CN104047259B - 一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，属于环境保护与资源综合利用技术领域。根据人类经济社会需水量、生态环境需水量和上游河流的天然来水量，定出水库需补充放水的起止时间作为水库一年的供水期；然后计算供水期各时段的不足水量并进行累加，得到该天然来水量下的待建水库的总调节库容，将该调节库容按照其供水期需水量比例进行库容的分配；最后通过各年生态库容的计算，绘制生态库容频率曲线，得到满足设计保证率要求的生态库容。该发明弥补了传统水库库容设置未能考虑生态供水的弊端，能减少规划待建水库面临的社会阻力，有利于生态友好型水库的建立，具有理论意义明确、可操作性强、容易得到实际应用的优点。

Description

一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法

技术领域

本发明涉及一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，属于环境保护与资源综合利用技术领域。

背景技术

传统的水库规划与修建，都是以防洪、供水、发电等社会功能和经济功能极大化为目标。这些水库的调度运用，改变了河流水文的自然过程及规律，影响到鱼类等水生生物的栖息生存，对河流生态系统造成威胁。随着生态环境问题的日益突出，河流生态环境需水也就成为水库调度中越来越重要的任务，一些学者纷纷提出了生态调度的概念(董哲仁，2007)，并将生态流量与水库调度结合，发展了考虑生态需水量的水库调度方案和规则(杨志峰，2010；戴会超，2012；刘攀，2013)。

这些方法都是从水库的传统库容和调度方法角度出发，按下游河道内生态需水要求约束下泄生态水量，在具体实施中，容易产生经济用水和生态用水的矛盾，难以协调。近年有学者提出了水库生态库容概念(廖四辉，2011)，并讨论了其对保障生态流量的必要性(雍婷，2013；吕孙云，2013)，其确定方法是对设置的生态限制供水线进行优化，仍是在传统库容和调度方法上的约束调度，容易使枯水季节只有生态供水，而人类生活生产需水缺口较大，矛盾依然突出。此外，传统的水库规划设计中库容设置仅有死库容、兴利库容和防洪库容确定方法(顾圣平，2009)，根据现实需要，有必要在传统库容的基础上专设生态库容，发展生态库容确定方法。目前，在待建水库规划中，还未有生态库容的确定计算方法，水库运行中就难以明晰和协调人类社会经济、防洪和生态目标的水量调度。

发明内容

本发明的目的是提出一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，结合生态需水量及其需水过程分析，建立规划阶段待建水库的生态库容确定方法，使规划的待建水库在发挥河川径流调蓄和经济社会供水作用的同时，动用专门库容提高河流生态环境流量保障程度，实施环境保护和生态友好的生态调度。

本发明提出的面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，包括以下各步骤：

(1)根据规划待建水库管理部门提供的待建水库供水的社会经济部门各旬综合用水量作为经济社会需水量目标，其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(2)根据河流管理部门的要求，确定待建水库下游河流生态控制断面各旬的生态需水量作为生态流量目标，得到待建水库的总供水目标 其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(3)根据水文历史资料中上游河流每年各旬时段的天然来水量将该天然来水量与上述总供水目标进行比较，得到多个满足条件的天然来水量，将与多个满足条件的天然来水量相对应的旬时段k作为待建水库的一年供水期T，供水期T为一个集合，T＝{k₁,k₂,...,k_n}；

(4)根据上述供水期T中各旬时段的来水量和上述总供水目标分别计算供水期各旬时段的不足水量

(5)将各旬时段的不足水量累加，得到在天然来水量下的待建水库的调节库容V_active， $V_{\mathrm{active}}=\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{lack}}^k;$

(6)根据上述调节库容V_active，通过下式计算得到待建水库该年的生态库容：

$V_{\mathrm{eco}}=V_{\mathrm{active}}*(\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{edem}}^k/\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(W_{\mathrm{edem}}^k+W_{\mathrm{sdem}}^k),$

其中为待建水库供水的社会经济部门各旬综合用水量，为待建水库下游河流生态控制断面各旬的生态需水量；

(7)重复步骤(3)—步骤(6)，计算得到待建水库各年所需的生态库容，将各年所需生态库容从小到大排序，绘制生态库容保证率的频率曲线；

(8)根据待建水库对生态供水的设计保证率要求，从上述频率曲线中选取与设计保证率相对应的生态库容值作为待建水库的生态库容

本发明提出的面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，其特点是，首先根据人类经济社会需水量、生态环境需水量和河流径流资料(入库水量)，定出规划待建水库需补充放水的起止时间作为水库供水期；然后逐时段进行水量平衡计算，求出不足水量，累加水库供水期各时段的不足水量，得出该入库径流情况下所需的总调节库容；最后将该调节库容根据人类社会经济需水量和生态需水量按比例分配，分别设置兴利库容和生态库容。本发明方法的优点是，在径流调节计算中考虑了生态需水过程，确定的生态库容与传统的兴利库容是相互独立的，弥补了传统供水水库库容设置未能考虑生态供水的不足；通过综合考虑生态流量目标与人类社会经济目标、防洪目标，能减少规划待建水库论证中面临的社会阻力，有利于生态友好型水库的建立和完善。此外，生态库容作为规划待建水库调节库容中独立的一部分，将与兴利库容和防洪库容衔接，并有利于确定各种库容的权属关系，更好地保障供水水库考虑生态的调度规则的实施，具有理论意义明确、可操作性强、更容易得到实际应用和推广的优点。

附图说明

图1为本发明提出的面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法的流程图。

图2为本发明建立的待建水库水资源利用的示意图。

图2中，1是上游河流，2是渠道，3是汇流分支，4是待建水库，5是汇流节点，6是生态控制断面，7是供水区农业用水，8是供水区工业、城市和生活用水。

具体实施方式

本发明提出的面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，其流程图如图1所示，其涉及的待建水库水资源利用的示意图如图2所示，其中，1是上游河流，2是渠道，3是汇流分支，4是待建水库，5是汇流节点，6是生态控制断面，7是供水区农业用水，8是供水区工业、城市和生活用水。

本发明方法包括以下各步骤：

(1)根据规划待建水库管理部门提供的待建水库4供水的社会经济部门各旬综合用水量作为经济社会需水量目标，其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(2)根据河流管理部门的要求(或采用水文水力学方法计算河流最小生态流量，一般可取多年平均径流量的10％)，确定待建水库下游河流生态控制断面6上各旬的生态需水量作为生态流量目标，得到待建水库的总供水目标 其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(3)根据水文历史资料中上游河流1每年各旬时段的天然来水量将该天然来水量与上述总供水目标进行比较，得到多个满足条件的天然来水量，将与多个满足条件的天然来水量相对应的旬时段k作为待建水库的一年供水期T，供水期T为一个集合，T＝{k₁,k₂,...,k_n}；

(4)根据上述供水期T中各旬时段的来水量和上述总供水目标分别计算供水期各旬时段的不足水量

(5)将各旬时段的不足水量累加，得到在天然来水量下的待建水库的调节库容V_active， $V_{\mathrm{active}}=\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{lack}}^k;$

(6)该方法计算的待建水库的调节库容V_active，包含传统的以人类社会经济为供水目标的兴利库容(V_human)和生态库容(V_eco)两部分，从需水管理的角度，按照其供水期需水量比例进行调节库容的分配，根据上述调节库容V_active，通过下式计算得到待建水库该年的生态库容：

$V_{\mathrm{eco}}=V_{\mathrm{active}}*(\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{edem}}^k/\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(W_{\mathrm{edem}}^k+W_{\mathrm{sdem}}^k),$

其中为待建水库供水的社会经济部门各旬综合用水量，为待建水库下游河流生态控制断面各旬的生态需水量；

(7)重复步骤(3)—步骤(6)，计算得到待建水库各年所需的生态库容，将各年所需生态库容从小到大排序，绘制生态库容保证率的频率曲线；

(8)根据待建水库对生态供水的设计保证率要求(一般取50％～85％)，从上述频率曲线中选取与设计保证率相对应的生态库容值作为待建水库的生态库容

Claims (1)

1.一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1)根据规划待建水库管理部门提供的待建水库供水的社会经济部门各旬综合用水量作为经济社会需水量目标，其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(2)根据河流管理部门的要求，确定待建水库下游河流生态控制断面各旬的生态需水量作为生态流量目标，得到待建水库的总供水目标其中k为旬时段，k＝1，2，…，36；

(3)根据水文历史资料中上游河流每年各旬时段的天然来水量将该天然来水量与上述总供水目标进行比较，得到多个满足条件的天然来水量，将与多个满足条件的天然来水量相对应的旬时段k作为待建水库的一年供水期T，供水期T为一个集合，T＝{k₁,k₂,...,k_n}；

(4)根据上述供水期T中各旬时段的来水量和上述总供水目标分别计算供水期各旬时段的不足水量 $W_{\mathrm{lack}}^k,W_{\mathrm{lack}}^k=W_{\mathrm{dem}}^k-W_{\mathrm{in}}^k;$

(5)将各旬时段的不足水量累加，得到在天然来水量下的待建水库的调节库容V_active， $V_{\mathrm{active}}=\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{lack}}^k;$

(6)根据上述调节库容V_active，通过下式计算得到待建水库该年的生态库容：

$V_{\mathrm{eco}}=V_{\mathrm{active}}*(\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{edem}}^k/\underset{k}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(W_{\mathrm{edem}}^k+W_{\mathrm{sdem}}^k),$

其中为待建水库供水的社会经济部门各旬综合用水量，为待建水库下游河流生态控制断面各旬的生态需水量；

(7)重复步骤(3)—步骤(6)，计算得到待建水库各年所需的生态库容，将各年所需生态库容从小到大排序，绘制生态库容保证率的频率曲线；

(8)根据待建水库对生态供水的设计保证率要求，从上述频率曲线中选取与设计保证率相对应的生态库容值作为待建水库的生态库容