基于物理栖息地模型的梯级水库多目标生态调度研究

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1、基于物理栖息地模型的梯级水库多目标生态调度研究摘要：本文以梯级水库的生态环境效益、社会效益、经济效益整体最大化为目标函数,建立了梯级水库多冃标生态调度模型，用物理栖息地模型求得流域内典型生物良好生存所需的生态流量目标,通过对多目标生态调度模型进行求解,并将生态调度结果与常规调度结果进行对比分析后表明，梯级水库若实行牛态调度，对于保护流域内典型特有生物具有重要作用。关键字：梯级水库、多目标生态调度、物理栖息地模型1序言河流梯级开发通常以发电作为主要目标，部分水库兼有灌溉、防洪、供水、航运等综合利用，这些口标与河流生态环境保护间具有既协调一致、又相互矛盾的特性。所

2、谓生态调度,是对梯级水库的运行方式进行调整，使梯级水库能够在尽量满足各种综合利川要求的同时降低对流域牛态坏境的不利影响，保护流域特有、珍稀、濒危物种不受破坏，维持河流牛态系统稳定性⑴。1959年开始前苏联在伏尔加河、1970~1972年南非对潘哥拉水库、1991^1992年乌克兰在徳涅斯特河、1991T996年美国在山纳西河、1964年我国对三门峡水库及2002年对小浪底进行了生态调度实践，对于特定河流的生态环境的保护起到了积极作用。为推广流域生态调度，国内外相关学者开展了理论研究与调度实践，经历了理念的提出、模型研究、调度实践、管理体制探讨等四个阶段:（1）

3、1971年，Schlueter提出水利工程不应该仅为满足人类对河流利用要求，同时还应该具有维护或创造河流的纶态多样性的功能（21;2007年，董哲仁提出水库多目标生态调度是指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种日标的前提下，兼顾河流生态系统需求的水库调度方法⑶。（2）1998年，DAHughe建立了满足生态需水的水库调度模型⑷；2010年，叶季平、王丽萍针対大型水库的运行方式特点，建立了大型水库生态调度模型，并进行了求解⑸；（3）2011年，张洪波、钱会等提出了基于结构目标的水库牛态调度模型，并采用遗传算法进行了求解⑹;2001年，黑河流域中游取水

4、口8处“全线闭口,集中下泄匕滋润林草地,挽救胡杨树叫2001〜2006年，塔里木河先后8次向下游进行生态应急输水。（4）2008年，尹正杰、黄薇等对长江流域梯级水库牛•态调度管理体制进行了探讨,认为建立科学合理的管理体制和机制是实施流域内水库生态调度管理的关键⑻。上述研究与实践进展不难看出，我国开展牛态调度理论研究较晚，生态调度实践也人多着重于解决水环境恶化等问题，主要是为了满足人类的生产、生活需求，对于鱼类等水生生物的生存需求等考虑不多。鉴于此，本文针对水生生态系统屮最重要的一类生物一一鱼类的牛•存需求作为梯级水库牛态调度的生态目标，进行梯级水库多目标牛•态

5、调度研究。2•物理栖息地模型物理栖息地模型（PhysicalHabitalSimulationModel,PHABSIM模型）是关于河道内物理栖息地水力变量（深度、流速、底质和覆盖度）、栖息地指示物种参数及其变化的一•种概念模型，是根据指示物种所需的物理生境条件，评价不同流量下的栖息地适立度，从而得出适宜牛物牛存的流量条件⑼。与具他方法相比，该模型考虑了牛物本身对物理生境的要求，被认为是目而牛态需水计算方法中最复杂和最具科学依据方法之一，可以作为计算生态流量的一种科学方法。模型的计算流程如下（坷：（1）选定研究区域具冇代表性的物种作为目标物种，详细调杏该物种的

6、生活情况，将栖息地适宜性指标与物种牛•境的影响因子（水深、流速、底质、水温等）关联，绘制该物种不同生命周期的生境适宜性曲线。（2）根据生物调查情况选择冃标物种较为敏感的河段作为研究河段，在各个研究河段设定几个代表性断面來控制河段的水力学特性。在授近的水文站处测定至少3个高、中、低流量，作为校正流量。采集每个断面的河底高程及校正流量下的水深、流速等数据。（3）输入研究河段的各个代表性断而的相对距离、人断面资料及校正流量对应的水位和流速，建立PHABSIM水力学模型，以一维水力学公式为慕础进行水力学模拟，选择合适的方法进行模拟得到断面各分区的水深、流速。（4）根据

7、适宜生境调查及相关研究成果绘制冃标物种生境适宜性曲线并输入PHABSIM物理栖息地模型，结合水力学模型模拟的水深、流速数据进行物理栖息地模拟，计算研究河段不同流量下的加权可利用而积（W〃），其计算方法如下：WUA=工CSF（$久G，7；）xA/河段反度（1）式中：WUA是研究河段每单位长度的生境适宜性；CSF（匕，Di，Ci，G是每个单元影响因子的组合适宜性（combinedsuitabilityfactor,CSF）,匕是流速指标，0是水深指标，C,是河道指标（包括基质和覆盖物），7；•是温度指标；4是长度为有效断血距离的每个单元水平面积。3•梯级水库多目标

8、生态调度模型的建立1）目标函数水库生态