基于水文要素的河流健康评价及其生态用水调度研究

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1、基于水文要素的河流健康评价及其生态用水调度研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：水利水电工程系学科：水利工程研究生：尚文绣指导教师：王忠静教授二○一七年十月ResearchonRiverHealthAssessmentandEcologicalOperationBasedonEssentialHydrologicFactorsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegr

2、eeofDoctorofPhilosophyinHydraulicEngineeringbyShangWenxiuDissertationSupervisor:ProfessorWangZhongjingOctober,2017摘要摘要河流为人类社会提供着水资源、水文调节等重要的生态服务，但受到人类活动的影响，河流已经成为退化最严重的生态系统之一。在环保意识日益增强的背景下，河流健康维护受到越来越多的关注。河流健康状态的量化是河流健康维护的核心问题之一，已有的研究常忽视河流组成要素间的内在联系，导致量化结

3、果失真。生态用水调度是维护河流健康的主要方式，但河流健康评价指标在水库调度中的直接应用还十分有限。论文以河流水文要素为基础，开展河流健康评价方法及生态用水调度模型研究，对河流健康具有重要的科学价值与实践意义。论文首先研究了中国河流健康维护的社会背景。量化了1950~2000年水生态保护的社会关注度，揭示了中国已具有较好的河流健康维护的社会背景。生态补偿是公众参与水生态保护的重要途径，论文梳理了国内外生态补偿相关概念的接轨关系，分析了中国生态补偿在责任落实、补偿效果等方面存在的问题、成因与改进对策，发现量化

4、机制的缺失阻碍了生态补偿在河流健康维护中的作用。为了定量评估河流健康状态，论文建立了河流健康评价与敏感因子诊断的模糊逻辑法。设计了河流健康评价指标体系，建立了包含历史变化趋势与现状值的动向指标，提高了评价结果对风险的应对能力；通过模糊逻辑将不同评价指标间的内在联系作为河流健康评价的影响因素，建立了河流健康模糊逻辑评价模型并证明了该模型对指标变化的高敏感性；以河流健康模糊逻辑评价模型为基础，建立了能够给出具有最佳短期修复效果的敏感因子的诊断方法。接下来论文研究了以河流健康为核心的生态用水调度模型。论文以水文

5、改变度最小为目标，将刻画水文情势关键要素的15个不连续、非线性的河流健康评价指标应用于水库调度，通过两阶段两层次的水库供水规则协调了不同时段、不同用水部门间的供水效益，降低了模型求解的复杂程度，建立了面向河流健康的水库生态用水调度模型，使用遗传算法成功求解该模型。最后论文以黄河流域为对象对研究成果进行了实例应用，通过模糊逻辑评价模型评价了2010年黄河干流健康状态，诊断了河流健康修复敏感因子。以万家寨水库为例建立了水库用水调度模型，研究了生态供水效益与社会经济供水效益间的竞争关系，并与标准调度规则和敞泄规

6、则对比，分析了生态用水调度的优越性。关键词：河流健康；模糊逻辑；生态用水调度；水文情势；生态补偿IAbstractAbstractRiversareprovidingvariousimportantecosystemservicestohumansociety,suchaswaterresources,hydropowerandsoforth.However,riverineecosystemsareamongthemostfragmented,degradedandthreatenedecosystem

7、sworldwideresultingfromwidespreadhumandisturbancesovertherecentpast.Withgrowingconcernsaboutriverineecosystems,riverhealthconservationhasbecomeanincreasinglyhotspotscience.Thequantificationofriverhealthstatusisoneofthekeyissuesofriverhealthconservation.Th

8、einteractionsamongcomponentsofriversareoftenignoredinexistingresearches,resultinginthedistortionofquantification.Ecologicaloperationofreservoirsisanimportantwayforriverhealthconservation.However,thedirectapplication