营养化,对水中生物产生了较大的影响:大型鲫鱼、鲢鱼、鳙鱼、草鱼数量在逐渐减少,繁育期在每年4-5月;以湖鲚等小型经济鱼类占据绝对优势,约占总产量的80%,每年6-7月是繁殖盛期。

2.2河道内生态流量计算

本次计算河道内生态需水量采用丰乐河干流中下游段重要控制站-桃溪水文站1960-2000年天然径流资料进行计算,考虑河流受到降雨、蒸发等水文因素,人类生产、生活社会因素以及水生生物因素影响,将一年周期分为两个时间段:丰水期(5-9月)、枯水期(10月-翌年4月)。采用中位数、Ten- nant法、逐月频率法、近10年最小月平均流量法以及年内展布法分别计算丰乐河生态流量(见表2),同时采用Tennant生态环境状况评价等级标准对计算结果进行评价(见表3)。

m3/s

2.3生态需水量计算成果与评价分析

(1)经过对比发现采用7Q10法(近10年最小月平均流量) 和年内展布法计算结果偏小,且非汛期评价结果均为极差等级,汛期流量较小不利于河流纳污、降低了河床输沙能力。 Tennant法是一种预先设定的流量标准,不适用于年内具有明显丰、枯特性变化的河流,即流域降雨时间较为集中且雨强较大,流量年内分配差异较大,汛期生态需水量计算结果明显偏小。采用逐月频率法计算的流量结果能够较为适宜表征具有明显季节性变化特征的河流,维护了河流径流年内分布的完整性;汛期流量较大,有利于向下游输送养分、纳污,同时涨水可以刺激湖鲚鱼产卵,也扩展了产卵水域,对湖鲚鱼生长有利。 中位数法有效弥补平均值受极端值影响的不足,增强了生态需水量阈值的准确性。

(2)在使用逐月频率法确定河流生态需水量值时发现:统一保证率不适用于年内各个时期,这是因为河流在年内不同时期拥有的自然属性和社会功能属性是不同的。应根据在“自然界和人类活动”双重因素影响下河流能够呈现基本健康状态并发挥良好功能的基础上确定年内各个时期的生态需水量。

(3)采用五种标准流量法进行比较,丰水期(5-9月)最小生态需水量可采用多年同期平均流量的65% ~75%;枯水期(10月-翌年4月)最小生态流量可采用多年同期平均流量的40%~60%。丰乐河年内逐月最小生态流量见表4。

3结论及建议

(1)丰乐河的污染物主要是非点源污染(总磷、氨氮以及硝态氮),同时非点源污染的输出是一个冲刷或积累的过程,受降雨径流影响较大。文中生态需水量计算成果考虑了污染物的影响,计算水量满足水体自净需要,以免污染物的长期积累对下游产生高负荷。

(2)每年4-7月是鱼类繁殖高峰期,表4中该时间段生态流量所对应的水位能够淹没浅滩及沿岸旱草,增加水域面积, 有利于鱼类产卵;高流量可为幼鱼生长提供充足的食物来源。

(3)采用逐月频率法计算生态需水量并且使用同期均值比进行评价能够充分体现了南方河流汛期时间长、流量大、年内分配差异大的特性,该方法适合南方河流生态需水量计算。

(4)河流生态功能包括维持水生物栖息地、排盐、输沙、稀释自净、补给地下水、景观娱乐、航运、涵养植被、发电、灌溉等。 因功能属性不同,河流生态需水量存在差异。

摘要：首先对河道内生态需水计算方法进行了研究,采用Tennant生态环境状况评价等级标准对常用的五种生态需水量计算方法进行了评价。其次,分析了河流受降雨、污染物、水生生物三大因素的影响条件下的状态变化。将所研究的计算方法应用与丰乐河生态需水量计算。结果表明,丰水期(5-9月)河道生态需水量可采用多年同期平均流量的65%75%计算;枯水期(10月-翌年4月)生态需水量可采用多年同期平均流量的40%60%。实践证明,研究结果对于河道生态需水量计算具有重要参考价值。

关键词：河道生态需水量,计算方法,丰乐河,多年同期平均流量

河道生态需水量 篇2

河流生态需水量是当今水利和生态学界一个热点研究问题,本文总结了国内外现有的计算河流生态需水量的`方法和最新的研究动态,并针对目前研究中存在的主要问题,提出了今后的研究方向. 这对于在水利水电开发过程中合理确定河流生态需水量,保护生态环境,维护生物多样性具有重要的现实意义.

作 者：夏豪 黄川友 欧祖宏 XIA Hao HUANG Chuan-you OU Zu-hong  作者单位：四川大学水电学院,四川成都,610065 刊 名：西南民族大学学报（自然科学版）  ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SOUTHWEST UNIVERSITY FOR NATIONALITIES(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2006 32(4) 分类号：X171.1 关键词：河流生态需水量   计算方法  

河道生态需水量 篇3

关键词：生态需水量,计算方法

在梯级水电站实现更安全的防洪保障、更大的发电效益、以及提供优质供水的同时, 其强大的径流调节能力亦对河流的天然生态系统造成空前的压力。引水式与混合式电站进行引水发电、堤坝式电站进行调峰运行将造成坝下河段减水;河道外用水水利工程如引水、调水及供水等也会使得下游河道减水。河道水文情势发生改变将对该河道生产、生活用水、水生生态与河道景观等带来一系列负面影响。为确保河流基本生态需求, 水利水电工程须进行一定生态流量下泄, 并将之纳入到工程水资源配置中加以统筹考虑, 方可确保河流水电动能经济规模及水资源配置与“绿色”发展方向保持一致。因而, 如何对河流生态需水进行确定、评价, 也已成为各级相关政府部门与众多学者所关注的问题。

1 河道生态需水量分析

河道生态需水量包括河道外生态需水, 主要指维护陆地生态系统功能所需水量, 由降水直接补给和水利工程提供;河道内生态环境需水, 指维护河流基本功能 (生态、环境、冲沙等) 所需水量, 主要包括河道 (包括河口) 生态基流、河流水生生物需水、维持河流一定稀释净化能力、保持河道水流泥沙冲淤平衡和湖泊湿地生态所需的水量。根据对象和河道功能需求可以分为:

1.1 生态基流:保持河道不断流, 具有维持水生生态最低生存的水流条件;

1.2 水生生物需水:包括水生生物 (河谷林、鱼类等) 自身生长和维持栖息地环境所需水流条件;

1.3 维持水体一定稀释自净能力所必须维持的最小环境基流 (水) 量, 维护水功能;

1.4 防止河流泥沙淤积所需水量:维持河道基本形态;

1.5 河口生态需水:维持河口地区生态系统完整和功能;

1.6 湖泊湿地生态需水:维持湖泊湿地一定规模和基本功能确定生态流量需要科学性和动态性。

2 河道生态需水量计算方法

从上述我们可以发现河道生态需水量仅是基于某一具体河段且具有不可确定性。河道需水量, 简言之, 它在一定范围内波动, 一般情况下具有两个端点值, 即最小需水量与最大需水量。若河道流量小于最小需水量抑或是高于最大需水量, 便会对该河流的某种生态功产生影响。目前我国关于河道生态需水量计算方法尚处于起步阶段, 关于坝下游最小下泄流量确定方法主要有以下几种方法。

2.1 河道外植被需水量-间接计算法 (改进的彭曼公式)

在非充分灌溉条件下或水分不足时, 采用改进的彭曼公式:

2.2 河道内水生生态需水量—有水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法、综合法及生态水力学法

2.2.1 水文学法是以历史流量为基准, 通过水文指标来实现对河道生态环境需水量的确定。

Tennant法、河流最小月平均径流法为目前国内最为广泛应用的水文学法。

Tennant法:即以水文资料为基础, 通过年平均径流量百分数来实现对该河道内流量状态加以描述。

最小月平均径流法:通过对该河道数年最小月平均实测径流量平均值加以计算并将计算所得值作为该河道的基本生态环境需水量, 例如:

式中:Wb—河流的基本生态需水量, 亿立方米;

Qij—第i年j月的月平均流量, m3/s;

n—统计年数;

T—换算系数, 值为31.536×106s。

2.2.2 水力学法, 即根据栖息地的保护类型相关标准而设定的模型, 其中主要包括湿周法与R2-CROSS法。

湿周法:该方法将湿周作为栖息地质量标准, 对临界栖息区域关系曲线加以绘制, 并根据所绘制的湿周流量关系图中转折点来对河道的推荐流量值进行确定。

R2-CROSS法:此法以河宽、流速、平均水深及湿周率等相关指标来实现对该河流栖息地保护水平进行评估, 以确定该河流的目标流量。其中:湿周率指某一过水断面在某一流量时的湿周占多年平均流量满湿周的百分比。

2.2.3 组合法 (水文———生物分析法)

此法采用多变量回归法, 通过建立物种生物量、环境条件等初始生物数据间的关系来对生物对该河流流量需求以及流量变化对生物物种的影响进行判断。

2.2.4 生境模拟法

此法通过模拟指示物种所需水利条件来对河流流量进行确定。将水深、流速、基质及覆盖物模拟成流量变化对该河道物种种类、数量及分布产生影响的重要因素。对指示物种在流速与水深等适宜要求进行调查, 并绘制相应的环境参数与喜好度间的适宜性曲线。将河道横断面分隔成W的q个部分单元, 而后以适宜性曲线为参照来对各部分水位喜好度、流速喜好度、河面覆盖喜好度以及基质喜好度进行确定。可将本文下述公式用于对各断面与各指示物种的权重可利用面积 (WUA) 的计算。Ai表示宽度w, 长度为两相邻断面距离阴影部分水平面积。

式中:Ai—宽度为w, 长度为两个相邻断面距离的阴影部分的水平面积。

对不同流量下WUA进行计算, 并绘制WUA与流量曲线, 其中WUA越大, 则表明该流量下生物的生境越适宜。

2.2.5 综合法:

典型代表为BBM法, 此法以河流生态系统整体为基础, 并纳入专家意见以对该河流流量、泥沙运输、河床形状及河岸带群落间关系进行综合研究。

2.2.6 生态水力学法:

此法以水生生物对水力生境的适应来确定所需流量, 即生境模拟法。

2.3 河流水环境维持最小稀释净化所需水量

2.3.1 7Q10法:

此法以90%保证率最枯连续7天平均水量为河流最小流量设计值。

2.3.2 稳态水质模型:

以河流的每一个排污口为河段分界线, 将河流概化为多个河段, 对一般内陆河段, 污染物允许排放量的公式为:

对潮汐河段和河网化河段, 污染物允许排放量的公式为:

2.3.3 环境功能设定法:

此法以该河流水质保护的相关标准与污染物排放浓度为基础来推算与该河流自净、稀释等环境功能相符合的需水量。通过将河流分成i小段, 将各小段作为独立的闭合汇水区, 通过水质模型与水量平衡法来实现对河道各段需水量Qvi (i=1, 2, …, n, ) 的计算与求和, 即可得出该河流环境需水量。

3 结语

目前, 国内在生态需水量方面的研究尚处于起步阶段, 因而还未形成一个公认的系统的方法。而对其计算的方法理论框架较多, 实际应用还需要不断地完善。国外对生态需水量的研究开始较早, 也提出来很多方法和理论, 但其是否与我国国情相符还需要进一步的讨论。为了满足河道水生态环境最小需水量要求, 保持最小下泄流量极为必要。尤其在近年来越来越多的水电站工程的建立, 对河道下游的水生态系统造成了不同程度的影响, 因此, 最小下泄流量就变得极为重要。

参考文献

[1]崔起, 于颖.河道生态需水量计算方法综述[J].东北水利水电, 2008 (282) :44-46.

[2]环评函[2006]4号.关于印发《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南 (试行) 》的函.

生态环境需水量评估方法与例证 篇4

首先评价了生态环境需水量概念内涵, 包括概念的界定、生态环境水的组成结构和需水特点. 在此基础上, 提出了生态环境需水量分级和计算方法. 以黄淮海地区为研究实例, 估算了研究区生态环境现状用水量、最小需水量、适宜需水量, 并计算了相应的缺水量. 然后根据相关的规划, 对未来的水平年, 2030年和2050年生态环境需水量进行了预测. 结果显示, 随着功能设定的不同, 水资源参照平台的`差异, 最小和适宜生态环境需水量不同, 相应的缺水量也会产生差异. 研究表明, 黄淮海地区最小生态环境需水范围在2.84×1010～1.02×1011 m3, 适宜需水量范围在6.45×1010～1.78×1011 m3, 最小需水时的缺水量范围为9.1×109～2.16×1010 m3之间, 适宜需水时的缺水量范围为3.07×1010～7.53×1010 m3之间. 通过不同的缺水量数值, 可以安排配水的优先性. 三个预测年的生态环境需水量范围分别为4.49×1010～1.73×1011 m3, 5.99×1010～2.09×1011 m3和7.44×1010～2.52×1011 m3.

作 者：杨志峰 崔保山 刘静玲 作者单位：杨志峰(北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室,北京,100875;北京师范大学环境学院水沙科学教育部重点实验室,北京,100875)

崔保山,刘静玲(北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室,北京,100875)