基于生态水深-流速法的河段生态需水量计算方法

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1、水利学报年月第卷第期文章编号基于生态水深流速法的河段生态需水量计算方法李梅黄强张洪波张俊华西安理工大学水利水电学院陕西西安黄河水利委员会规划计划局河南郑州黄河水利科学研究院河南郑州摘要在界定了生态流速和生态水深概念的基础上提出了一种同时考虑河道本身参数湿周糙率水力坡度和维持某一生态功能所需河流流量的水力学方法避免了湿周法不能反映复式断面真实水位流量关系的缺点并用于验证黄河上游小川河段生态需水量同时用法作了对比结果表明用生态水深流速法得到的小川河段生态流量优于法所计算的生态需水量由于该方法考虑了生态流速和生态水深故所得的结果符合

2、实际情况关键词生态流速生态水深生态需水量黄河中图分类号文献标识码研究背景据在年总结全球有个不同国家进行河流生态需水计算所用计算方法超过种之多这些方法可以分为类历史流量法其中较为常用的方法是法法其特点是只需要历史流量资料使用简单方便容易将计算结果和水资源规划相结合具有宏观的指导意义但由于对河流的实际情况作了过分简化的处理没有直接考虑生物的需水和生物间的相互影响通常用于优先度不高的河段或者作为其他方法的一种检验水力定额法较为常用的是湿周法和法其优点是只需要进行简单的现场测量不需要详细的物种生境关系数据数据容易获得但是该方法体现不出

3、季节变化因素通常不能用于确定季节性河流的流量但它能为其它方法提供水力学依据所以可与其它方法相结合使用栖息地定额法其代表性方法为法该种方法的优点在于能将生物资料与河流流量研究相结合使其更具有说服力但是传统法分析的重点是目标物种而非整个河流生态系统因此它的输出结果也非整个河流管理计划所要求的流量推荐值同时由于定量化的生物信息较难获得也大大限制了该方法的使用整体法以法为代表性方法法集中于流量的变化对河流生态环境的影响分析需要对流量大小变化与相应的河流生态系统进行长年的观测对不同流量的界定非常关键整个过程需要由水生生态学家到水利工程师

4、等多个学科团体的参与较复杂使用起来比较困难我国学者还针对污染物稀释净化需水量输沙需水量防止海水入侵所需维持的河道最小需水量以来沙为主的强潮河口环境和生态需水以及水面蒸发生态需水量等做了较为广泛的研究也相应提出了一些计算方法但对河流生态需水研究刚刚开始如杨书敏等提出了一种水质数学模型的河流生态环境需水量方法适应于季节性缺水河流刘昌明等提出了一种估算生态需水量的水力半径法依据该方法计算的关键是确定生态水力半径所对应的河道断面面积并依据收稿日期基金项目国家自然科学基金委员会和水利部黄委会黄河联合研究基金项目国家自然科学基金资助项目作

5、者简介李梅女山东寿光人高级工程师博士生主要研究水资源系统工程理论和应用不同规则断面和天然河道断面与水力半径之间的关系计算生态需水量该法是否适用于浅宽河道有待研究胡波等从生态径流与需水等级系数相耦合的角度对河流生态系统生态需水量进行了最大近似模拟提出了一系列计算模型并应用于澜沧江的河道最小适宜以及理想的河道生态需水量但这些计算方法还不尽完善尚需要进一步深入研究生态水深流速法由于上述方法都建立在一定的假设条件之上故在选择具体计算方法估算河流系统生态需水量时受到很大的制约其制约因素包括河流假设条件得到满足的可能性从某河流得出的公式运

6、用到其它河流的可移用程度对数据和专家的要求合理的检测和验证方法方法的易或难操作性分析基于以上的问题本研究充分利用河道信息水深流速等水力因子及水生生物信息鱼类喜爱流速和最低水深来估算河道内生态流量相关概念的界定生态流速使河道生态系统保持其基本生态功能的水流流速称该流速为生态流速用来表示生态目标包括水生生物及鱼类对流速的要求如鱼类洄游的流速栖息地生活的流水流速保持河道输沙的不冲不淤流速保持河道防止污染的自净流速若是入海河流要保持其一定入海水量的流速等生态水深为了保证一定的生态目标使河道生态系统保持其基本生态功能的最低水深称该水深为

7、生态水深用来表示生态流量为了保证一定的生态目标使河道生态系统保持其基本生态功能的流量称该水深为生态流量用来表示对于给定河段为保证一定的生态目标河道内既应保持一定的水深也应具有一定的流速水深太浅河道生态系统的基本生态功能将不复存在也就是说一定的生态水深是保持生态系统的基本生态功能的必备条件而生态流速反映的是生态目标对流速的要求流速过大或过小均不利于该生态目标的实现亦即每一生态目标均对流速有一定范围内的限制该限制范围可表示为由此可知所谓生态流量是指高于等于生态水深并且在范围内的流速对应的流量生态水深流速法的思路生态水深流速法主要是

8、用生态水深和生态流速来推求河段可以满足一定生态功能如鱼类洄游所需要的水力参数生态水深流速法的特点生态水深流速法是通过求和的方法来确定复式断面生态水深和生态流速所相应的生态流量这样就避免了像湿周法来确定湿周流量关系的突变点还能适应多沙河流摩阻特性的变化可见估算河道内生态流量的生