CN101645114A

CN101645114A - 基于分区贡献法的河流生态需水分析技术

Info

Publication number: CN101645114A
Application number: CN200910170087A
Authority: CN
Inventors: 杨志峰; 张远; 孙涛
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-02-10

Abstract

本发明提供了一种河流生态需水分析技术，针对目前不同类型生态需水计算方法主要针对局部空间位置和范围内河流不同生态服务功能需水要求，难以满足河流整体生态需水总量计算的不足，通过采用上下断面控制计算各分区的需水分区贡献量，考虑不同区域自产水资源量，整合计算区间总的生态需水，有效解决河流系统生态需水总量计算面临的上下游河流生态需水间的兼容性问题。采用该技术应用于河流生态需水分析以及水资源配置中，将避免将不同分区生态需水计算结果累加确定生态需水总量造成的误差，同时计算方法简便易行，在河流水资源配置中具有显著的实用意义。

Description

基于分区贡献法的河流生态需水分析技术

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种基于分区贡献法的河流生态需水分析技术，解决因上下游河流生态需水存在兼容性而造成的河流生态需水总量难以确定的问题。

背景技术

河流生态需水是指为保障河流生态系统健康所需要的径流量。近些年来，在社会经济快速发展过程中，由于不合理地开发和利用水资源造成了河流生态系统需水短缺以及日益严重的生态退化问题，并已成为区域社会经济可持续发展的关键制约因素。面向生产、生活及生态用水协调配置的河流生态需水分析是当前实现生态环境保护与社会经济可持续发展的重要难题。

由于生态系统类型结构和功能间的差异性，目前生态需水计算方法一般针对不同类型、空间区域生态系统的特点分别展开。研究方法包括了Tennant法为代表的水文学方法，湿周法为代表的水力学方法，IFIM为代表的生境模拟法以及以BBM为代表的整体法(Tharme，2003)。不同类型生态需水计算方法分别从维护特定生态保护目标的角度分析生态需水量。水文学方法是在自然状态河流多年水文数据的基础上，根据简单的水文指标来确定河流生态系统需水量的方法。其中Tennant法是以预先确定的年平均流量百分数作为河流推荐流量，其中10％是最小生态需水量，而60％～100％则是最优生态需水量。月保证率法采用90％保证率下最枯连续7天的平均水量，作为满足河流所需流量，我国一般河流采用近10年最枯月平均流量或90％保证率最枯月平均流量。水文学方法适用于水资源规划的需要对生态需水量的初步估算。水力学方法主要从保护河流水生生物栖息地水力学要素出发，通过建立流量与河道水力参数之间的关系，确定河流生态需水量。湿周法将湿周作为某个河流栖息地质量指标，通过湿周随流量增加所表现出的增长变化点确定河流推荐流量。湿周法适用于宽浅型和抛物线型河道，且要求河床形状稳定(Gippel et al.，1998)。水力学方法由于只考虑河道形态而忽视了生物的需求，目前应用较少。生境模拟法着重考虑河道典型断面河流生物物种的保护，通过建立生物、生态及环境要素与流量间的定量关系来确定河流流量，计算得到流量范围不能满足整个河流的管理要求(Scatena，2004)。功能整合生态需水方法主要考虑一定空间范围内生态系统不同生态服务功能综合性要求确定需水量。澳大利亚和南非提出的整体法也主要强调河流生态系统不同功能目标生态需水的综合，通过不同专业专家小组意见的综合，使得推荐的河道流量满足区域内不同生态保护目标(King et al.，2003)。

河流水文过程的连续性特征，使得部分水量在满足上游河流生态需水要求后，同时也可以满足下游河流生态系统需水要求。由此造成具有上下游关系的不同区间河流生态需水必然存在一定的重复计算量。面向水资源管理与配置的河流生态需水总量并不能由不同区间河流生态需水累计得到。目前不同类型河流生态需水计算方法主要针对局部空间位置和范围内河流不同生态服务功能需水要求提出，相关分析计算方法难以为河流整体生态需水分析计算提供支持的不足。考虑河流上、下游区间生态需水的重复计算问题，提出解决上下游区间河流生态需水重复计算的分析技术，对实现水资源规划与合理配置具有重要现实意义。

发明内容

本发明针对目前不同类型河流生态需水计算方法难以为河流整体生态需水分析计算提供支持的不足，提供了一种基于分区贡献量的河流生态需水分析技术，通过分析计算不同河流区间上下游断面需水量，有效解决不同分区河流生态系统需水总量计算中不同区域生态需水间的兼容性问题。

本发明的特征在于明确区域河流上、下控制断面需水量的基础上，采用区间上断面与下断面河道需水量之差求得不同区间的需水贡献量，进而计算河流区间总的生态需水，有效解决河流生态需水总量计算中，不同空间位置河流生态系统需水量间的兼容性问题，为河流生态需水配置提供切实的数据支持。

本发明的主要目的在于解决不同分区河流生态需水总量计算问题，与现有技术相比本专利技术具有以下优点：

1)明确河流需水量在流域内不同区间的分配，有效解决河流需水量计算中的上下游、干支流之间的重复计算问题。

2)避免传统不同空间河流生态需水计算方法成果难以直接应用于河流水资源分配的不足，为实施流域水资源合理配置提供方便快捷的技术方法支持。

附图说明

附图为上下断面控制确定分区贡献量示意图

具体实施方式

河流分区需水量的计算步骤为：(1)确定不同河段生态环境功能，计算相应的河流需水量；(2)计算不同分区生态需水分区贡献量；(3)计算河流生态需水总量。

根据河流生态系统结构、功能差异，将河流划分为若干小段，并将每一小段的集水汇流区看作一个研究单元，对各段的河流需水量进行计算。不同分区河流生态需水计算分别采用传统Tennant法，月保证率法以及功能整合分析方法。

采用上下断面控制法计算各分区的需水分区贡献量，进而计算河流各区间总的生态需水。附图中q_i为第i个控制断面的生态需水，其中控制断面1的生态需水为q₁，控制断面n的生态需水为q_n；区间1的自产水资源量为Q₁，Q_i为第i个区间的自产水资源量，区间n-2为Q_n-2，区间n-1为Q_n-1，区间n为Q_n。河流生态需水分区贡献量表示为下断面生态需水与上断面生态需水之差。以区间2为例，其需水分区贡献量为控制断面2的生态需水减去控制断面1的生态需水q₂-q₁，有3种情况：

1)q₂-q₁＞0，说明仅靠上断面生态需水不能满足下断面的流量要求，需要区间2进行补充，补充量为q₂-q₁。

2)q₂-q₁＝0，说明上断面的生态需水基本可以满足下断面的流量要求，不需要区间2的补充，即补充量为零。

3)q₂-q₁＜0，说明上断面的生态需水不仅能够满足下断面的流量要求，而且还有盈余，可用于其它用水。

整个河流由n个区间组成的，其生态需水等于各区间的需水分区贡献量之和，即q＝(q_n-q_n-1)+(q_n-1-q_n-2)+…(q₁-0)＝q_n，q_n是整个河流出口断面的生态需水。

实例

以下以我国典型流域河流生态需水计算为例说明本发明提出基于生态分区贡献法的生态需水分析技术的具体实施方式。

将河流划分为16个生态需水计算分区，不同分区生态需水量根据生态基流和综合考虑不同生态环境功能的生态需水计算方法。其中生态基流取为Tennant法和月保证率法计算结果的平均值，功能整合生态需水在考虑生态基流要求基础上，满足自净需水、输沙需水和入海需水的要求。根据各分区上下断面需水量计算确定不同生态需水分区贡献量，最终确定河流生态需水总量。表1分别是河流生态基流和功能整合生态需水分区贡献量结果。

表1河流生态需水分区贡献量(10⁸m³)

根据各分区对河流生态需水的贡献量整合得到河流生态需水总量，具体结果见表(2)。在考虑河流自然蒸发、渗漏消耗需水的情况下，河流生态需水总量为297.4×10⁸m³，其中汛期223.4×10⁸m³，非汛期74.0×10⁸m³。

表2河流生态需水分区贡献量(10⁸m³)

Claims

1.一种基于分区贡献量的河流生态需水分析技术，其步骤为：首先确定不同河流分区生态环境功能，计算相应的河流需水量；其次基于分区贡献量法计算河流生态需水总量。

2.根据权利要求1所述的分区贡献量法，根据河流生态系统结构、功能差异，将河流划分为n个区间，河流生态需水等于各区间的需水分区贡献量之和，即q＝(q_n-q_n-1)+(q_n-1-q_n-2)+…(q₁-0)＝q_n，q_n是整个河流出口断面的生态需水。