CN105956363A - 一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，先确定不同分段河流的生态需水量差值，再整合各分段的生态需水差值量计算河流的生态需水总量。本发明在明确河流相邻径流站控制断面生态需水量的基础上，采用两断面河道生态需水量做差计算不同河流分段的生态需水差值量，进而计算河流生态需水总量，能够有效解决不同河段的生态需水量兼容性问题，为分段河流生态需水量配置提供可靠的数据支持。

Description

一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法

技术领域

本发明涉及归类于环境保护技术领域，尤其是涉及一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法。

背景技术

在水生态环境系统中，生态需水量的相关研究标志着人们开始对水生态问题的不断重视。目前，生态需水量的计算方法在环境学基础研究领域里已经成为世界各国的焦点研究内容。全世界已有超过50个国家对河流生态需水量进行了深入探索，计算方法总量已多达200余种。比较常见的方法包含水文学法、水力学法、水文-生物分析法、生境模拟法和综合评价法。水文学方法是以历史流量分析为依据，这种方法是目前世界上应用最多的，特别是对水资源开发利用程度较低的河段。此方法将水文指标作为依据，根据现有的水文数据设置生态流量建议值。具有象征性的代表方法包括Tennant法、7Q10法以及RVA法(Range of Variability Approach)等。水力学方法的主要影响因子是河流的水力断面参数，其基本原理是以河流流量与河道的水力断面相互作用为基础，确定河流生态流量，河流的水力断面参数涵盖流速、水深和湿周等。常见的应用方法包括湿周法、R2-Cross法等。水文-生物分析法是以河道内流量改变给生物群落带来的影响作为理论基础，包括对生物量或者物种丰富度的影响，通过多变量回归方法建立相关生物指标与流量、流速或者水深等环境条件的变化关系，并以此作为依据计算河道需水。代表方法有RCHARC法(Riverine CommunityHabitat Assessment and Restoration Concept)、Basque法。生境模拟法是通过河道内指示生物生存环境所依赖的水力参数来模拟生境的变化，从而进一步判断河流流量大小。生境模拟法是对水力学法的更深一度的延展，其主要依据河流的水力条件对环境影响关系的现实情况。由于生境模拟法具有可定量化、以生物为基本出发点的特点，生境模拟法是目前为止最易被大多数人接受的方法。综合评价法的核心思想是认为河流属于一个生态系统的总体，计算多始于对生态系统的综合评价，评价过程中需要考虑的因素包括河流流量、河岸形态、生物种群等。综合评价法的目标在于能够利用生态基本流量能满足水沙平衡、生物保护以及栖息地维持等多种生态性能。该方法考虑全面，能与流域管理规划完美结合，但评价难度较大，耗费时间过长。

由于河流水文过程的连续性特征，部分水量在满足上游河流生态需水要求的同时，也可以满足下游河流生态需水要求。由此造成具有上、下游关系的分段河流生态需水必然存在一定的重复计算量。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。目前生态需水计算方法面向局部范围内河流不同生态功能需水要求，难以解决河流整体生态需水总量计算的问题。考虑河流上、下游区间生态需水的重复计算问题，提出上、下游区间河流生态需水重复计算的分析技术，对河流生态环境保护及水资源配置具有显著的实际意义。

发明内容

本发明设计了一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，其解决了以下技术问题：(1)目前生态需水计算方法面向局部范围内河流不同生态功能需水要求，难以满足河流整体生态需水总量计算。(2)由于不同河段生态需水量存在兼容性而使河流生态需水总量难以确定。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，包括以下步骤：

步骤1、确定不同径流站断面的生态环境功能，计算不同径流站相应的生态需水量Q_n，Q_n表示第n个径流站所在断面生态需水量，n为自然数；

步骤2、计算不同河流分段的生态需水差值量Q_n-Q_n-1，根据生态需水差值量Q_n-Q_n-1进行不同河流分段生态需水量的补充或分流；

步骤3、将不同河流分段的生态需水差值量加和求得河流生态需水总量Q，根据河流生态需水总量Q进行整条河流生态需水总量的补充或分流。

进一步，步骤2中的各分段区间生态需水情况有以下三种：

(1)Q_n-Q_n-1＞0，说明第n个径流站所在断面生态需水量不能靠上一个径流站满足，需要进行补充，补充量为Q_n-Q_n-1；

(2)Q_n-Q_n-1＝0，说明第n个径流站所在断面生态需水量刚好可以靠上一个径流站满足，不需进行补充也没有盈余水量；

(3)Q_n-Q_n-1＜0，说明第n-1个径流站所在断面生态需水量不仅可以满足第n个径流站所在断面生态需水量，而且还有盈余水量，可作分流他用。

进一步，步骤3中组成河流的s个分段，其生态需水总量为s个河流分段差值量之和，采用式(1)进行计算：

Q＝(Q_s一Q_s-1)+(Q_s-1-Q_s-2)+…+(Q₁-Q₀)＝Q_s(1)

式中：Q为河流生态需水总量，Q_s为河口断面生态需水量，Q₀为河源断面生态需水量，取Q₀＝0；当Q为正值时，需要对整个河流生态需水量进行补充；当Q为负值时，对整个河流盈余水量进行分流。

该河流生态需水分段分析、补充以及分流方法具有以下有益效果：

(1)本发明在明确河流相邻径流站控制断面生态需水量的基础上，采用两断面河道生态需水量做差计算不同河流分段的生态需水差值量，进而计算河流生态需水总量，能够有效解决不同河段的生态需水量兼容性问题，为分段河流生态需水量配置提供可靠的数据支持。

(2)本发明避免了传统生态需水量计算方法难以具体分配到不同河流区间，为实施流域水资源合理配置提供切实高效的方法支持。

(3)本发明明确河流需水量空间分配特征，有效解决河流生态需水总量计算的不同河段重复计算问题，避免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。

附图说明

图1：本发明方法中相邻径流站断面确定生态需水差值量示意图。

具体实施方式

下面结合图1，对本发明做进一步说明：

本发明针对目前生态需水计算方法面向局部范围内河流不同生态功能需水要求，难以满足河流整体生态需水总量计算的问题，通过采用相邻径流站计算各分区的生态需水差值量，结合河源、河口断面生态需水量，整合计算河流总的生态需水量，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。

河流生态需水分段分析方法计算步骤：步骤1、确定不同径流站断面的生态环境功能，计算相应的生态需水量；步骤2、计算不同河流分段的生态需水差值量；步骤3、将不同河流分段的生态需水差值量加和求得河流生态需水总量。

根据河流径流站所在位置，将河流划分为若干段，将每一段作为一个生态需水研究单元，对各段分别进行生态需水量计算。不同分段河流生态需水量计算方法均采用传统水文学法及功能分析法。

利用断面控制法分别计算相邻径流站所在区域生态需水差值量，进而计算河流整体生态需水总量。附图1中Q_n为第n个径流站断面生态需水量，河流生态需水差值量表示为相邻两径流站断面下游站断面与上游站断面之差。以Q₂区间为例，其生态需水差值量为径流站2断面生态需水量Q₂减去径流站1断面生态需水量Q₁，即Q₂-Q₁，其结果可分为以下3种：

1)Q₂-Q₁＞0，说明径流站2断面生态需水量不能靠径流站1断面满足，需要Q₂区间河段进行补充，补充量为q_n-q_n-1；

2)Q₂-Q₁＝0，说明径流站2断面生态需水量刚好可以靠径流站1断面满足，不需进行补充也没有盈余水量；

3)Q₂-Q₁＜0，说明径流站1断面生态需水量不仅可以满足径流站2断面生态需水量，而且还有盈余水量，可作他用。

组成河流的s个分段，其生态需水总量为s个河流分段差值量之和，可采用式(1)进行计算：

Q＝(Q_s-Q_s-1)+(Q_s-1-Q_s-2)+…+(Q₁-Q₀)＝Q_s(1)

式中：Q为河流生态需水总量，Q_s为河口断面生态需水量，Q₀为河源断面生态需水量，取Q₀＝0。

以我国黄河流域延河支流生态需水计算为例说明本发明提出的河流生态需水分段分析方法的具体实施方式。

将延河划分为3个生态需水计算区域，不同分段生态需水量根据生态基流和不同生境功能的生态需水量进行计算。其中生态基流利用Tennant法、Texas法以及河流基本生态需水量法计算取最优值，不同生境功能需水考虑自净需水以及输沙需水要求，根据所得结果取外包值作为各河流分段生态需水量。根据各分段相邻径流站断面生态需水差值量，确定延河生态需水总量。延河各径流站断面生态基流量及生境功能需水量确定的生态需水量如表1所示，生态需水差值量如表2所示。在不考虑蒸发、渗漏耗水情况下，河流生态需水总量为11.29亿m³。

表1分段河流径流站断面生态需水量(亿m³)

表2河流分段生态需水差值量(亿m³)

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，包括以下步骤：

步骤1、确定不同径流站断面的生态环境功能，计算不同径流站相应的生态需水量Q_n，Q_n表示第n个径流站所在断面生态需水量,n为自然数；

步骤2、计算不同河流分段的生态需水差值量Q_n-Q_n-1，根据生态需水差值量Q_n-Q_n-1进行不同河流分段生态需水量的补充或分流；

步骤3、将不同河流分段的生态需水差值量加和求得河流生态需水总量Q，根据河流生态需水总量Q进行整条河流生态需水总量的补充或分流。

2.根据权利要求1所述河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，其特征在于：步骤2中的各分段区间生态需水情况有以下三种：

(1)Q_n-Q_n-1＞0，说明第n个径流站所在断面生态需水量不能靠上一个径流站满足，需要进行补充，补充量为Q_n-Q_n-1；

(2)Q_n-Q_n-1＝0，说明第n个径流站所在断面生态需水量刚好可以靠上一个径流站满足，不需进行补充也没有盈余水量；

(3)Q_n-Q_n-1＜0，说明第n-1个径流站所在断面生态需水量不仅可以满足第n个径流站所在断面生态需水量，而且还有盈余水量，可分流作他用。

3.根据权利要求1或2所述河流生态需水分段分析、补充以及分流方法，其特征在于：步骤3中组成河流的s个分段，其生态需水总量为s个河流分段差值量之和，采用式(1)进行计算：

Q＝(Q_s-Q_s-1)+(Q_s-1-Q_s-2)+…+(Q₁-Q₀)＝Q_s (1)

式中：Q为河流生态需水总量，Q_s为河口断面生态需水量，Q₀为河源断面生态需水量，取Q₀＝0；当Q为正值时，需要对整个河流生态需水量进行补充；当Q为负值时，对整个河流盈余水量进行分流。