CN116402400A - 一种基于水文变化的生态流量核算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水文变化的生态流量核算方法，涉及生态流量技术领域，本发明包括以下步骤：S1：对河流基本功能维持需水进行分析，包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量；S2：对鱼类需水进行分析，保证河道鱼类的生存和繁衍；S3：对河岸植被需水进行分析；S4：对河道生态流量进行计算。本发明通过选取长系列水文资料，依据生态流量计算相关规范等技术文件要求，采取多种方法计算，对比分析各计算结果，同时结合上游相关引水工程建设运行情况，进行生态流量满足程度分析，综合分析后合理确定黄河水电站生态流量。
Description
技术领域
本发明涉及生态流量技术领域，具体是指一种基于水文变化的生态流量核算方法。
背景技术
相关研究表明，水电站等水利工程的建设阻断了河流的天然流动路径，对河流水循环产生影响，一是削减洪峰，二是对径流量年内分配调节，三是依托水利工程的灌溉和供水等消减河流年径流量，四是水库蓄水后蒸发增加导致径流量减少，为了保护水生态水环境，国家和地方制定了相关规划，出台了一系列相关政策文件强调了保障河道基本生态流量的重要性。根据相关计算规范及技术要求，目前计算生态需水量的推荐方法有水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法(栖息地评价法)等多种生态基流分析计算方法，其中水文学法和水力学法运用较为普遍，水文学法核定生态流量主要基于长系列的水文资料，没有考虑生态保护目标的需求和水文情势变化情况的影响，也未对河流径流量在多重影响下的变化进行校核，进而导致生态流量的计算不够科学合理，因此，我们提出一种基于水文变化的生态流量核算方法来解决以上问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术问题，提供一种基于水文变化的生态流量核算方法，通过选取长系列水文资料，依据生态流量计算相关规范等技术文件要求，采取多种方法计算，对比分析各计算结果，同时结合上游相关引水工程建设运行情况，进行生态流量满足程度分析，综合分析后合理确定黄河水电站生态流量。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于水文变化的生态流量核算方法，包括以下步骤：
S1：对河流基本功能维持需水进行分析，包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量；
S2：对鱼类需水进行分析，保证河道鱼类的生存和繁衍，保持水生生态系统稳定和鱼类繁殖所需的水量；
S3：对河岸植被需水进行分析，沿岸植被用水主要依靠植被根系从地下水获取，大气降水、汛期洪水漫灌作为补充；
S4：对河道生态流量进行计算，具体计算步骤如下：
S4.1断面选择：选择合适的断面作为生态流量控制断面；
S4.2水文系列选取：选择合适的河道水文作为生态流量控制水文；
S4.3生态需水时段划分，按照天然水文情势，分汛期和非汛期进行生态流量确定；
S4.4计算方法：包括水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法、整体分析法和生态水力学法。
作为改进，还包括生态基流和敏感期生态流量的分析，所述生态基流包括Qp法和Tennant法。
采用以上方法后，本发明具有如下优点：本发明通过生态需水目标分析，对河道内生态需水和河道外生态需水分别进行核算，具体包括河流基本功能维持需水(包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量)、鱼类需水、河岸植被需水等三个指标，根据水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法(栖息地评价法)、整体分析法、生态水力学法等多种生态基流分析计算方法的适用条件和特点，结合不同流域的环境状况、水文站资料获取及研究周期等情况，选取2～3种适宜的计算方法进行计算和对比分析，从生态环境保护角度出发，最终确定适宜的生态流量。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
一种基于水文变化的生态流量核算方法，包括以下步骤：
S1：对河流基本功能维持需水进行分析，包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量；
S2：对鱼类需水进行分析，保证河道鱼类的生存和繁衍，保持水生生态系统稳定和鱼类繁殖所需的水量；
S3：对河岸植被需水进行分析，沿岸植被用水主要依靠植被根系从地下水获取，大气降水、汛期洪水漫灌作为补充；
S4：对河道生态流量进行计算，具体计算步骤如下：
S4.1断面选择：选择合适的断面作为生态流量控制断面；
S4.2水文系列选取：选择合适的河道水文作为生态流量控制水文；
S4.3生态需水时段划分，按照天然水文情势，分汛期和非汛期进行生态流量确定；
S4.4计算方法：包括水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法、整体分析法和生态水力学法；
还包括生态基流和敏感期生态流量的分析，所述生态基流包括Qp法和Tennant法。
验证实验
黄河水电站生态流量核定
(1)河流基本功能维持需水
①维持河道水质的最小稀释净化水量
根据现状调查，黄河水电站坝下河段两岸无工业污染源分布，沿河村庄较为分散，日常生活污水排放量较小。水电站所在洛河河段现状水质为Ⅱ类，水质总体良好。因此，不需要考虑下游的水环境容量和维持下游河段水环境功能要求。
②河道蒸发需水量
黄河水电站坝址下游河道虽较宽，但常年水面较窄，水面蒸发消耗的水量对于河道内流量来说很小，因此，不考虑由水面蒸发引起的水量消耗。
③维持地下水位动态平衡所需要的补给水量
黄河水电站所在区域地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水，另有少量的基岩裂隙水。松散岩类孔隙潜水主要以地下潜水的形式储存于河床砂卵石层中，接受地表水、大气降水及岸边基岩裂隙水补给，并主要以地下径流的形式向下游排泄。岩基裂隙水主要储存于区内基岩裂隙中，接受大气降水补给及上部覆盖层松散岩类孔隙水的补给，并沿裂隙向河谷中排泄，少量以泉的形式排泄。地下水位的升降与河水及大气降水有密切的水力联系，总体来看，河道对地下水补排量有限，因此，不考虑维持地下水位动态平衡所需要的补给水量。
(2)鱼类需水
洛河干流在故县以下河段分布有乌苏里拟鲿瓦氏雅罗鱼国家级水产种质资源保护区，黄河水电站拦河坝在保护区西实验区范围内。根据现状调查，该河段分布鱼类以鲤科为主，无珍稀保护水生生物，无长距离洄游性鱼类。该河段水流平缓，砾石底质河段着生藻类丰富，是乌苏里拟鲿、瓦氏雅罗鱼、鲤、鲫等鱼类的索饵育肥场所。
根据《伊洛河流域综合规划环境影响报告书》中水生生态调查及水生生态现状调查结果，该河段鱼类主要繁殖期为4月～6月。为确保黄河水电站坝下河道内乌苏里拟鲿、瓦氏雅罗鱼、鲤、鲫等鱼类的生存与繁衍，保持水生生态系统稳定，需要考虑在鱼类繁殖期4月～6月提供一定的水量。
(3)河岸植被需水
根据现场调查，黄河水电站坝址下游至厂房尾水汇入河段南岸黄河村附近有少量侧柏林、刺槐、村落林及草灌木植被，其余均为岩石峭壁。沿岸植被用水主要依靠植被根系从地下水获取，大气降水、汛期洪水漫灌作为补充。因此需要考虑在植被生长茂盛期有淹没岸边植被的流量过程。
生态流量计算
(1)断面选择
根据电站枢纽布置特点，选择黄河水电站坝址作为生态流量控制断面。
(2)水文系列选取
根据《河湖生态环境需水计算规范》(SL/T712-2021)等相关要求，黄河水电站坝址处生态流量计算采用下游洛河干流上长水水文站1989年～2018年天然来水资料系列，按照面积比拟法计算出黄河水电站坝址处1989年～2018年天然来水系列。
(3)生态需水时段划分
按照洛河天然水文情势，分汛期(7月～10月)和非汛期(11月～翌年6月)进行生态流量确定；生态敏感期为鱼类主要繁殖期4月～6月。
(4)计算方法
根据《关于印发水电水利建设项目生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南(试行)》(环评函【2006】4号)、《河湖生态环境需水计算规范》(SL/T712-2021)、《水域纳污能力计算规程》(GB/T25173-2010)和《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》(水总环移【2010】248号)等相关计算规范及技术要求。目前计算生态需水量的推荐方法有水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法(栖息地评价法)、整体分析法、生态水力学法等多种生态基流分析计算方法，其中水文学法和水力学法运用较为普遍，上述生态流量计算方法的表达和适用条件见表：
推荐生态流量计算方法适用性分析
根据上述各种计算方法的适用条件和特点，结合黄河水电站所在流域的环境状况、水文站和电站资料获取及研究周期等情况，选取Qp法、Tennant法2种方法进行计算和对比分析，从生态环境保护角度出发，最终确定适宜的生态流量。
(5)生态基流
①Qp法
1989年～2018年黄河水电站坝址断面90％频率下的天然最枯月平均流量为3.06m3/s，选取90％保证率设计值3.06m3/s作为生态基流。
②Tennant法
Tennant法是依据观测资料建立的流量和河流生态环境状况之间的经验关系，用历史流量资料可以确定年内不同时段的生态环境需水量。不同河道内生态环境状况对应的流量百分比见表：
Tennant法推荐流量表
该方法作为经验公式，主要适用于北温带较大河流、常年性河流，作为河流规划目标管理、战略性管理方法。使用时，年内较丰、较枯时段的划分，可根据多年平均天然月径流量排序确定，也可根据当地汛期、非汛期时段划分确定，汛期和非汛期时段应根据南北方气候调整。基本生态环境需水量取值范围应符合下列要求：水资源短缺、用水紧张地区河流，可在表4.2-2中“好”的分级之下，根据径流特征和生态环境状况，选择合适的生态环境流量百分比值。
结合洛河流域的实际情况，黄河水电站减水河段非汛期(11月～6月)采用多年平均流量的10％作为河道内最小生态环境流量；汛期(7月～10月)采用多年平均流量的30％作为河道内最小生态环境流量。经计算，黄河水电站所在洛河干流河道内非汛期生态流量为2.85m3/s，汛期生态流量为8.55m3/s。
(6)敏感期生态流量
黄河水电站拦河坝位于乌苏里拟鲿瓦氏雅罗鱼国家级水产种质资源保护区西实验区范围内，主要保护对象为乌苏里拟鲿和瓦氏雅罗鱼，其他保护物种包括鲤、鲫、翘嘴红鲌、长吻鮠、鲇、黄鳝、乌鳢等。根据水生生态现状调查，该河段分布鱼类以鲤科为主，同时存在乌苏里拟鲿、瓦氏雅罗鱼，这些鱼类主要产卵繁殖期为每年4月～6月，在此时间段内需保证河道内相对稳定的水量和饵料资源的充足，需要维持一定的河床水位，有利于维持产卵场的面积和功能完整性，有效保证乌苏里拟鲿、瓦氏雅罗鱼、鲤鱼等鱼类顺利产卵繁殖和索饵。每年4月～6月鱼类所需生态流量建议维持在Tennant法中提出的河道内生态环境状况“好”的分级之上，4月～6月为年内较枯时段，鱼类重要需水期生态流量不低于多年平均流量的20％，即5.7m3/s。
生态流量确定
《伊洛河流域综合规划》要求洛河故县水库至长水河段下泄生态流量4月～6月为6.0m3/s，11月～3月为4.0m3/s；4～6月有淹及岸边的流量过程；其它时段保证河道生态基流。故县及崇阳河、禹门河水库等坝式水利设施应利用泄水洞等措施保证枯水期生态流量。
采用Qp法计算的生态基流为3.06m3/s；采用Tennant法计算的黄河水电站所在洛河干流河道内非汛期(11月～3月)生态流量为2.85m3/s，敏感期(4月～6月)生态流量为5.7m3/s，汛期(7月～10月)生态流量为8.55m3/s。经对比分析，基于水文变化条件计算的非汛期(11月～3月)生态流量和敏感期(4月～6月)生态流量均小于《伊洛河流域综合规划》中提出的故县水库至长水河段同期的下泄生态流量。
考虑《伊洛河流域综合规划》已于2019年由水利部批复，从生态环境保护与经济社会发展角度综合考虑，核定黄河水电站非汛期(11月～3月)和敏感期(4月～6月)生态流量按照《伊洛河流域综合规划》中洛河故县水库至长水河段下泄生态流量要求来执行，汛期(7月～10月)生态流量按照计算结果8.55m3/s执行，即黄河水电站非汛期(11月～3月)下泄生态流量为4.0m3/s，敏感期(4月～6月)下泄生态流量为6.0m3/s，汛期(7月～10月)下泄生态流量为8.55m3/s。4月～6月有淹没岸边植被的流量过程，满足鱼类产卵生态水量需求。详见表：
黄河水电站下泄生态流量及过程
生态流量保证程度分析
由于黄河水电站上游故县水库引水工程已建成通水，多年平均引水流量4.18m3/s，年平均引水1.32亿m3，已经造成下游河段水量减少；故县水库上游金卢(鸡湾)水库已经开工建设，建成后年引水量0.8亿m3，规划故县水库灌区实施后也从故县水库年引水量1.74亿m3，将会进一步减少下游河段水量，考虑故县水库灌区规划实施前、实施后2种情况，分别分析黄河水电站生态流量的满足程度。详见表：
黄河水电站生态流量满足程度分析表
结合上表分析可知，在故县水库灌区规划实施前、实施后2种情况下，黄河水电站确定的逐月生态流量均能得到满足，满足率为100％。整体上基于水文变化条件计算的黄河水电站生态流量满足程度高，计算结果合理。
本发明通过生态需水目标分析，对河道内生态需水和河道外生态需水分别进行核算，具体包括河流基本功能维持需水(包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量)、鱼类需水、河岸植被需水等三个指标，根据水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法(栖息地评价法)、整体分析法、生态水力学法等多种生态基流分析计算方法的适用条件和特点，结合不同流域的环境状况、水文站资料获取及研究周期等情况，选取2～3种适宜的计算方法进行计算和对比分析，从生态环境保护角度出发，最终确定适宜的生态流量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种基于水文变化的生态流量核算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对河流基本功能维持需水进行分析，包括维持河道水质的最小稀释净化水量、河道蒸发需水量和维持地下水位动态平衡所需要的补给水量；
S2：对鱼类需水进行分析，保证河道鱼类的生存和繁衍，保持水生生态系统稳定和鱼类繁殖所需的水量；
S3：对河岸植被需水进行分析，沿岸植被用水主要依靠植被根系从地下水获取，大气降水、汛期洪水漫灌作为补充；
S4：对河道生态流量进行计算，具体计算步骤如下：
S4.1断面选择：选择合适的断面作为生态流量控制断面；
S4.2水文系列选取：选择合适的河道水文作为生态流量控制水文；
S4.3生态需水时段划分，按照天然水文情势，分汛期和非汛期进行生态流量确定；
S4.4计算方法：包括水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法、整体分析法和生态水力学法。
2.根据权利要求1所述的一种基于水文变化的生态流量核算方法，其特征在于：还包括生态基流和敏感期生态流量的分析，所述生态基流包括Qp法和Tennant法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116911496A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-20 | 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局 | 一种多因数影响下的水位流量关系确定方法 |
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2023
- 2023-04-14 CN CN202310398568.2A patent/CN116402400A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116911496A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-20 | 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局 | 一种多因数影响下的水位流量关系确定方法 |
| CN116911496B (zh) * | 2023-07-13 | 2024-06-11 | 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局 | 一种多因数影响下的水位流量关系确定方法 |
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