CN115689058A - 一种确定大型水库工程生态调度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定大型水库工程生态调度的方法，首先，确定保护河段代表性鱼类的生态习性和产卵期栖息条件。选取代表性鱼类分布河段作为保护河段，通过构建河流水动力模型模拟该河段不同水文条件的水文情势，包括流速、水深等。根据天然长系列水文资料，采用排频法选取生态调度目标，提出生态调度方案初步要求。利用构建的水动力模型模拟生态调度初步方案提出的流量过程，计算不同水文条件下保护河段的流速、水深能否满足代表性鱼类产卵条件。经过栖息生境指标对比和方案优化，确定不同典型年水库工程生态调度要求，得出生态调度最终推荐方案。能适合不同典型年大型水库生态调度需求，有效保护水库坝下河段河流生态系统。
Description
技术领域
本发明属于生态环保与水资源开发利用技术领域，涉及确定大型水库工程生态调度的方法。
背景技术
我国大型水库工程调度运行主要围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合效益进行。水库管理和调度运行的主要任务是处理、协调防洪和兴利的矛盾，以及兴利任务之间的矛盾。生态基流作为大型水库工程的基本要求在工程建设中均可以实现，新建水库工程均考虑泄放一定生态基流。然而，生态流量是对水库工程提出的最基本生态要求，随着生态需求的精细化，对水库调度运行提出了更高的要求。目前没有系统的确定生态调度的方法，生态调度主要通过水文法确定，方法尚不完善，对保护河段代表性鱼类与水文过程及水动力条件的关系研究比较薄弱，难以支撑大型水库工程生态调度方案的确定，也难以保障生态调度的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，为减轻大型水库大坝建设对河道水生生态环境的影响，在水库常规调度的基础上，提出了一种确定大型水库生态调度的方法，从代表性鱼类栖息生境条件需求角度改变传统的水库调度方式，更好地实现了生态调度的意义。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种确定大型水库工程生态调度的方法，包括以下步骤：
(1)确定代表性鱼类和鱼类产卵期栖息生境条件：根据大型水库所在河流水生态调查，明确保护河段的代表性鱼类及代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件，包括流速V0和水深H0；
(2)构建保护河段河流水动力模型：根据河道地形特征、水文特征、底质及岸边带生态系统特征，选取适合代表性鱼类产卵的断面为保护河段典型断面，对典型断面的地形剖面、流场条件、生境条件进行现场勘测，模拟各典型断面不同水文条件下流速、水深过程，结合实测断面水位流量曲线进行参数率定和模型验证；
(3)选取天然长系列水文资料，采用水文排频法，鱼类产卵期的最大日流量作为生态调度峰值流量，以满足峰值流量为前提，按照枯水年、平水年、丰水年分别选取3天、5天、7天的洪峰流量过程，作为生态调度初步方案；
(4)利用步骤(2)构建河流水动力模型和步骤(3)提出的生态调度初步方案，通过模拟步骤(3)提出的天然小洪峰，计算不同流量条件下保护河段典型断面的流速V1、水深H1情况，与步骤(1)确定的鱼类产卵期栖息生境条件耦合，当模拟流速V1≥V0、模拟水深H1≥H0时，即为满足鱼类栖息生境条件，据此分析满足程度；
(5)优化天然洪峰过程，提出生态调度方案：根据步骤(4)天然小洪峰过程与鱼类产卵期栖息生境条件耦合分析结果，优化不同典型年生态调度方案，调整流量过程，直至洪峰过程100％满足鱼类产卵期栖息生境条件，以优化调整后的流量过程作为最终的生态调度方案；
(6)结合水库兴利调度，根据枯水年、平水年、丰水年来水情况，复核生态调度满足程度，提出生态调度运行管理的要求，最终落实生态调度方案。
2、根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(1)中保护河段指大型水库坝下河段。
步骤(1)中，代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件包括代表性鱼类的产卵期、刺激鱼类产卵的适宜流速范围、保证鱼类产卵的适合水深范围。
步骤(2)中，生境条件是指岸边带植被、河道底质。
步骤(5)中，最终生态调度方案包括持续时间、峰值流量、所需水量、适用典型年。
本发明的有益效果是：本发明结合了生态学、生物学、水文学、水力学等多学科，提出了一套系统的确定生态调度的方法，能够准确的获得河流生态系统及其代表性鱼类产卵期栖息生境的水动力条件，解决了水库调度不能真实反映鱼类繁殖期实际需求的问题，具有可操作性和目标可达性。
附图说明
图1是本发明确定大型水库工程生态调度方法的流程示意图；
图2是西南某大型水库工程考虑生态调度的供水调度图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定代表性鱼类和鱼类产卵期栖息生境条件：根据大型水库所在河流水生态调查，明确保护河段的代表性鱼类及代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件，包括流速V0和水深H0；
(2)构建保护河段河流水动力模型：根据河道地形特征、水文特征、底质及岸边带生态系统特征，选取适合代表性鱼类产卵的断面为保护河段典型断面，对典型断面的地形剖面、流场条件、生境条件进行现场勘测，模拟各典型断面不同水文条件下流速、水深过程，结合实测断面水位流量曲线进行参数率定和模型验证；
(3)选取天然长系列水文资料，采用水文排频法，鱼类产卵期的最大日流量作为生态调度峰值流量，以满足峰值流量为前提，按照枯水年、平水年、丰水年分别选取3天、5天、7天的洪峰流量过程，作为生态调度初步方案；
(4)利用步骤(2)构建河流水动力模型和步骤(3)提出的生态调度初步方案，通过模拟步骤(3)提出的天然小洪峰，计算不同流量条件下保护河段典型断面的流速V1、水深H1情况，与步骤(1)确定的鱼类产卵期栖息生境条件耦合，当模拟流速V1≥V0、模拟水深H1≥H0时，即为满足鱼类栖息生境条件，据此分析满足程度；
(5)优化天然洪峰过程，提出生态调度方案：根据步骤(4)天然小洪峰过程与鱼类产卵期栖息生境条件耦合分析结果，优化不同典型年生态调度方案，调整流量过程，直至洪峰过程100％满足鱼类产卵期栖息生境条件，以优化调整后的流量过程作为最终的生态调度方案；
(6)结合水库兴利调度，根据枯水年、平水年、丰水年来水情况，复核生态调度满足程度，提出生态调度运行管理的要求，最终落实生态调度方案。
2、根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(1)中保护河段指大型水库坝下河段。
步骤(1)中，代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件包括代表性鱼类的产卵期、刺激鱼类产卵的适宜流速范围、保证鱼类产卵的适合水深范围。
步骤(2)中，生境条件是指岸边带植被、河道底质。
步骤(5)中，最终生态调度方案包括持续时间、峰值流量、所需水量、适用典型年。
本发明以减轻水库工程建设对下游河段水生生态系统及代表性鱼类的影响为目标，通过水生生态调查、水动力模型构建、水文排频提出初步生态调度方案、与代表性鱼类产卵期栖息生境条件耦合、优化生态调度方案等等一系列过程，提出水库工程生态调度运行方案。
本发明综合考虑了保护河段代表性鱼类产卵期的栖息生境需求，充分考虑了生物需求，符合天然生态系统特征；采用生态水利学法构建模型，经过了现场勘测率定和验证，同时模拟的天然小洪峰过程是经过长系列水文过程排频得出，更符合工程建设前保护河段天然水文过程。生态调度方案经过初拟、与确定的栖息生境条件进行了耦合优化，鱼类产卵期生境条件程度达到100％，成果更符合代表性鱼类的需求。生态调度方案与水库工程的兴利调度结合，明确了工程运行中生态调度满足程度，确定方案的可操作性和可达性。
下面以西南地区某大型水库为实施例进一步详细说明：
(1)代表性鱼类确定、栖息生境条件确定。
收集该大型水库所在河流干流以及支流水生生物历史调查资料，同时在鱼类繁殖期进行典型断面水生生态调查，并走访了当地渔业主管部门，确定该水库所在整个干流作为保护河段，当地土著鱼类鲇鱼、黄颡鱼、大眼鳜等具有种质资源的价值。根据实测鱼类产卵场栖息生境条件，同时进行实验室模拟，确定了代表性鱼类的产卵期及产卵所需生境条件。产卵刺激流速不小于0.2m/s，水深不小于0.5m，水温不低于18℃～20℃。产卵期一般为4～6月份。
(2)保护河段河道地形、流场等勘测，构建水动力模型。
根据河道地形、鱼类产卵场分布的保护河段，确定了6个典型断面，进行现场地形勘测、流速、流量、水深监测。构建一维非恒定流水动力模型，以流量为模型上边界、水位为模型下边界进行保护河段水动力模拟。模拟6个典型断面不同水文条件下流速、水深过程，并结合实测断面水位流量曲线进行参数率定和模型验证。
(3)水文法初选不同典型年天然小洪峰，确定生态调度初步方案。
选取1958～2014年4～6月份天然系列水文资料，选取20％频率天然小洪峰过程的最大日流量作为生态调度峰值流量，筛选出1974年5月、1960年5月、1982年4月连续三日流量过程，1982年4月连续五日流量过程、2002年5月连续七日流量过程为典型流量过程，作为生态调度初步方案。
(4)模拟生态调度初步方案，与鱼类产卵期栖息生境条件耦合。
利用步骤2构建的水动力模型模拟3提出的天然小洪峰代入模型模拟，得出不同水文条件下6个典型断面的流速、水深情况，耦合步骤1确定的鱼类产卵期栖息生境条件。统计在枯水年、平水年、丰水年条件下典型断面模拟成果能否满足鱼类产卵条件。统计发现，部分断面不能满足产卵流速要求，即不能100％满足代表性鱼类产卵条件。
(5)优化天然洪峰过程，提出生态调度方案。
结合步骤4的分析结果，优化了生态调度方案，并对优化后的水文过程进行模拟，使得所有断面均能满足代表性鱼类的产卵条件，即100％满足鱼类产卵条件。根据优化后的生态调度方案确定了枯水年峰值流量为15.48m3/s，生态调度时间持续3天，相应水量327.47万m3；平水年峰值流量16.72m3/s，生态调度持续5天，相应水量543.28万m3/s；丰水年峰值流量为17.63m3/s，相应水量791.1万6m3。同时提出了生态调度的逐日流量过程。
(6)结合水库兴利调度，复核生态调度满足程度，确定调度方案。结合该大型水库兴利调度，复核工程运行期水资源量及流量能否满足生态调度方案的要求，经复核可满足生态调度要求，方案提出生态调度的运行管理要求，并提出考虑生态调度的大型水库供水调度图。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (5)
1.一种确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定代表性鱼类和鱼类产卵期栖息生境条件：根据大型水库所在河流水生态调查，明确保护河段的代表性鱼类及代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件，包括流速V0和水深H0；
(2)构建保护河段河流水动力模型：根据河道地形特征、水文特征、底质及岸边带生态系统特征，选取适合代表性鱼类产卵的断面为保护河段典型断面，对典型断面的地形剖面、流场条件、生境条件进行现场勘测，模拟各典型断面不同水文条件下流速、水深过程，结合实测断面水位流量曲线进行参数率定和模型验证；
(3)选取天然长系列水文资料，采用水文排频法，鱼类产卵期的最大日流量作为生态调度峰值流量，以满足峰值流量为前提，按照枯水年、平水年、丰水年分别选取3天、5天、7天的洪峰流量过程，作为生态调度初步方案；
(4)利用步骤(2)构建河流水动力模型和步骤(3)提出的生态调度初步方案，通过模拟步骤(3)提出的天然小洪峰，计算不同流量条件下保护河段典型断面的流速V1、水深H1情况，与步骤(1)确定的鱼类产卵期栖息生境条件耦合，当模拟流速V1≥V0、模拟水深H1≥H0时，即为满足鱼类栖息生境条件，据此分析满足程度；
(5)优化天然洪峰过程，提出生态调度方案：根据步骤(4)天然小洪峰过程与鱼类产卵期栖息生境条件耦合分析结果，优化不同典型年生态调度方案，调整流量过程，直至洪峰过程100％满足鱼类产卵期栖息生境条件，以优化调整后的流量过程作为最终的生态调度方案；
(6)结合水库兴利调度，根据枯水年、平水年、丰水年来水情况，复核生态调度满足程度，提出生态调度运行管理的要求，最终落实生态调度方案。
2.根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(1)中保护河段指大型水库坝下河段。
3.根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(1)中，代表性鱼类的产卵期所需栖息生境条件包括代表性鱼类的产卵期、刺激鱼类产卵的适宜流速范围、保证鱼类产卵的适合水深范围。
4.根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(2)中，生境条件是指岸边带植被、河道底质。
5.根据权利要求1所述确定大型水库工程生态调度的方法，其特征在于，步骤(5)中，最终生态调度方案包括持续时间、峰值流量、所需水量、适用典型年。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116149187A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-23 | 长江水资源保护科学研究所 | 一种用于水库库尾鱼类栖息地生境保护的生态调度方法 |
| CN117541078A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-09 | 交通运输部规划研究院 | 一种基于人工运河开发的生态保护策略定制方法 |
| CN117973706A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 融合鱼类生态流量过程水温过程需求的水库生态调度方法 |
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2022
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| CN116149187B (zh) * | 2023-02-20 | 2024-02-20 | 长江水资源保护科学研究所 | 一种用于水库库尾鱼类栖息地生境保护的生态调度方法 |
| CN117541078A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-09 | 交通运输部规划研究院 | 一种基于人工运河开发的生态保护策略定制方法 |
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| CN117973706A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 融合鱼类生态流量过程水温过程需求的水库生态调度方法 |
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