计算河段最小生态需水的生态水力学法

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1、水利学报年月第卷第期文章编号计算河段最小生态需水的生态水力学法李嘉王玉蓉李克锋芮建良四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都华东勘测设计研究院浙江杭州摘要水文学法与水力学法对河道生态需水量采用的方法都比较宏观没有仔细考虑水生生物水力生境需求本文提出了计算河道最小生态基流量的生态水力学法该法是通过目标水生生物适宜的水力生境确定河段最小生态需水量文章对河道水力模拟水生物生境描述等理论进行了研究同时结合目标水生生物对水力生境的需求重点研究水深流速湿周水面宽过水断面的面积水面面积水温等水力生境参数急流缓流浅滩及深潭等水力形态的指标表现形式本文提出的生态水力学法具有

2、直观定量的特点为河道确定生态基流量提供了一套较具体可行的方法关键词生态基流量生态水力学法概念指标表现形式中图分类号文献标识码引水式水电站建成后在坝址到厂址之间形成很长距离的减脱水河段随着下泄流量减少减水河段内水深流速水面宽水面面积相应减小对河道内水生生态造成极大影响保护生态环境避免水资源掠夺式开发就必须在水资源配置中保证河道在一定时间一定空间内具有符合质量和数量要求的水量故从开发与环境保护并重的角度出发就必须采取下泄生态流量的保护措施对不同的河道下泄的生态流量应根据河道生态环境需水进行调控目前国内对河道生态环境需水量的确定仅限于水文学法及水力学法这些方法对于确定规模较大

3、社会地位较重要的河流内维持水生生物生态系统稳定所需要的生态基本水量问题都具有不足之处作者在分析这些方法的优缺点后提出适合于确定大中型河流水生生物基流量的生态水力学法为我国生态环境需水量计算方法提供探索性研究国内研究现状目前国内计算河道生态需水量的普遍方法有水文学法及水力学法水文学法水文学法主要有法该法根据水文资料以年平均径流量的来确定河道内水生生物生态基流量认为该流量是保持大多数水生生物短时间生存所推荐的最低瞬时径流量法的缺点是比例确定困难不同区域不同需水类型不同保护对象生态健康程度与流量的比例关系不同需要分析调整法中流量百分比标准是否符合当地河流情况而调整后的流量也仅

4、仅是人们直接感知的其理由缺乏一定的说服力未考虑水量的年内分配水生生物对流量的要求在不同季节应有所不同法根据多年平均流量的一定比例统一划定没有考虑水量需求的年内变化问题与水生生物生境要求不符合适用条件局限性法不是从具体的水生生物生境需求角度出发因此该法只能作为河流进行最初目标管理作为战略性管理方法使用水力学法水力学法是通过河道几个断面的水力参数确定河道生态需水量主要有湿周法及收稿日期基金项目国家自然科学基金重大项目国家自然科学基金资助项目作者简介李嘉男四川重庆人博士教授主要从事环境水力学研究法湿周法是通过绘制临界栖息地区域通常是浅滩湿周与流量的关系曲线根据曲线上的转折点确

5、定河道推荐流量值湿周法的缺点是受河道形状影响三角形河道无明显的增长变化点河床形状不稳定的河道没有稳定的湿周流量关系曲线这两种河道均难以用湿周法判别法采用浅滩断面河流宽度平均水深平均流速以及湿周率等指标来评估河流栖息地的保护水平从而确定河流目标流量其缺点是容易产生误差水力学法根据河流几个断面的实测资料确定相关参数将其代表整条河流容易产生误差体现不出季节变化因素法规定了一个统一标准通常不能用于确定季节性河流的流量标准的制定仅限于中小河流法仅针对河宽小于的中小河流进行标准设定对河宽大于的河流法标准只能作为参考我国西南地区大中型山区河流水资源丰富在梯级开发的过程中下游形成减脱水

6、河段上述方法对于确定其水生生物最小生态基流量问题存在不足法的结果仅能作为前期参考湿周法不适用于山区字形河流法对于大中型河流仅通过河流几个断面确定相关参数代表性不强针对上述方法确定大中型山区河流水生生物最小生态基流量可信度低的问题下面作者们提出一种基于整个减水河段微生境模拟计算河道最小生态基流量的生态水力学法生态水力模拟法的基本概念生态水力学法是通过水生生物适应的水力生境确定合适的流量该法假设水深流速湿周水面宽过水断面的面积水面面积水温是流量变化对物种数量和分布造成影响的主要水力生境参数急流缓流浅滩及深潭是流量变化对物种变化造成影响的主要水力形态模型分三大块见图一是河道水

7、生生境描述该模块调查分析水生生物对水深流速等水力生境参数的最基本生存要求分析水温变化对水生生物的影响分析水生生物对急流等水力形图生态水力学法的示意态的基本生存要求二是河道水力模拟利用水力学模型对研究河段进行一维三维水力模拟计算不同流量时研究河段内各水力生境参数值的变化情况通过一定的水力生境指标表现形式将模块一与模块二有机的结合并用简明的方式表现出来三是河道水生生态基流量的决策由水文水资源水力环评水生生态工作者依据水力生境指标表现形式结合河道的来水过程当地的社会经济发展状况及政策等综合确定河道生态基流量该法将生物资料与河流流量研究相结合计算