CN109784527A

CN109784527A - 一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法

Info

Publication number: CN109784527A
Application number: CN201811479977.0A
Authority: CN
Inventors: 赵长森; 郝芳华; 杨胜天; 刘昌明; 邵南方
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，包括以下步骤：河段泛化；确定生态流速和水质标准；确定生态流量；确定水环境容量。本发明通过对鱼类生理需求的考虑，得到更加符合水生态系统实际状况的水质指标范围，通过流速、流量、污染物浓度的迭代计算确定流速调节系数和污染物控制系数，指导流量调节和污染物排放的控制以达到在满足生态需求下的河流优化调度。本发明可操作性强、所需实测数据少、应用范围广，对于保持河流健康、指导河流调度具有重要意义。

Description

一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其涉及一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法。

背景技术

淡水生态系统为人类提供众多服务，对人类社会的生存发展至关重要，河流是淡水生态系统的主要载体之一，健康的河流生态系统是维持淡水生态系统健康的基础，河流的流量和水质是评估河流健康程度的两个主要指标，适宜的流量和水质是鱼类等水生物生存繁殖必不可少的条件，也是维持河流健康的重要基础。

但是对于河流生态需水的研究多注重于水量，对水生物的需求考虑不足，对水质需求的考虑较少且多以水质标准为参考，以至于实际水生物的生存所依赖的水量水质条件并不能得到很好的满足，基于代表性水生物鱼类的耐受性研究河流所需的水质与水量，并给出调节系数指导流量调节和污染物排放的控制以达到在满足生态需求下的河流优化调度，对于保持河流健康，指导河流调度具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，包括以下步骤：

1)河段泛化；

2)确定生态流速和水质标准；

3)确定生态流量；

4)确定水环境容量。

进一步地，步骤1)具体为：

获得河段内排污口和支流汇入的流量和污染物浓度，以及各个汇入点与下游断面的距离，流量用O表示，浓度用J表示，距离用l表示，利用公式一进行排污口的泛化；

式中，i代表第i个排污口或支流，a为排污口和支流总数，L为泛化的排污口与下游断面的距离。

进一步地，步骤2)具体为：

根据河段内鱼类生存繁殖的需求确定河段内应保持的流速范围和污染物浓度范围，用R_d表示生态流速，R_min表示生态流速的最小阈值，R_max表示生态流速的最大阈值，R_d∈[R_min，R_max]；用J_d表示适宜的污染物浓度，J_min表示污染物浓度最小阈值，J_max表示污染物浓度的最大阈值，J_d∈[J_min，J_max]。

进一步地，步骤3)具体为：

根据改进的生态水力半径法，采用公式二计算生态流量，生态流量用O_d表示；

式中，n代表糙率，R代表水力半径，J代表水力坡度。

进一步地，步骤4)具体为：

根据一维水质模型和污染物平衡方程，采用公式三计算水环境容量，水环境容量用P表示；

式中，O₀、J₀代表上游断面的流量和污染物浓度，J₁代表任一断面的污染物浓度，o为上游断面到这一断面间输入的流量，l₁上游断面到这一断面的距离，k为污染物综合退化系数，R为两个断面间的平均流速。

进一步地，步骤4)中，由于生态流速R_d∈[R_min，R_max]，可计算出P∈[P_min，P_max]。

进一步地，步骤4)中，流速调节系数用a表示，污染物控制系数用b表示，P_s根据公式一、三计算得到，

进一步地，步骤4)中，由于O_d、R_d、P相互影响，需要通过多次迭代计算，以R_d∈[R_min，R_max]，J_d∈[J_min，J_max]为控制条件得到a，b的取值范围a∈[a_min，a_max]、b∈[b_min，b_max]，根据实际情况选择a、b的取值进行河流生态调度。

综上，根据以上步骤可以确定满足鱼类生理需求的河流流量和水质，并且河流管理人员可以根据调节系数指导流量调节和污染物排放的控制以达到在满足生态需求下的河流优化调度。

本发明的有益效果在于：

本发明是根据鱼类耐受性确定河流生态流量和水质需求，并根据调节系数指导流量调节和污染物排放的控制，与现有技术相比，本发明通过对实际水生物需求的考虑，得到更加符合水生态系统实际状况的水质指标范围，通过流速、流量、污染物浓度的迭代计算确定流速调节系数和污染物控制系数，指导流量调节和污染物排放的控制以达到在满足生态需求下的河流优化调度。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，包括以下步骤：

步骤一：河段泛化：

获得河段内排污口和支流汇入的流量和污染物浓度，以及各个汇入点与下游断面的距离，流量用O表示，浓度用J表示，距离用l表示，利用公式一进行排污口的泛化。

公式一：

步骤二：确定生态流速和水质标准：

根据河段内鱼类生存繁殖的需求确定河段内应保持的流速范围和污染物浓度范围，用R_d表示生态流速，R_min表示生态流速的最小阈值，R_max表示生态流速的最大阈值，R_d∈[R_min，R_max]，用J_d表示适宜的污染物浓度，J_min表示污染物浓度最小阈值，J_max表示污染物浓度的最大阈值，J_d∈[J_min，J_max]。

步骤三：确定生态流量：

根据改进的生态水力半径法，采用公式二计算生态流量，生态流量用O_d表示。

公式二：

式中，n代表糙率，R代表水力半径，J代表水力坡度。

步骤四：确定水环境容量：

(1)根据一维水质模型和污染物平衡方程，采用公式三计算水环境容量，水环境容量用P表示。

公式三：

(2)由于生态流速R_d∈[R_min，R_max]，可计算出P∈[P_min，P_max]。

(3)流速调节系数用a表示，污染物控制系数用b表示，P_s根据公式一、三计算得到，

(4)由于O_d、R_d、P相互影响，需要通过多次迭代计算，以R_d∈[R_min，R_max]，J_d∈[J_min，J_max]为控制条件得到a，b的取值范围a∈[a_min，a_max]、b∈[b_min，b_max]，根据实际情况选择a、b的取值进行河流生态调度。

本发明通过对鱼类生理需求的考虑，得到更加符合水生态系统实际状况的水质指标范围，通过流速、流量、污染物浓度的迭代计算确定流速调节系数和污染物控制系数，指导流量调节和污染物排放的控制以达到在满足生态需求下的河流优化调度。本发明可操作性强、所需实测数据少、应用范围广，对于保持河流健康、指导河流调度具有重要意义。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)河段泛化；

2)确定生态流速和水质标准；

3)确定生态流量；

4)确定水环境容量。

2.根据权利要求1所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：

3.根据权利要求2所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：

4.根据权利要求3所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：

式中，n代表糙率，R代表水力半径，J代表水力坡度。

5.根据权利要求4所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：

6.根据权利要求5所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤4)中，由于生态流速R_d∈[R_min，R_max]，可计算出P∈[P_min，P_max]。

7.根据权利要求6所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤4)中，流速调节系数用a表示，污染物控制系数用b表示，P_s根据公式一、三计算得到，

8.根据权利要求7所述的确定河流生态系统对流量和水质需求的方法，其特征在于：所述步骤4)中，由于O_d、R_d、P相互影响，需要通过多次迭代计算，以R_d∈[R_min，R_max]，Jd∈[J_min，J_max]为控制条件得到a，b的取值范围a∈[a_min，a_max]、b∈[b_min，b_max]，根据实际情况选择a、b的取值进行河流生态调度。