CN116151592A - 生态流量的确定和保障方法及系统 - Google Patents

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CN116151592A CN202310405719.2A CN202310405719A CN116151592A CN 116151592 A CN116151592 A CN 116151592A CN 202310405719 A CN202310405719 A CN 202310405719A CN 116151592 A CN116151592 A CN 116151592A
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王文鹏
李燕磊
杨春娣
王立风
张桓玮
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Nanchang Institute of Technology
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Abstract

本发明提出一种生态流量的确定和保障方法及系统，该方法包括：获取所有生物保护对象的适宜生态流速范围；计算出每个月度的基于生物保护对象生态流量值；并计算每个月度的生态基流，构建基于组分结构的生态流量年度过程；预测不同丰枯条件下的天然来水量，确定每个月份的用水需求量，并计算年度缺水总量，再计算年度缺水率；根据年度缺水率计算全年各类用水的压减率，以根据压减率对各类用水量进行调整，并得到压减后基于组分结构的生态流量年度过程。本发明提出的生态流量的确定和保障方法，能够精准计算流域全年的生态流量，根据年度缺水率精确调整全年每个月份中各类用水量，以平衡各种用水需求，进而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾。

Description

生态流量的确定和保障方法及系统
技术领域
本发明涉及环境和生态水利学技术领域，特别涉及一种生态流量的确定和保障方法及系统。
背景技术
随着社会经济快速发展及水利工程相继实施，流域水资源开发利用带来的负面影响日益显现，虽然大多数情况下最低生态水位和断面基本生态水量均完全达标，但枯水期河流生态流量、湖泊生态水位满足程度不高，基本生态水量目标过低的情况仍然存在，且重点河湖敏感生态需水保障情况不容乐观。
此外，受地区性和季节性水资源短缺，且水资源时空分布不均的影响，很多地方存在供需不平衡的问题。在水资源紧缺时段，生态用水的高要求与生活、生产等其它用水需求之间的矛盾更加突出；因此，明确河湖生态保护对象与生态流量目标，缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾，具有非常高的社会价值。
发明内容
基于此，本发明的目的是提出一种生态流量的确定和保障方法，以明确河湖生态保护对象与生态流量目标，统筹调整全年中流域内各用水类别的用水问题，进而解决流域存在的用水供需不平衡的问题，极大地缓解了流域的生活、生产和生态用水矛盾。
根据本发明提出的一种生态流量的确定和保障方法，所述方法包括：
确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
综上，根据上述的生态流量的确定和保障方法，通过分别确定敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，以精确计算出目标流域每个月度基于生物保护对象的生态流量值，进而再评估得到目标流域的年度缺水程度，以根据年度缺水总量精确调整全年各种用水类别的用水，以平衡各种用水需求，进而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾。具体为：首先确定目标流域中存在的所有生物保护对象，研究各种生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，进而确定每个月度的生态流速值，而后根据每个月度的生态流速值求出对应的每个月度基于生物保护对象的生态流量值并构建其年度流量过程，接着再计算每个月度的生态基流并构建其年度过程，继而构建基于组分结构的生态流量年度过程；对不同丰枯条件下的来水量进行预测，确定每个月份的用水需求量，计算年度用水需求总量，并计算得到年度缺水总量，再计算得到年度缺水率，评估用水短缺程度；根据年度缺水总量计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据压减率对每种类别的用水量进行调整，计算得到压减后基于组分结构的生态流量年度过程，以保障各种用水类别的用水供需平衡，从而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾，具有非常高的社会价值。
进一步地，所述根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值的步骤包括：
根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值。
进一步地，所述将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程的步骤包括：
监测所述目标流域在不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量，并根据不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量拟合出多条流量-流速关系式；
从多条流量-流速关系式中筛选出拟合优度最高的作为最终流量-流速关系式，并根据所述最终流量-流速关系式和全年中每个月度的生态流速值计算得到全年中每个月度基于生物保护对象的生态流量值。
进一步地，所述根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量的步骤包括：
根据以下公式计算得到所述每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
表示每个月份基于组分结构的生态流量，/>
Figure SMS_3
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，/>
Figure SMS_4
表示每个月度的生态基流。
进一步地，所述用水需求量包括生产需水量、生活需水量和生态环境需水量，所述预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到年度缺水率的步骤包括：
根据以下公式计算得到所述生态环境需水量：
Figure SMS_5
其中，WRi表示第i月的生态环境需水量，WRIi表示第i月的河道内需水量，
Figure SMS_6
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值，Di表示第i月的天数，/>
Figure SMS_7
表示第i月的河道外需水量；
根据以下公式计算得到所述生活需水量：
Figure SMS_8
WLi表示第i月的居民生活需水量，单位为立方米，Nvi表示第i月的城镇用水居民人数，Mvi表示第i月的城镇人均生活用水定额，单位为立方米，Nti表示第i月的农村用水居民人数，Mti表示第i月的农村人均生活用水定额，单位为立方米，Di表示第i月的天数；
根据以下公式计算得到所述生产需水量：
Figure SMS_9
其中：
Figure SMS_10
表示第i月的生产需水量，/>
Figure SMS_11
表示第i月的农业需水量，/>
Figure SMS_12
表示第i月的工业需水量；
根据以下公式计算得到所述用水需求量：
Figure SMS_13
其中，
Figure SMS_14
表示第i月的用水需求量；
根据以下公式计算得到年度用水需求总量：
Figure SMS_15
其中，
Figure SMS_16
表示年度用水需求总量。
进一步地，所述预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到年度缺水率的步骤还包括：
获取目标流域的工程供水量，并根据不同丰枯条件下的来水频率获取所述目标流域每个月份的天然来水量，以根据所述天然来水量和所述工程供水量计算得到每个月份的可供水量，并根据每个月份的可供水量计算得到所有缺水月份的缺水总量；
根据以下公式计算得到每个月份的可供水量：
Figure SMS_17
其中，WTi表示第i月的可供水量，WNi表示第i月的天然来水量，
Figure SMS_18
表示第i月的天然来水平均流量，Di表示第i月的天数，WCi表示第i月的弃水量，WEi表示第i月的工程供水量；
根据以下公式计算得到年度缺水总量：
Figure SMS_19
其中，WD表示年度缺水总量，n表示缺水年份内的缺水月份的数量；
根据以下公式计算得到所述年度缺水率：
Figure SMS_20
其中，PD表示年度缺水率。
进一步地，所述根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程的步骤包括：
根据所述年度缺水率评估对应的年度缺水程度，年度缺水程度包括轻型缺水、中型缺水以及重型缺水，并根据所述年度缺水程度和不同用水类别的压缩水量占比表获取每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围；
构建与每种丰枯条件分别对应的年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对每个所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比；
对生物保护对象用水与生态基流用水进行压减，得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量，以根据月度生态流量构建压减后基于组分结构的年度流量过程；
根据以下公式计算得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_21
其中：
Figure SMS_22
、/>
Figure SMS_23
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水的压缩率，/>
Figure SMS_24
、/>
Figure SMS_25
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水压缩水量占比，/>
Figure SMS_26
表示压减后每个月份的基于组分结构的生态流量，/>
Figure SMS_27
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，/>
Figure SMS_28
表示每个月度的生态基流。
进一步地，所述构建与每种丰枯条件分别对应的年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对每个所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比的步骤包括：
根据以下公式构建所述年度用水量方程组：
Figure SMS_29
其中：
Figure SMS_31
表示年总压缩水量，/>
Figure SMS_33
、/>
Figure SMS_36
、/>
Figure SMS_32
、/>
Figure SMS_35
分别表示生活需水压缩水量占比、工业需水压缩水量占比、河道外需水压缩水量占比、农业需水压缩水量占比，/>
Figure SMS_39
、/>
Figure SMS_40
、/>
Figure SMS_30
、/>
Figure SMS_34
分别表示生活需水量、工业需水量、河道外需水量、农业需水量，Di表示第i月的天数,/>
Figure SMS_37
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值,/>
Figure SMS_38
表示目标流域内第i月压减后的基于组分结构的生态流量值。
本发明还提供一种生态流量的确定和保障系统，所述系统包括：
生态流速检索模块，用于确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
基于生物保护对象的生态流量计算模块，用于根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
基于组分结构的生态流量构建模块，用于计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
年度缺水率计算模块，用于预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
压减率计算模块，用于根据所述年度缺水总量计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种类别的用水量进行调整，并且得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程;
基于组分结构的生态流量调整模块，用于根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
进一步地，所述基于生物保护对象的生态流量计算模块还包括：
敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
非敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
生态流速值计算单元，用于根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的生态流量的确定和保障方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提出的生态流量的确定和保障方法的流程图；
图3为本发明第二实施例中的流量-流速关系式示意图；
图4为本发明第三实施例提出的生态流量的确定和保障系统的结构示意图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的生态流量的确定和保障方法的流程图，该生态流量的确定和保障方法包括步骤S01至S05，其中：
步骤S01：确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
需要说明的是，在本实施例中，一般通过对目标流域进行现场调查或者当地水环境监测资料等方式来确定流域的生物保护对象种类及其敏感期与非敏感期的时间，重点考虑敏感期，敏感期和非敏感期计算的时间构成一整年。
步骤S02：根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
需要说明的是，敏感期包括一年中的若干月，非敏感期包括一年中的剩余月份，进而能够根据敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围能够确定每个月度的生态流速值。
步骤S03：计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
需要说明的是，在本步骤中，将生态流量本质上划分为两类组分，一类是满足非生物对象包括河湖基本形态、基本栖息地、基本自净能力等的生态基流，另一类是满足生物保护对象即水生生物多样性的生态流量。
生态基流的计算方法包括Tennant法、Qp法等水文学法，可以根据目标流域的实际情况选择合适的生态基流计算方法。
步骤S04：预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
可以理解的是，由于本方案需要预测未来全年的缺水情况，为了预测的更加准确，因此会考虑在不同水枯条件下的天然来水量，进而基于不同的水枯条件，得到在不同天然来水量情况下分别对应的缺水预测结果。
步骤S05：根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
需要说明的是，用水类别包括居民生活用水、工业用水、公共设施用水、道路浇洒及绿化用水、农业用水、生物保护对象用水、生态基流用水，通过年度缺水率以精准调控各个用水类别的压减率，进而对每种用水类别的用水量进行调整，从而有效保障各种用水类别的用水供需平衡。
综上，根据上述的生态流量的确定和保障方法，通过分别确定敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，以精确计算出目标流域每个月度基于生物保护对象的生态流量值，进而再评估得到目标流域的年度缺水程度，以根据年度缺水总量精确调整全年各种用水类别的用水，以平衡各种用水需求，进而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾。具体为：首先确定目标流域中存在的所有生物保护对象，研究各种生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，进而确定每个月度的生态流速值，而后根据每个月度的生态流速值求出对应的每个月度基于生物保护对象的生态流量值并构建其年度流量过程，接着再计算每个月度的生态基流并构建其年度过程，继而构建基于组分结构的生态流量年度过程；对不同丰枯条件下的来水量进行预测，确定每个月份的用水需求量，计算年度用水需求总量，并计算得到年度缺水总量，再计算得到年度缺水率，评估用水短缺程度；根据年度缺水总量计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据压减率对每种类别的用水量进行调整，计算得到压减后基于组分结构的生态流量年度过程，以保障各种用水类别的用水供需平衡，从而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾，具有非常高的社会价值。
请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的生态流量的确定和保障方法的流程图，该方法包括步骤S101至步骤S108，其中：
步骤S101：确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
步骤S102：根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值；
在确定每个年月的生态流速值的过程中，首先根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
再根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
示例性地，生物保护对象即指鱼类生物，而对于敏感期，其计算方式如下：
Figure SMS_41
且/>
Figure SMS_42
式中：
Figure SMS_43
表示的鱼的种类，m=1、2、...、a，a表示敏感期所考虑的鱼类总数，Vla表示第a类鱼类的在敏感期的生态流速下限值，Vua表示第a类鱼类的在敏感期的生态流速上限值，
Figure SMS_44
表示敏感期生物保护对象的生态流速值。
对于非敏感期，计算方式如下：
Figure SMS_45
且/>
Figure SMS_46
式中：
Figure SMS_47
代表鱼的种类，/>
Figure SMS_48
=1、2、...、b，b表示非敏感期考虑的鱼类总数，Vlb表示第b类鱼类的在敏感期的生态流速下限值，Vub表示第b类鱼类的在敏感期的生态流速上限值，
Figure SMS_49
表示非敏感期生物保护对象的生态流速值。
示例而非限定，以某流域为例，确定该流域的主要生物保护对象有四大家鱼（青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼）、马口鱼、罗非鱼和光唇鱼等。
主要考虑鱼类产卵育幼期，包括洄游、产卵、幼鱼。通过大量的文献查阅，目前关于罗非鱼、光唇鱼、马口鱼的敏感期研究还很缺乏，本案例主要考虑四大家鱼的敏感期。综合考虑流域、气候以及实验设施等的差异性，确定它们的洄游产卵时期为4-7月，幼鱼生长期为5-9月。非敏感期，主要考虑鱼类生长（敏感期之外的月份），研究的生物保护对象包括前述所有鱼类。
通过文献检索，得出青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼在敏感期对流速的需求，以及它们在幼鱼期的需求，详情下表1。
表1生物保护对象敏感期适宜流速表（单位：m/s）
Figure SMS_50
综合考虑四大家鱼洄游与产卵过程，同时考虑其鱼卵漂浮与胚胎发育要求；采用0.4m/s作为敏感期所需的适宜流速值。
同样，通过文献检索和查阅，得出青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼以及马口鱼、罗非鱼和光唇鱼在非敏感期对流速的需求，详情下表2：
表2 生物保护对象生长生活适宜流速表（单位：m/s）
Figure SMS_51
综合考虑七种鱼类的适宜流速条件，将生物保护对象非敏感期所需的适宜流速值确定为0.3m/s。
步骤S103：监测所述目标流域在不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量，并根据不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量拟合出多条流量-流速关系式；
步骤S104：从多条流量-流速关系式中筛选出拟合优度最高的作为最终流量-流速关系式，并根据所述最终流量-流速关系式和全年中每个月度的生态流速值计算得到全年中每个月度基于生物保护对象的生态流量值。
请参阅图3，所示为监测该流域流速与流量数据而拟合出的流量-流速关系式示意图，根据步骤S103和步骤S104中的方案，确定最终流量-流速关系式为拟合优度0.985的函数表达式。
示例而非限定，请参阅下表3，所示为根据表1至表2的数据进而得到的每个月度的生态流量值的汇总表，即基于生物保护对象的年度生态流量过程。
表3 基于生物保护对象的年度生态流量过程
Figure SMS_52
步骤S105：根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
根据以下公式计算得到所述每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_53
其中，
Figure SMS_54
表示每个月份基于组分结构的生态流量，m³/s；/>
Figure SMS_55
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，m³/s；/>
Figure SMS_56
表示每个月度的生态基流，m³/s。
请参阅下表4，所示为该流域的每个月的基于组分结构的生态流量值数据表：
表4 基于组分结构的生态流量值数据表
Figure SMS_57
步骤S106：预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到年度缺水率；
需要说明的是，用水需求量包括生产需水量、生活需水量和生态环境需水量三种，根据以下公式计算得到所述生态环境需水量：
Figure SMS_58
其中，WRi表示第i月的生态环境需水量，WRIi表示第i月的河道内需水量，
Figure SMS_59
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值，Di表示第i月的天数，/>
Figure SMS_60
表示第i月的河道外需水量；
根据以下公式计算得到所述生活需水量：
Figure SMS_61
WLi表示第i月的居民生活需水量，单位为立方米，Nvi表示第i月的城镇用水居民人数，Mvi表示第i月的城镇人均生活用水定额，单位为立方米，Nti表示第i月的农村用水居民人数，Mti表示第i月的农村人均生活用水定额，单位为立方米，Di表示第i月的天数。
根据以下公式计算得到所述生产需水量：
Figure SMS_62
其中：
Figure SMS_63
表示第i月的生产需水量，/>
Figure SMS_64
表示第i月的农业需水量，/>
Figure SMS_65
表示第i月的工业需水量，可以根据现场调查或历史统计数据进行测算。
根据以下公式计算得到所述用水需求量：
Figure SMS_66
其中，
Figure SMS_67
表示第i月的用水需求量；
在根据上述特定的算法计算得到每个月的用水需求量后，进而再根据以下公式计算得到年度用水需求总量：
Figure SMS_68
其中，
Figure SMS_69
表示年度用水需求总量。
请参阅下表5，所示为列举的目标流域不同来水频率下的各种用水需求量的数据表：
表5不同来水频率下的各种用水需求量的数据表（单位：104m³）
Figure SMS_70
进一步地，首先获取目标流域的工程供水量，在获取工程供水量的过程中，需要确定该目标流域在预测年份的蓄水工程调度方案，进而根据该蓄水工程调取方案进行测算，并根据不同丰枯条件下的来水频率获取所述目标流域每个月份的天然来水量，以根据所述天然来水量和所述工程供水量计算得到每个月份的可供水量，并根据每个月份的可供水量计算得到所有缺水月份的缺水总量；需要说明的是，不同丰枯条件对应不同的来水频率，为了全面评估全年的缺水情况，在本实施例中，会根据多种丰枯条件下的来水频率进行后续缺水率的预测。
具体地，首先根据以下公式计算得到每个月份的可供水量：
Figure SMS_71
其中，WTi表示第i月的可供水量，WNi表示第i月的天然来水量，
Figure SMS_72
表示第i月的天然来水平均流量，Di表示第i月的天数，WCi表示第i月的弃水量，WEi表示第i月的工程供水量，单位均为立方米，该天然来水量与来水频率相对应。
根据以下公式计算得到年度缺水总量：
Figure SMS_73
其中，WD表示年度缺水总量，n表示缺水年份内的缺水月份的数量；
根据以下公式计算得到所述年度缺水率：
Figure SMS_74
其中，PD表示年度缺水率。
请参阅下表6，所示为根据上述公式计算得到的不同频率下的流域可供水量与用水短缺程度数据表：
表6不同频率下的流域可供水量与用水短缺程度数据表
Figure SMS_75
步骤S107：根据所述年度缺水率评估对应的年度缺水程度，年度缺水程度包括轻型缺水、中型缺水以及重型缺水，并根据所述年度缺水程度和不同用水类别的压缩水量占比表获取每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围；
需要说明的是，在本实施例中，预先需设定三种缺水率范围，同时对每种缺水率范围设定一对应的年度缺水等级，进而使得在得到年度缺水率后，精确得到与该年度缺水率对应的年度缺水等级，同时每个年度缺水等级下的各种用水类别均对应一压缩水量占比范围，可以理解的是，该不同用水类别的压缩水量占比表中每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围是根据生态、生活、生产的优先用水顺序进行设定的，采用的压缩水量占比范围从低到高依次为生态用水、居民生活用水、生产用水、道路浇洒及绿化用水。在生态用水方面，生物保护对象用水的压缩水量占比范围小于生态基流用水；在生产用水方面，在缺水较为严重的时期，农业生产用水的压缩水量占比范围高于工业生产用水，具体请参阅下表7，所示为本实施例示例的一种不同用水类别的压缩水量占比表：
表7 不同用水类别的压缩水量占比表
Figure SMS_76
步骤S108：构建年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比，对生物保护对象用水与生态基流用水进行压减，得到压减后基于组分结构的月度生态流量，从而构建出压减后基于组分结构的年度流量过程。
根据以下公式计算得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_77
其中：
Figure SMS_78
、/>
Figure SMS_79
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水的压缩率，/>
Figure SMS_80
、/>
Figure SMS_81
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水压缩水量占比，/>
Figure SMS_82
表示压减后每个月份的基于组分结构的生态流量。
根据以下公式构建所述年度用水量方程组：
Figure SMS_83
其中：
Figure SMS_85
表示年总压缩水量，/>
Figure SMS_88
、/>
Figure SMS_90
、/>
Figure SMS_86
、/>
Figure SMS_87
分别表示生活需水压缩水量占比、工业需水压缩水量占比、河道外需水压缩水量占比、农业需水压缩水量占比，WL、WI、WRO、WA分别表示生活需水量、工业需水量、河道外需水量、农业需水量，/>
Figure SMS_89
表示第i月的天数，/>
Figure SMS_91
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值,/>
Figure SMS_84
表示目标流域内第i月压减后的基于组分结构的生态流量值。
最后，再根据每种用水类别分别给定的压缩水量占比范围对所述年度用水量方程组进行求解，以便确定每种用水类别的压缩比例，进而实现对每种用水类别的用水供需调整。
综上，根据上述的生态流量的确定和保障方法，通过分别确定敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，以精确计算出目标流域每个月度基于生物保护对象的生态流量值，进而再评估得到目标流域的年度缺水程度，以根据年度缺水总量精确调整全年各种用水类别的用水，以平衡各种用水需求，进而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾。具体为：首先确定目标流域中存在的所有生物保护对象，研究各种生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，进而确定每个月度的生态流速值，而后根据每个月度的生态流速值求出对应的每个月度基于生物保护对象的生态流量值并构建其年度流量过程，接着再计算每个月度的生态基流并构建其年度过程，继而构建基于组分结构的生态流量年度过程；对不同丰枯条件下的来水量进行预测，确定每个月份的用水需求量，计算年度用水需求总量，并计算得到年度缺水总量，再计算得到年度缺水率，评估用水短缺程度；根据年度缺水总量计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据压减率对每种类别的用水量进行调整，计算得到压减后基于组分结构的生态流量年度过程，以保障各种用水类别的用水供需平衡，从而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾，具有非常高的社会价值。
请参阅图4，所示为本发明第三实施例中的生态流量的确定和保障系统的结构示意图，该系统包括：
生态流速检索模块10，用于确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
基于生物保护对象的生态流量计算模块20，用于根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
进一步地，基于生物保护对象的生态流量计算模块20还包括：
敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
非敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
生态流速值计算单元，用于根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值。
流量-流速关系式构建单元，用于监测所述目标流域在不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量，并根据不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量拟合出多条流量-流速关系式；
基于生物保护对象的生态流量值计算单元，用于从多条流量-流速关系式中筛选出拟合优度最高的作为最终流量-流速关系式，并根据所述最终流量-流速关系式和全年中每个月度的生态流速值计算得到全年中每个月度基于生物保护对象的生态流量值。
基于组分结构的生态流量构建模块30，用于计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
进一步地，所述基于组分结构的生态流量构建模块30还包括：
基于组分结构的生态流量计算单元，用于根据以下公式计算得到所述每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_92
其中，
Figure SMS_93
表示每个月份基于组分结构的生态流量，/>
Figure SMS_94
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，/>
Figure SMS_95
表示每个月度的生态基流。
年度缺水率计算模块40，用于预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
进一步地，所述年度缺水率计算模块40还包括：
生态环境需水量计算单元，根据以下公式计算得到所述生态环境需水量：
Figure SMS_96
其中，WRi表示第i月的生态环境需水量，WRIi表示第i月的河道内需水量，
Figure SMS_97
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值，Di表示第i月的天数，/>
Figure SMS_98
表示第i月的河道外需水量；
根据以下公式计算得到所述生活需水量：
Figure SMS_99
其中，WLi表示第i月的居民生活需水量，Nvi表示第i月的城镇用水居民人数，Mvi表示第i月的城镇人均生活用水定额，Nti表示第i月的农村用水居民人数，Mti表示第i月的农村人均生活用水定额，Di表示第i月的天数；
根据以下公式计算得到所述生产需水量：
Figure SMS_100
其中：
Figure SMS_101
表示第i月的生产需水量，/>
Figure SMS_102
表示第i月的农业需水量，/>
Figure SMS_103
表示第i月的工业需水量，可以根据现场调查或历史统计数据进行测算。
根据以下公式计算得到所述用水需求量：
Figure SMS_104
其中，
Figure SMS_105
表示第i月的用水需求量；
根据以下公式计算得到年度用水需求总量：
Figure SMS_106
其中，
Figure SMS_107
表示年度用水需求总量。
缺水总量计算单元，用于获取目标流域的工程供水量，并根据不同丰枯条件下的来水频率获取所述目标流域每个月份的天然来水量，以根据所述天然来水量和所述工程供水量计算得到每个月份的可供水量，并根据每个月份的可供水量计算得到所有缺水月份的缺水总量；
根据以下公式计算得到每个月份的可供水量：
Figure SMS_108
其中，
Figure SMS_109
表示第i月的可供水量，/>
Figure SMS_110
表示第i月的天然来水量，/>
Figure SMS_111
表示第i月的天然来水平均流量，/>
Figure SMS_112
表示第i月的天数，/>
Figure SMS_113
表示第i月的弃水量，/>
Figure SMS_114
表示第i月的工程供水量；
根据以下公式计算得到年度缺水总量：
Figure SMS_115
其中，WD表示年度缺水总量，n表示缺水年份内的缺水月份的数量；
年度缺水率计算单元，用于根据以下公式计算得到所述年度缺水率：
Figure SMS_116
其中，PD表示年度缺水率。
基于组分结构的生态流量调整模块50，用于根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
进一步地，所述基于组分结构的生态流量调整模块50还包括：
压缩水量占比范围调取单元，用于根据所述年度缺水率评估对应的年度缺水程度，年度缺水程度包括轻型缺水、中型缺水以及重型缺水，并根据所述年度缺水程度和不同用水类别的压缩水量占比表获取每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围；
压缩水量占比计算单元，用于构建年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比。
压缩水量占比获取单元，用于构建与每种丰枯条件分别对应的年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对每个所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比；
进一步地，所述压缩水量占比计算单元还包括：
年度用水量方程组构建子单元，用于根据以下公式构建所述年度用水量方程组：
Figure SMS_117
其中：
Figure SMS_120
表示年总压缩水量，/>
Figure SMS_122
、/>
Figure SMS_124
、/>
Figure SMS_119
、/>
Figure SMS_121
分别表示生活需水压缩水量占比、工业需水压缩水量占比、河道外需水压缩水量占比、农业需水压缩水量占比，WL、WI、WRO、WA分别表示生活需水量、工业需水量、河道外需水量、农业需水量，/>
Figure SMS_123
表示第i月的天数，/>
Figure SMS_125
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值,/>
Figure SMS_118
表示目标流域内第i月压减后的基于组分结构的生态流量值。
压减执行单元，用于对生物保护对象用水与生态基流用水进行压减，得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量，以根据所述月度生态流量构建压减后基于组分结构的年度流量过程；
进一步地，所述压减执行单元还包括：
压减生态流量计算子单元，用于根据以下公式计算得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure SMS_126
其中：
Figure SMS_127
、/>
Figure SMS_128
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水的压缩率，/>
Figure SMS_129
、/>
Figure SMS_130
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水压缩水量占比，/>
Figure SMS_131
表示压减后每个月份的基于组分结构的生态流量。
综上，根据上述的生态流量的确定和保障系统，通过分别确定敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，以精确计算出目标流域每个月度基于生物保护对象的生态流量值，进而再评估得到目标流域的年度缺水程度，以根据年度缺水总量精确调整全年各种用水类别的用水，以平衡各种用水需求，进而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾。具体为：首先确定目标流域中存在的所有生物保护对象，研究各种生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围，进而确定每个月度的生态流速值，而后根据每个月度的生态流速值求出对应的每个月度基于生物保护对象的生态流量值并构建其年度流量过程，接着再计算每个月度的生态基流并构建其年度过程，继而构建基于组分结构的生态流量年度过程；对不同丰枯条件下的来水量进行预测，确定每个月份的用水需求量，计算年度用水需求总量，并计算得到年度缺水总量，再计算得到年度缺水率，评估用水短缺程度；根据年度缺水总量计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据压减率对每种类别的用水量进行调整，计算得到压减后基于组分结构的生态流量年度过程，以保障各种用水类别的用水供需平衡，从而缓解流域的生活、生产和生态用水矛盾，具有非常高的社会价值。
本发明另一方面还提出存储介质，其上存储有一个或多个程序，该程序给处理器执行时实现上述的生态流量的确定和保障方法。
本发明另一方面还提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，其中存储器用于存放计算机程序，处理器用于执行存储器上所存放的计算机程序，以实现上述的生态流量的确定和保障方法。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述方法包括：
确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
2.根据权利要求1所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值的步骤包括：
根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值。
3.根据权利要求2所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程的步骤包括：
监测所述目标流域在不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量，并根据不同日期下的生态流速以及与所述生态流速对应的生态流量拟合出多条流量-流速关系式；
从多条流量-流速关系式中筛选出拟合优度最高的作为最终流量-流速关系式，并根据所述最终流量-流速关系式和全年中每个月度的生态流速值计算得到全年中每个月度基于生物保护对象的生态流量值。
4.根据权利要求1所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量的步骤包括：
根据以下公式计算得到所述每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure QLYQS_1
其中，
Figure QLYQS_2
表示每个月份基于组分结构的生态流量，/>
Figure QLYQS_3
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，/>
Figure QLYQS_4
表示每个月度的生态基流。
5.根据权利要求1所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述用水需求量包括生产需水量、生活需水量和生态环境需水量，所述预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到年度缺水率的步骤包括：
根据以下公式计算得到所述生态环境需水量：
Figure QLYQS_5
其中，WRi表示第i月的生态环境需水量，WRIi表示第i月的河道内需水量，
Figure QLYQS_6
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值，Di表示第i月的天数，/>
Figure QLYQS_7
表示第i月的河道外需水量；
根据以下公式计算得到所述生活需水量：
Figure QLYQS_8
其中，WLi表示第i月的居民生活需水量，单位为立方米，Nvi表示第i月的城镇用水居民人数，Mvi表示第i月的城镇人均生活用水定额，单位为立方米，Nti表示第i月的农村用水居民人数，Mti表示第i月的农村人均生活用水定额，单位为立方米，Di表示第i月的天数；
根据以下公式计算得到所述生产需水量：
Figure QLYQS_9
其中：
Figure QLYQS_10
表示第i月的生产需水量，/>
Figure QLYQS_11
表示第i月的农业需水量，/>
Figure QLYQS_12
表示第i月的工业需水量；
根据以下公式计算得到所述用水需求量：
Figure QLYQS_13
其中，
Figure QLYQS_14
表示第i月的用水需求量；
根据以下公式计算得到年度用水需求总量：
Figure QLYQS_15
其中，
Figure QLYQS_16
表示年度用水需求总量。/>
6.根据权利要求5所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到年度缺水率的步骤还包括：
获取目标流域的工程供水量，并根据不同丰枯条件下的来水频率获取所述目标流域每个月份的天然来水量，以根据所述天然来水量和所述工程供水量计算得到每个月份的可供水量，并根据每个月份的可供水量计算得到所有缺水月份的缺水总量；
根据以下公式计算得到每个月份的可供水量：
Figure QLYQS_17
其中，WTi表示第i月的可供水量，WNi表示第i月的天然来水量，
Figure QLYQS_18
表示第i月的天然来水平均流量，Di表示第i月的天数，WCi表示第i月的弃水量，WEi表示第i月的工程供水量；
根据以下公式计算得到年度缺水总量：
Figure QLYQS_19
其中，WD表示年度缺水总量，n表示缺水年份内的缺水月份的数量；
根据以下公式计算得到所述年度缺水率：
Figure QLYQS_20
其中，PD表示年度缺水率。
7.根据权利要求6所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程的步骤包括：
根据所述年度缺水率评估对应的年度缺水程度，年度缺水程度包括轻型缺水、中型缺水以及重型缺水，并根据所述年度缺水程度和不同用水类别的压缩水量占比表获取每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围；
构建与每种丰枯条件分别对应的年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对每个所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比；
对生物保护对象用水与生态基流用水进行压减，得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量，以根据月度生态流量构建压减后基于组分结构的年度流量过程；
根据以下公式计算得到压减后每个月份的基于组分结构的生态流量：
Figure QLYQS_21
其中：
Figure QLYQS_22
、/>
Figure QLYQS_23
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水的压缩率，/>
Figure QLYQS_24
、/>
Figure QLYQS_25
分别表示生物保护对象用水与生态基流用水压缩水量占比，/>
Figure QLYQS_26
表示压减后每个月份的基于组分结构的生态流量，/>
Figure QLYQS_27
表示每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，/>
Figure QLYQS_28
表示每个月度的生态基流。
8.根据权利要求7所述的生态流量的确定和保障方法，其特征在于，所述构建与每种丰枯条件分别对应的年度用水量方程组，并根据每种用水类型分别对应的压缩水量占比范围对每个所述年度用水量方程组进行求解，得到每种用水类型的压缩水量占比的步骤包括：
根据以下公式构建所述年度用水量方程组：
Figure QLYQS_29
其中：
Figure QLYQS_30
表示年总压缩水量，/>
Figure QLYQS_34
、/>
Figure QLYQS_37
、/>
Figure QLYQS_31
、/>
Figure QLYQS_33
分别表示生活需水压缩水量占比、工业需水压缩水量占比、河道外需水压缩水量占比、农业需水压缩水量占比，/>
Figure QLYQS_36
、/>
Figure QLYQS_39
、/>
Figure QLYQS_32
、/>
Figure QLYQS_35
分别表示生活需水量、工业需水量、河道外需水量、农业需水量，Di表示第i月的天数, />
Figure QLYQS_38
表示目标流域内第i月压减前的基于组分结构的生态流量值,/>
Figure QLYQS_40
表示目标流域内第i月压减后的基于组分结构的生态流量值。
9.一种生态流量的确定和保障系统，其特征在于，所述系统包括：
生态流速检索模块，用于确定目标流域涉及的所有生物保护对象，以获取所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围；
基于生物保护对象的生态流量计算模块，用于根据所有生物保护对象分别在敏感期和非敏感期的适宜生态流速范围确定每个月度的生态流速值，并将每个月度的生态流速值代入预先构建的流量-流速关系式中，以计算出每个月度的基于生物保护对象的生态流量值，并根据所述生态流量值构建基于生物保护对象的年度生态流量过程；
基于组分结构的生态流量构建模块，用于计算所述目标流域中非生物对象对应的每个月度的生态基流，并根据每个月度的生态基流构建基于非生物对象的年度生态基流过程，并根据基于生物保护对象的年度生态流量过程和基于非生物对象的年度生态基流过程构建基于组分结构的年度生态流量过程，所述基于组分结构的年度生态流量过程包括每个月份基于组分结构的生态流量；
年度缺水率计算模块，用于预测不同丰枯条件下的天然来水量，以根据所述天然来水量计算年度缺水总量，并根据基于组分结构的年度生态流量过程计算每个月份的用水需求量，以根据每个月份的用水需求量计算得到年度用水需求总量，根据所述年度用水需求总量和所述年度缺水总量计算得到不同丰枯条件下分别对应的年度缺水率；
基于组分结构的生态流量调整模块，用于根据所述年度缺水率计算得到全年每种用水类别的压减率，以根据每种用水类别的压减率对每种用水类别的用水量进行调整，并根据调整结果得到压减后的基于组分结构的生态流量年度过程。
10.根据权利要求9所述的生态流量的确定和保障系统，其特征在于，所述基于生物保护对象的生态流量计算模块还包括：
敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为敏感期中各个月度的生态流速值；
非敏感期数据计算单元，用于根据所有生物保护对象在非敏感期的适宜生态流速范围计算每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值，并从每种生态保护对象在非敏感期的生态流速下限值筛选出各个月度的最大值作为非敏感期中各个月度的生态流速值；
生态流速值计算单元，用于根据敏感期中各个月度的生态流速值和非敏感期中各个月度的生态流速值确定全年中每个月度的生态流速值。
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