CN113887965B - 一种流域生态流量核算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流域生态流量核算方法，包括以下步骤：S1、建立生态流量管理系统模型；S2、通过分区自动划分方法，对生态流量管理系统模型进行自动划分，得到各个生态流量分区；S3、通过分类计算方法，计算各个生态流量分区的生态流量组分，建立各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分；S4、根据各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分，建立分区、分期、分类和分级的四分生态流量标准；S5、根据研究流域的供用耗排水量和四分生态流量标准，计算得到研究流域的各生态流量分区的生态流量；本发明解决了现有流域存在水工程高度调控、水资源短缺、水污染严重、河流形态变化大和水生态退化严重的问题。
Description
技术领域
本发明涉及环境和生态水利学技术领域，具体涉及一种流域生态流量核算方法。
背景技术
流域水资源过度开发与水污染问题十分严重，河道断流、生态系统退化，部分河段水文条件发生根本变化，河流生态功能几乎完全丧失，流域水资源短缺与水资源的不合理开发利用导致河道生态水量严重不足。
现有流域存在水利工程高度调控、水资源短缺、水污染严重、河流形态变化大、水生态退化严重的现状，如何调整用水结构，提出具有费效比的生态流量保障方案，是保障河流绿色廊道贯通、生态恢复的关键。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种流域生态流量核算方法解决了现有流域存在水利工程高度调控、水资源短缺、水污染严重、河流形态变化大和水生态退化严重的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种流域生态流量核算方法，包括以下步骤：
S1、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图，建立生态流量管理系统模型；
S2、根据土地利用情况、土壤信息、行政区划、水功能区和水文站点，通过分区自动划分方法，对生态流量管理系统模型进行自动划分，得到各个生态流量分区；
S3、根据水生生态保护目标和陆生生态保护目标，通过分类计算方法，计算各个生态流量分区的生态流量组分，建立各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分；
S4、根据各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分，建立各个时期的分级生态流量预警阈值，根据各个时期的分级生态流量预警阈值建立分区、分期、分类和分级的四分生态流量标准；
S5、根据研究流域的供用耗排水量和四分生态流量标准，计算得到研究流域的各生态流量分区的生态流量。
进一步地，步骤S1包括以下分步骤：
S11、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图；
S12、将DEM高程图上的水源抽象为水源节点，将DEM高程图上的河流抽象为水力连线，将用水点抽象为调水节点，将汇水分流点抽象为汇分流节点；
S13、将各种水事行为进行节点水量分配，并将流量分配至水力连线上，得到生态流量管理系统模型。
进一步地，步骤S12中水源包括：外调水源、本地水源和其他水源。
进一步地，步骤S2中对生态流量管理系统模型进行自动划分的方法包括：广度优先搜索方法、Dijkstra方法、Floyd-Warshall方法和A*搜索方法。
进一步地，步骤S2中各个生态流量分区包括：自然社会属性分区、水生态功能分区、水资源分区和行政区。
进一步地，步骤S3中分类计算方法包括：Tennant方法、流量历时曲线法、湿周法和BBM法。
进一步地，所述步骤S3中生态流量组分包括：生存流量、基础流量、高流量脉冲和漫滩流量。
进一步地，所述步骤S4中各个时期包括：丰水年、平水年、枯水年、丰水期、平水期和枯水期。
进一步地，所述步骤S5中供用耗排水量包括：各行业需水量、地表水资源量、地下水资源量、外流域调水量、取水口的取水量和水库水量；
所述各行业需水量的来源包括：水资源公报、用水年报、地方统计年鉴和水利普查资料。
综上，本发明的有益效果为：
(1)、本发明通过拍摄研究流域的DEM高程图，并将DEM高程图中各部分进行抽象化处理，建立生态流量管理系统模型，便于对节点进行流量分配和计算。
(2)、对生态流量管理系统模型进行分区，便于不同区域的进行不同的流量分配，再根据研究河段的水生生态保护目标和陆生生态保护目标不同生活史阶段的生态需求，建立各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分，保障水生生态保护目标和陆生生态保护目标的生存。
(3)、建立各个时期的分级生态流量预警阈值，结合研究流域的供用耗排量，得到研究流域的各生态流量分区分配的生态流量，再次确保水资源的合理调度，本发明解决了现有河流域存在水利工程高度调控、水资源短缺、水污染严重、河流形态变化大和水生态退化严重的问题。
附图说明
图1为一种流域生态流量核算方法的流程图；
图2为生态流量管理系统模型的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
目前在已有生态流量的研究中，生态流量的计算方法繁多，而这些方法中生态保护目标及其水量需求多不明确，因此本申请根据流域现状特征及未来恢复需求，构建了生态流量分区、生态保护目标分类、不同水期及水平年分期和执行程度预警分级的“四分”生态流量分配方法，解决响应河流生态过程的生态流量底线难以科学确定的难题。当前已有研究生态流量方案中，很多方案与现实水资源急缺及管理状况脱节，在河流的管理中这些方案难以实现，据此本申请结合流域水资源供用耗排格局，研发了以生态流量标准保障为导向，流域尺度内径流、蒸发、各业需水、各业用水及水源工程调度特征与生态流量整体协调的方法，制定了适用于高度人工调控河流的生态流量管理核定方案，实现多准则的生态流量方案体系有机融入水资源日常管理工作，突破了生态流量理论与实践管理脱钩的难题。本申请生态流量标准的确定基于“四分+协调”的生态流量核定技术体系，“四分+协调”的生态流量核定技术具体内涵为：“四分”包括分区、分类、分级、分期，其中【分区】为自然社会属性分区、水生态功能分区、水资源分区及行政区等统筹协调的生态流量管理分区技术；【分类】结合水生态功能分区功能分类，研究提出了河流功能目标(生态功能、生态效益和资源利用)的识别指标体系及识别技术方法，提出了与功能目标对应的生态流量组分结构：生存流量、基础流量、高流量脉冲、漫滩流等组分，并提出了适用的分类生态流量组分计算方法；【分级】结合功能保护要求设定预警等级的生态流量分级技术方法；【分期】按照年内丰枯生态水文节律和不同水平年生态保护与修复规划要求，提出逐月生态流量标准，并按照流域水资源优化利用状况，提出近期与远期控制方案。“协调”为根据研究流域的供用耗排量和各个时期的分级生态流量预警阈值，对研究流域的各区域时段的流量进行分配协调。
本申请的具体实现过程如下：
如图1所示，一种流域生态流量核算方法，包括以下步骤：
S1、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图，建立生态流量管理系统模型；
步骤S1包括以下分步骤：
S11、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图；
S12、将DEM高程图上的水源抽象为水源节点，将DEM高程图上的河流抽象为水力连线，将用水点抽象为调水节点，将汇水分流点抽象为汇分流节点；
S13、将各种水事行为进行节点水量分配，并将流量分配至水力连线上，得到生态流量管理系统模型。
步骤S12中水源包括：外调水源、本地水源和其他水源，其他水源为中水回用，这部分水量在总水量所占比例小，多用于城市生态环境用水，改善城市环境。随着区域社会经济的发展、科学技术的进步、人们节水意识的提高，这部分水源将不断增加，同时城市生态环境需水量也将逐渐增加，流域中水回用率将逐渐提高。
调水节点：用于将供水量延伸到各个模型分区。
汇分流节点：河流域山区段水资源配置布局中的干、支线汇合点和分流点。
如图2所示，模型以河流水系为主干，工程、用户、分汇水点等为节点和相应水力连线构建流域系统图。通过对节点水量进行平衡分析、水库优化调度、地表地下水联合运用等内核，采用优化网络解法，通过优先规则和流量目标对各种水事行为进行节点水量分配和将流量分配到各连线上实现水量平衡。
S2、根据土地利用情况、土壤信息、行政区划、水功能区和水文站点，通过分区自动划分方法，对生态流量管理系统模型进行自动划分，得到各个生态流量分区；
步骤S2中对生态流量管理系统模型进行自动划分的方法包括：广度优先搜索方法、Dijkstra方法、Floyd-Warshall方法和A*搜索方法。
步骤S2中各个生态流量分区包括：自然社会属性分区、水生态功能分区、水资源分区和行政区。
S3、根据水生生态保护目标和陆生生态保护目标，通过分类计算方法，计算各个生态流量分区的生态流量组分，建立各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分；
步骤S3中分类计算方法包括：Tennant方法、流量历时曲线法、湿周法和BBM法。
步骤S3中生态流量组分包括：生存流量、基础流量、高流量脉冲和漫滩流量。
S4、根据各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分，建立各个时期的分级生态流量预警阈值，根据各个时期的分级生态流量预警阈值建立分区、分期、分类和分级的四分生态流量标准；
步骤S4中各个时期包括：丰水年、平水年、枯水年、丰水期、平水期和枯水期。
S5、根据研究流域的供用耗排水量和四分生态流量标准，计算得到研究流域的各生态流量分区的生态流量。
步骤S5中供用耗排水量包括：各行业需水量、地表水资源量、地下水资源量、外流域调水量、取水口的取水量和水库水量；
所述各行业需水量的来源包括：水资源公报、用水年报、地方统计年鉴和水利普查资料。
对发明方法进行验证，以永定河为例：
根据2014年永定河流域供水量的数据对本方法的供水量进行率定验证，结果如表1。本方法计算的农业现状供水量为13.86亿m3，水资源公报中流域农业供水量13.43亿m3，农业供水与实际统计成果吻合较好，误差3％；工业和生活供水根据政府公开发布的数据计算，均比统计成果大，工业、生活供水量分别比统计成果大1.40亿m3、0.36亿m3，增加比例分别为50％、16％，由此可知，本发明的方法能充分保障农业、工业和生活的用水。
表1流域各业供水量率定验证对比表
| 各业需水 | 农业 | 工业 | 生活 | 总供水量 |
| 计算成果 | 13.86 | 4.17 | 2.58 | 20.58 |
| 统计成果 | 13.43 | 2.77 | 2.22 | 19.15 |
Claims (8)
1.一种流域生态流量核算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图，建立生态流量管理系统模型；
具体的，所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、摄取得到生态流量研究流域的DEM高程图；
S12、将DEM高程图上的水源抽象为水源节点，将DEM高程图上的河流抽象为水力连线，将用水点抽象为调水节点，将汇水分流点抽象为汇分流节点；
S13、将各种水事行为进行节点水量分配，并将流量分配至水力连线上，得到生态流量管理系统模型；
S2、根据土地利用情况、土壤信息、行政区划、水功能区和水文站点，通过分区自动划分方法，对生态流量管理系统模型进行自动划分，得到各个生态流量分区；
S3、根据水生生态保护目标和陆生生态保护目标，通过分类计算方法，计算各个生态流量分区的生态流量组分，建立各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分；
S4、根据各个生态流量分区的分期、分类生态流量组分，建立各个时期的分级生态流量预警阈值，根据各个时期的分级生态流量预警阈值建立分区、分期、分类和分级的四分生态流量标准；
S5、根据研究流域的供用耗排水量和四分生态流量标准，计算得到研究流域的各生态流量分区的生态流量。
2.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S12中水源包括：外调水源、本地水源和其他水源。
3.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S2中对生态流量管理系统模型进行自动划分的方法包括：广度优先搜索方法、Dijkstra方法、Floyd-Warshall方法和A*搜索方法。
4.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S2中各个生态流量分区包括：自然社会属性分区、水生态功能分区、水资源分区和行政区。
5.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S3中分类计算方法包括：Tennant方法、流量历时曲线法、湿周法和BBM法。
6.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S3中生态流量组分包括：生存流量、基础流量、高流量脉冲和漫滩流量。
7.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S4中各个时期包括：丰水年、平水年、枯水年、丰水期、平水期和枯水期。
8.根据权利要求1所述的流域生态流量核算方法，其特征在于，所述步骤S5中供用耗排水量包括：各行业需水量、地表水资源量、地下水资源量、外流域调水量、取水口的取水量和水库水量；
所述各行业需水量的来源包括：水资源公报、用水年报、地方统计年鉴和水利普查资料。
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