农业论文

基于区间可行域的河流生态流量多方法耦合模型研究

时间：2025-03-11 18:54 所属分类：农业论文 点击次数：

摘要：河流生态流量的单一计算方法难以满足多功能河道的需求，首先采用生境模拟法、湿周法、Tennant法、Tex?as法、最小月平均实测净流量法、基于流域水文循环模型的河流生态流量计算方法等多种方法分别计算了西江梧州断面的生态流量，在综合上述几种方法计-

　　摘要：河流生态流量的单一计算方法难以满足多功能河道的需求，首先采用生境模拟法、湿周法、Tennant法、Tex?as法、最小月平均实测净流量法、基于流域水文循环模型的河流生态流量计算方法等多种方法分别计算了西江梧州断面的生态流量，在综合上述几种方法计算结果的基础上，加入一个控制向量，提出了基于区间可行域的河流生态流量多方法耦合模型，计算出每个月基于区间可行域的生态流量。结果表明：耦合模型计算结果比较切合实际，既考虑了河道内基本生态流量的需求也考虑了下游三角洲压咸流量和汛期鱼类生长繁殖的需求，对珠江流域水资源总量控制、西江骨干水库群联合调度以及水资源优化配置等工作具有重要的实践意义和指导意义。

　　关键词：区间可行域;多方法;耦合模型;生态流量;梧州

　　确保生态环境用水是从根本上保护或恢复和重建生态环境至关重要的问题[1]。随着全球气候变化及人类活动的影响，人类越来越关注水生态环境问题，体现在进行、区域规划、流域规划时都非常注重生态环境需水量的研究，特别是对维持河流基本生态功能的河流生态流量的研究显得尤为重视。全球约有207种计算河流生态流量的方法，可分为水文学方法、水力学方法、生物栖息地模拟法、整体法、综合方法及其他方法，并在世界范围内得到广泛应用[2]。中国对生态环境需水的研究始于20世纪80年代后期[3]，起初的研究多集中在水资源供需矛盾突出且生态环境相对脆弱的干旱半干旱地区和季节性干旱的半湿润地区[4-7]。目前，一些生态环境需水量计算方法和计算成果在全国范围内得到了广泛的应用，生态流量的概念和内涵也得到了深入的研究[1]，与水有关的生态理论问题也得到了深入的探讨[8-9]。

　　除了传统方法之外，一些学者也结合气候变化及人类活动的影响，提出了考虑水文变异下的河流生态流量计算方法[10-11]。然而，每种方法计算结果基本上都是单一数值，且有些方法计算结果没有反映全年的变化过程，而河流生态流量计算结果为区间值且能反映全年变化过程的显得更为合理。本文作者曾采用多种方法对珠江流域西江水系梧州断面的生态流量进行计算研究[12]，但综合各种方法的计算结果也不太理想。因此，本文在综合多种方法计算结果的基础上，考虑实际需求，加入了一个控制向量，提出了基于区间可行域的河流生态流量多方法耦合模型，对生境模拟法、湿周法、Tennant法、Texas法、最小月平均实测净流量法、基于流域水文循环模型的河流生态流量计算方法等多种方法进行耦合，以西江梧州断面为实例，计算出每个月基于区间可行域的生态流量，结果表明：耦合法计算结果比较切合西江梧州断面实际，既考虑了河道内基本生态流量的需求也考虑了下游三角洲压咸流量和汛期鱼类生长繁殖的需求，计算结果在Ten?nant法的评价标准里均处于“好”及以上标准。

　　1河道内生态流量方法研究

　　1.1生境模拟法

　　生境模拟法是将水文过程与水生生物生长阶段相结合，通过控制断面的流量～流速关系计算该断面的适宜生态流量。在生态资料充足的基础上，运用生境模拟法具有较高的精准度，该方法在我国长江、黄河、辽河、海河等流域得到较为普遍的应用[13]。

　　1.2湿周法

　　a)基本原理。河道湿周法是利用湿周作为栖息地质量的指标来估算期望的河道内流量值。在临界的栖息地区域(通常大部分是浅滩)现场搜集河道几何尺寸和流量数据基础上，以临界的栖息地类型作为河流的栖息地指标。该方法在实际应用中需要确定湿周与流量之间的关系，河道内流量推荐值可依据湿周～流量关系曲线中影响点的位置而确定。b)基于湿周法的河道最小生态需水量多目标评价模型。在传统湿周法的基础上，建立了以社会经济用水量最大(河道流量最小)和河道湿周最大为目标的多目标评价模型，并用理想点法对模型进行求解。该方法综合考虑了社会经济用水和栖息地保护对河流流量的需求，有效协调了经济用水与生态用水之间的矛盾[14]。

　　1.3Texas法由于Tennant法考虑的是需水目标主要需水时段的水量均值，其缺点是无法进一步提出各月的生态水量，近年来科学家在此基础上提出了Texas计算方法。Texas法主要是将50%保证率下的月流量也参照表1内容提出了水量的保障权重比例，作为各月生态水量的计算基础。

　　1.4最小月平均实测净流量法最小月平均实测净流量法是将河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流最小生态需水量。

　　1.5基于流域水文循环模型的河流生态流量计算方法闭合流域水资源是保持平衡的，从水文循环的过程出发，采用水量平衡原理，进行流域生态需水量的估算。思路是将流域流入水量，跨流域调水量，内源降水补给量相加，再减去排泄水量，得到实际径流水资源总量，以此作为平衡分析的总控制量进行水量平衡计算。用总控制量减去国民经济用水量，得到天然生态直接用水量，再加上国民经济用水后的回归水量，最终得到生态系统可能实际利用的水资源量。

　　2生态流量耦合模型

　　由于上述各种方法的侧重点不同，各自的计算结果差异较大，本文在综合上述几种方法计算结果的基础上，加入一个控制向量B，得出符合实际需要的生态流量值，耦合模型表达式如下：A=[A(i，min)，A(i，max)](3)B=[b1，b2，…b12](4)Mi=[bi，A(i，max)](bi≥Ai，min)[A(i，min)，A(i，max)](bi》Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges(季刊)2016年创刊，中文，大16开，出版地：重庆市，是面向国内外公开发行的环境科学类学术新刊，《三峡生态环境监测》旨在宣传党和国家有关环境保护和生态建设的方针政策，反映三峡库区生态环境动态，推广环境科学先进经验和技术，展示环境科学理论研究成果，搭建环境科学交流平台，为促进三峡库区及长江中上游生态环境保护和生态文明建设服务。