[发明专利]一种基于水库调度的河流生态流量管理方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，涉及一种基于水库调度的河流生态流量管理方法。

背景技术

对河流生态流量进行有效管理，是水库调度的一项基本工作，也是河流生态系统保护的一项基本需求。提供河流所需的生态流量对维持河流生态系统健康至关重要，但随着我国社会经济用水的增加，社会经济用水短缺局面日益严重，河流生态流量的管理需要兼顾人类和生态需求。判断一种基于水库调度的河流生态流量管理方法的先进性有两个重要标准：1)能适合不同的人类供水保证率，2)能提供尽可能优化的生态流量过程，以实现河流生态系统最大程度的保护。现有的基于水库调度的河流生态流量管理方法只能有效的满足河流的最小生态需水，即：在确定河流最小生态需水后，把该最小需水作为水库下泄的最小流量，在此基础上对水库的运行参数进行调整，使供水量或发电量最大化。在河流生态流量管理时，保证最小生态需水是基础，还需要尽可能地维持河流的洪水和高脉冲(high flow pulses)等水文事件，因为这些水文事件对实现洪泛区和河道之间的营养、水份、沉积物和能量的交换以及维持其他多种生态功能极其重要，这些水文事件的缺失会造成河流生态系统的退化。因此，现有的基于水库调度的河流生态流量管理方法虽然能适合不同的供水保证率要求，但难以实现河流生态系统最大程度的保护。如何建立一种适合不同的供水保证率要求，同时能实现河流生态系统最大程度保护的河流生态流量管理方法，是水库调度和河流保护技术领域需解决的问题。

发明内容

针对现有基于水库调度的河流生态流量管理方法的不足，本发明要解决的技术问题是建立一种新的生态流量管理方法，该方法能适合不同的供水保证率要求，同时能提供尽可能优化的生态流量过程，有效的保护河流生态系统。本发明解决这些技术问题所采用的技术方案如下：首先，分别建立生态流量管理基本方案、折衷方案和理想方案。这三种方案分别适合高、中和低供水保证率要求，并分别能维持基本、良好和理想的河流生态系统健康状态。然后，将水库的库容空间分为三个区，从上到下这三个区依次对应生态流量管理理想、折衷和基本方案，从而通过水库的水位将这三个方案耦合为一个统一的方案。当规划的供水保证率高时，水库管理者扩大水库库容最下面的一个区；当水库规划的供水保证率低时，管理者扩大水库库容最上面的一个区，从而该耦合方案可以适合不同的供水保证率，也能提供尽可能优化的生态流量过程。其次，采用水库入流和水库调度曲线相结合的方法指导水库向人类供水，将人类供水方案和以上建立的耦合的生态流量管理方案相结合，构成完整的水库调度方案，指导水库向人类和河流供水。最后，运用遗传算法，以满足规划的供水保证率为基本约束，以减小河流水文情势的扰动为优化目标，对水库库容分区、调度曲线等参数同时进行优化，从而得出最优的基于水库调度的河流生态流量管理方案。其具体的步骤如下：

1.水库入流流量区间分割

采用参数I₁，I₂和I₃将水库入流(R)分为四个区间：R≥I₁，I₁＞R≥I₂，I₂＞R＞I₃，R≤I₃。I₁设为河流平滩流量和水库规划供水量之和；I₂设为水库断面多年日径流量的第75百位数；I₃设为河流最小生态需水量。

2.河流生态流量管理基本方案建立

河流生态流量管理基本方案只提供河流最小生态需水和低于该需水的流量，以保证高的人类用水保证率，具体的方案如下：

a)当水库的入流流量R大于I₃时，河流的生态流量设为河流最小生态需水量；

b)当水库的入流流量R小于或等于I₃时，河流的生态流量设为水库入流量。

3.河流生态流量管理折衷方案建立

河流生态流量管理折衷方案提供河流最小生态需水、低于该需水的流量以及限定数量的高流量水文事件(包括洪水和高脉冲事件)。水库管理者对每个月规定可以下泄的高流量水文事件最大数目[M_a(a＝1，2，...，12)]。M_a的大小取决于规划的供水保证率和河流的生态需求。具体的方案如下：