用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第61卷第3期地理学报Vo1．61．NO．32006年3月ACTAGEOGRAPHICAS1NICAMar．，2006用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较刘苏峡-，莫兴国z，夏军-，刘昌明‘，林忠辉，门宝辉‘，吉利娜lI]f1．中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室，北京100101；2．中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟重点实验室，北京100101；3西北农林科技大学水利与建筑工程学院，两安712100)摘要：从湿周

2、．流量曲线临界点的两种不同确定准则人手，分析湿周法推求河道内最小生态需水量fminimumecologicalins~eamflowrequirements，简称MEIFR)的不确定性假设河道呈三角形断面和均匀流．得到湿周法的解析解表达式。表达式显示斜率法(曲线上斜率为1)和曲率法(曲线上曲率最大)二者所得的MEIFR结果迥异当斜牢法取斜率为0-39时，其相应的流量与曲率法结果一致MEIFR对斜率临界值非常敏感．斜率法中的斜率临界值难以确定．相比而言．曲率法更可靠。这用近似具有三角形断面的南水北调西线一期工程调

3、水区流域的实际数据得到证实根据我们在该区实地观测和收集的6条河35个河道断面的水深和水宽资料．用解析解估算各断面的MEIFR。曲率法所估算的MEIFR结果为多年平均流量的2．5％～23．7％．大部分数据溶在Tennant法的l0％~30％的范同斜率法为ll％～l05．7％，普遍偏大．超过这个范围．虽然采用较小的斜率临界点可使斜率法的估算结果变小，然而到底斜率临界点应取何值存在较大的不确定性．．这进一步说明．在无法获得一个确定的斜率临界值的情况下，湿周法估算MEIFR宜采用曲率法确定临界点本文的结果基于理想情况．

4、更普遍的结论有待于对更多种河道断面的探讨关键词：河道内最小生态需水量；南水北调西线工程；湿周法；不确定性；解析解l河道内最小生态需水量概述随着我国经济快速发展．水资源利用与生态保护的矛盾日渐突出．关于生态需水量的研究应运而生[]我国目前有许多正在规划的重大水利工程，如南水北调西线工程[5-61等。在工程的先期环评报告中，生态需水量的确定是其重要的研究内容生态需水量涉及的学科多．内涵丰富，但难以定量，人们一直在对其定义和计算方法进行不懈探索[7-13]本文选择生态需水量的一个方而．即河道内最小生态需水量(mini

5、mumecologicalinstreamflowrequirements，以下简称MEIFR)．讨论如何对其进行定量估算参照Acreman(2005)[“]对环境流量的定义．这里讨论的MEIFR是指河流为维持一定的生态功能而需要维持的最小流量。它包括实现河流物理、化学、生物以及理一化一生相互作用等功能所需流量。目前计算MEIFR的方法存在不同程度的不确定性问题如Tennant法[15】根据流量与生物指标确定适合生物生存的最小流量．通常取多年年平均流量的某个百分数。该法原理简单，但百分数的取值具有主观任意性。而

6、属于生境模拟法的收稿日期：2005．0928；修订日期：2006-01．12基金项目：国家自然科学基金项目(90211007；50279049)；中国科学院地理科学与资源研究所创新项目(CXIOG-A04．12；CX10G-E0108)[Foundation：NatioanlNaturalScienceFoundationofChina，No．90211007；No．50279049；KnowledgeInnovationProjectofIGSNRR，CAS，No．CXIOG—A04．12；No．CX10G．

7、E01．08】作者简介：刘苏峡(1965．)，女，副研究员。从事流域水文过程、模拟研究。E—mail：liusx@igsm-r．ac．cn273．28l页维普资讯http://www.cqvip.com274地理学报61卷IFIM法(InstreamFlow140IncrementalMethodology【6])．统12O筹会商法(如BBM法(BuildingBlockMethodolog3,【】1和Holistic1OO法【I8】等需要用到大量详细的流量、8O河道水力学和生物特征等信息．且方法本身比较复杂．

8、在实际应璧60螺用中常受到限制相对而言．湿周法(wetted4operimetermethodt】)，通过建立20湿周(过水断而上，河槽被水流浸2MEIFR的解析解2．1湿周一流量关系曲线的数学表达流量p(ms。)的定义为：QAV(1)式中：4为过水断面面积(m)，V为过水断面流速(ms一-)，根据谢才公式(假设河流为明渠恒定均匀流)算出：V=C％／-Rs一(2)式中：R为水力半径(m