基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

不同入流类型对生态流量管理效果的影响

河流生态流量管理对于保护下游生态系统具有非常重要的作用。在水库生态调度的研究中,为了给不同流量时期提供不同生态流量,下游生态流量管理越来越复杂化。人们倾向于采用更复杂的生态流量管理来改善生态水文情势。然而,除了生态流量管理,水库入流类型也会影响生态水文情势,进而影响生态流量管理效果。因此,研究不同入流类型对生态流量管理效果的影响,有助于在考虑水库调度成本的情况下,在水库生态调度之前更好地选择生态流量管理方案。通过分析全球径流,总结出3种入流类型。为了对比不同的生态流量管理方案,采用了4种通用生态流量管理方案。结果表明:当水库入流量年内分配较均匀、流量曲线变换平缓时,生态流量管理方案的改变不会影响河流生态水文情势,即这种类型的入流对生态流量管理方案不敏感。     

提升水库下游河流水质的生态放流量确定和可行性分析

大型水利枢纽工程在防洪、发电、供水、航运等诸多方面发挥巨大作用的同时,也改变了河流的天然水文情势,导致下游河流流量减少,削弱了河流水体的自净能力,威胁河流生态系统功能和物种多样性.在此背景下,选定松辽流域石头口门水库及其下游饮马河为研究对象, 首先分析了饮马河主要污染组分COD和NH₃-N浓度的变化趋势以及前期石头口门水库的生态放流措施对下游河流水环境质量的改善效果,然后基于河流水动力和水质模型,通过目标水质反推水库的生态放流量,从而拟定了一套进一步提升河流水环境质量的水库生态放流方案.最后基于水库均衡分析论证了方案的可行性.研究结果表明,原有的水库生态放流计划实施后,劣V类水体同比减少54.55%,效果较为明显.为了满足“十四五”水质目标,进一步提升河流水质,除10月和12月以外,其它月份的生态放流量均需要提高,年生态补水量增加1425万m³,能够满足水库的供水、灌溉需求和蓄水计划,方案具有可行性,能够有效缓解河流水体污染,提升水质.     

山区河流中水利工程下游最小生态需水量计算——以湖北神农架林区长坊二级水库电站为例

主要从保护河流水生生物栖息地出发,探讨山区河流生态需水量问题。文章运用Tennant法、湿周法和以河流上游某断面50%保证率的年平均流量的30%计算方法,对湖北省神农架林区长坊二级水库电站工程坝址下游最小生态需水量,进行计算、比较分析,提出其最小生态需水量为0.22m3/s,为该水电站工程环境影响评价及科学运行提供依据。     

金沙江下游向家坝水库不同出库流量对四大家鱼生境面积影响的定量分析

金沙江下游河道是珍稀特有鱼类国家级自然保护区,适宜的流量是鱼类产卵繁殖的必要条件之一.为量化金沙江下游四大家鱼产卵繁殖所需的适宜生态流量,以向家坝水电站坝址至宜宾水文站(宜宾江段)为研究区域,以四大家鱼产卵期栖息地对水动力的需求作为主要生态因子,通过2012—2019年四大家鱼生境水动力实测资料建立其水动力适宜性曲线,构建基于非结构化不规则三角形网格的宜宾江段平面二维水动力模型,实现了家鱼栖息地水动力分布特征的精细模拟,采用物理栖息地模型(PHABSIM)对影响四大家鱼产卵的主要水动力条件(流速及水深)的需求进行分析,量化水库不同出库流量条件下对应的四大家鱼的栖息地加权可利用面积(WUA),建立了流量与栖息地加权可利用面积关系曲线,定量分析水库不同出库流量对四大家鱼产卵栖息地加权可利用面积的影响,据此进行适宜生态流量的选择.结果表明:金沙江下游宜宾江段四大家鱼产卵繁殖期的适宜流速为0.6~1.3 m/s,最佳流速为0.9~1.0 m/s,适宜水深为3.0~18.0 m,最佳水深为9.0~12.0 m;栖息地加权可利用面积随着水库出库流量的增加呈先增大再缓慢减小的趋势,当水库出库流量为3 000 m3/s时栖息地加权可利用面积达到最大,占研究河段总面积的24.26%,由此推定四大家鱼适宜生态流量为2 000~4 500 m3/s,最佳生态流量为3 000 m3/s.研究显示,通过控制向家坝水库适宜出库流量,可有效保证宜宾江段四大家鱼栖息地面积,为通过金沙江下游梯级水库的生态调度、改善四大家鱼产卵场水动力条件提供了依据.      

新立城水库生态需水量分析

本文以长春市主要饮用水源地——新立城水库为研究区,在确定生态需水量构成基础上,运用Tennant法、面积定额法等研究方法对新立城水库的生态需水量进行核算。研究结果表明,新立城水库的生态需水总量为2.64×108m3,占总库容的44.6%,其中水生生物及其栖息地需水量（下泄生态流量）为1.60×108m3,占水库生态需水总量的60.6%,占水库多年平均径流量的68.4%。研究结果为水库生态调度、生态环境恢复和城市供水安全提供科学依据。     

基于生态保护目标的太子河下游河道生态需水量计算

河流生态需水量计算是进行生态水权分配的一项基础性工作,是生态环境保护和水资源配置的依据.随着社会经济的发展,流域水资源短缺和生态环境问题日益突出.针对太子河下游河段水资源开发利用现状及存在的生态环境问题,在确定生态保护目标的基础上,采用月保证率法和生态水力学法计算下游河道不同等级生态需水量,既可以从各月角度反映河道生态需水是一个与自然径流相适应的过程,又注重水生生物的关键期和生境需求.通过Tennant法验证月保证率法和生态水力学法计算结果可靠,最终确定太子河下游河道最小、适宜和理想等级年生态需水量分别为:5.31×108m3、8.52×108m3和12.17×108m3,而且现状流量可以满足最小生态需水量的要求.     

庵里水库湿地生态健康的生物学评价

近三、四十年来,庵里水库湿地受人类活动影响,健康状况退化严重,危及流域内社会经济的协调发展。通过背景资料收集、野外采样、实验室鉴定与分析,主要利用生物学指标数据的95th百分位标准化指标数据,用简单加和法计算综合指数,根据流域内生态健康等级评价庵里水库湿地生态健康状况。结果表明:(1)庵里水库湿地生态健康状况一般;(2)不同种类的底栖大型无脊椎动物对环境的适应能力、耐受力和敏感程度不同,底栖大型无脊椎动物的结构、种类、数量能够客观地反映栖息地健康;(3)利用样点数据百分位进行指数标准化和生态健康级别划分,能够体现评价标准的区域性特征;(4)限于条件,底栖大型无脊椎动物分类鉴定粗略,进一步降低底栖动物的分类单元是提高生态健康评价准确性的重要措施之一。研究结果可为庵里水库的生态研究、综合管理提供科学依据。     

闸坝河流河道内生态需水研究——以淮河为例

提出了一种估算闸坝下游河道内生态需水的方法--改进的生态水力半径法（AdaptedEcologicalHydraulicRadiusApproach,AEHRA）,该法能够同时计算输出相应河段的生态水位,方便对闸坝进行调度。将其应用到淮河,以鱼类作为生态保护目标,估算了上、中、下游共4个典型闸坝下游河段的生态需水和生态水位,结果表明:①鱼类产卵期内需要较大的生态流量,其顺序为:蚌埠>周口>颍上>白龟山,下游大于上游,中游居中,受断面影响显著;非产卵期则为:周口>颍上>蚌埠>白龟山,中游大于上下游,受河流鱼种影响较大。周口闸下河段全年各月生态需水量相同,需加强上游闸坝的联合调度满足冬季12~-月的生态需水;②要维持河道内生态流量,需进行闸坝调度调整下游水位,保证生态水位;③淮河受人类活动影响剧烈,河流的连续性被切断,生态需水变化没有连续性,只有根据最小生态水位通过闸坝调度,维持河道生态系统最小生态需水,才能逐步恢复淮河健康生态。     

水库出流对水库环境容量的影响研究

水库的出流是影响水库流场的重要因素,也是影响水库水环境容量的重要因素。文章以某水库为例,利用计算流体力学及水质计算软件计算了水库在不同泄流宽度下出流的流量,并根据不同泄流宽度下水库的流场和浓度场计算了对应的水库环境容量值,分析了出流宽度、出流流量和水环境容量三者之间的关系。     

水文变异条件下的黄河干流生态径流特征及生态效应

黄河流域地表水文过程受气候变化与如水库拦蓄等人类活动的严重影响,发生显著变化,多次出现断流现象。深入理解水文变异条件下的径流特征及生态效应,对于黄河流域水资源管理及水资源可持续开发利用具有重要意义。基于此,论文利用多水文指标研究水文变异过程,结合基于流量历时曲线（FDC）的生态剩余和生态赤字等生态径流指标以及水文变异总体评价指标D_o和DHRAM（Dundee Hydrological Regime Alteration Method）来描述黄河干流大中型水利工程对下游河道水文情势的改变程度,并根据多样性指标SI和IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）的拟合关系,进一步分析水文变异的生态效应。研究表明：1）水文情势变异后,FDC整体下移,低于25% FDC流量部分大幅增加,产生生态赤字;2）从上游到下游,降水对各站生态径流指标的影响逐步减小,水库对生态径流指标的影响愈益增大;3）各生态径流指标与大部分IHA指标具有较好的相关关系,能够体现IHA参数的主要信息,可作为衡量黄河流域年和季节径流变化的生态径流指标;4）综合D_o和DHRAM的评价结果,径流过程变异对各站生态风险的影响为：花园口、孙口和利津站为高风险,头道拐和兰州为中等风险,唐乃亥和龙门为低风险;各水文站SI值在20世纪80年代之后均出现下降趋势,其中花园口、孙口和利津3个站的下降幅度较大,生物多样性锐减。     

基于鱼类保护目标的太子河环境流量研究

环境流量是流域水资源合理配置的基础.因此,本文借鉴FLOWS法,以太子河重要鱼类为保护目标,构建了流量组分与鱼类生态需求关系模型.同时,结合栖息地指标与流量关系曲线,计算了包含基流、脉冲流、平滩流和漫滩流4种组分在内的太子河环境流量.结果表明：太子河本溪、辽阳、唐马寨河段鱼类保护年基流量分别为2.93×108、3.12×108、2.88×108m3;现状径流总体可以满足年基流量的要求,但水文过程需要通过水库调度以匹配鱼类生态过程.推荐的各河段脉冲流、平滩流和漫滩流的量级、频率、历时、出现时间等水文参数,可以体现环境流量组分与自然径流过程的一致性要求.该研究可为太子河流域水库生态调度提供理论依据.     

梯级水电开发中最小生态流量的研究——以宝兴河为例

河流梯级水电开发对河道生态环境造成一定影响,为保证河道基本生态环境用水需要,须保证河道最小下泄流量。在宝兴河流域河段上的硗碛电站、宝兴电站、小关子电站、铜头电站布置14个代表断面,利用MIKE软件进行断面形状绘制及相关水力生境参数计算,建立河道断面湿周与流量关系曲线,估算推荐最小生态流量。并通过Tennant法、生态水力学法和湿周法三种方法的分析对比,结果表明:1宝兴河梯级电站引水式开发对生态流量的影响,表现为枯水期入库流量增加,丰水期入库流量减少,平水期则相差不大;2硗碛、宝兴、小关子、铜头电站分别下泄2.39m~3/s、3.89m~3/s、8.91m~3/s和9.86m~3/s生态流量,可保证下游生态系统的稳定。     

小孔板对阀门噪声的控制作用及对阀门流量控制的影响

本实验采用在阀门下游安装小孔板的方法可完全防止阀门噪声向下游传播,使下游噪声仅为小孔板小孔喷注的噪声,比阀门噪声低很多,但小孔板将影响阀门的流量控制作用,本文从理论上提出计算阀门及阀门下游加上孔板后两种情况阀门的开度与流量及驻点压降的关系的方法,特例的数值计算的结果与实验测量符合良好,该法可以可靠地用于工程设计。     

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

长江干流关键点流量变化及其生态影响分析

文章详细介绍了水文变动指标IHA法32个水文参数及其生态影响,计算分析了长江干流4个关键点寸滩、宜昌、汉口和大通在"自然变化阶段"、"受人类活动干扰阶段"和多年长系列3个不同时期的多年平均月流量状况,并采用IHA法计算了各控制点的32个水文参数,确定了各参数相应的水文变化等级,分析了长江干流流量格局的变化情况及潜在的生态影响。结果表明,长江干流关键点流量格局的变化主要是:年内月平均流量1～4月枯季流量增加,6～7月汛期流量增加;寸滩和宜昌流量减少主要集中在下半年8～11月,汉口和大通流量减少的时间推迟,主要集中在10～11月;最小流量参数组的平均值增加,年最小1日流量日期均提前;干扰后呈现连续日上涨率减小,下降率增加的趋势;潜在的生态影响主要是生物多样性降低,大型水生植物丰度增加,大型无脊椎动物现存量减少和丰度减少,对产漂流性卵的鱼类影响较大,动植物生活史模式发生变化,易造成本地物种消失,外来物种入侵的后果等几个方面。     

新疆开都—孔雀河流域天然植被生态需水量研究

本研究以新疆开都—孔雀河流域为研究区,针对流域不同保护目标,采用定额法、阿克苏水平衡站公式和阿维里扬诺夫公式三种方法,分别估算了生态红线区和生态敏感区的生态需水量。研究结果表明开都—孔雀河流域生态红线区平均需水量为13.82×10~8m~3,生态敏感区平均生态需水量为2.06×10~8m~3,且潜水蒸发法中的阿克苏水平衡站公式的计算值与平均值最为接近。由于干旱区降水量稀少,天然植被生长完全依赖地下水,一般采用潜水蒸发法间接计算植被的生态需水量,在植被需水定额不好确定的情况下,更是首选潜水蒸发法进行生态需水量的估算。研究成果可以为孔雀河生态输水工程和塔里木河下游生态输水工程的实施提供科学依据。     

有水库调节的河流水质,水量优化控制的研究

有水库调节的河流水质、水量优化控制的研究清华大学水利系王蜀南，李幼龄吉林市环境保护科学研究所和发，杜静芳等某江上游有Ａ、Ｂ二水库可对该江的流量进行人工控制调节，见图１。在枯水季节，Ｂ水库下泄流量偏小，因Ｃ市江段污染严重，致使下游江段出现黑臭现象。为改...     

浅谈“生态流量”

该文论述了生态流量的概念和作用,提出了在电站调控时必须保证下游的生态流量,以保证下游生态环境的平衡。     

梯级水库建设下的水沙营养盐协同变化规律研究：以嘉陵江为例

水库建设在兴利防洪的同时对多个环境要素造成了影响,现有研究主要分析水、沙、营养盐等单一要素变化,缺乏不同要素间的协同分析.本研究基于IHA指标、MK分析、Spearman相关分析等方法讨论了1995—2017年嘉陵江梯级水库建设对流域水-沙-污染物等单个要素和多个要素协同性的综合影响.结果表明,水库建设对河流流量具有"削峰填平"作用,其中枯水期流量增加13.3%～47.0%,丰水期流量下降率最高则达19.4%;相对于流量,水库建设对泥沙的削减作用更为明显,且对上游河流泥沙输移影响更大.同时,水库建设后其下游水、沙、营养盐过程线趋同,尤其是丰水期,水、沙、营养盐指标相关系数显著提升,均达0.75以上.该结果补充了目前水库建设对水、沙、营养盐综合影响研究的不足,为水利工程影响下的水环境综合管理提供了支撑.