[发明专利]一种冰封期河流生态基流计算方法

说明书

本发明公开了一种冰封期河流生态基流计算方法，首先根据基于天然径流过程的还原，利用水文学方法提出生态基流的初始建议值，冰封期根据鱼类越冬需求进行修正，然后将初始建议值与相应河段的水功能区设计流量、现状水利工程建设运行情况以及现状实际流量过程进行对比分析，综合确定重点断面的生态基流标准。该计算方法可以有效地防止河道萎缩甚至断流、维持河流生态系统的基本稳定。

技术领域

本发明属于生态基流研究技术领域，涉及一种冰封期河流生态基流计算方法。

背景技术

研究和确定河流生态基流量的目的在于防止河道萎缩甚至断流、维持河流生态系统的基本稳定，因此生态基流的确定与水生生物的生活特性密切相关，而水生生物的生长又受水量、水温等因素的制约，故在不同的时期，生态基流并非固定值。一般对于河流生态基流按照汛期与非汛期分别制定，本发明结合松花江流域冰封期流量以及封冻期和汛期状况，分别从冰封期、非汛期研究制定松花江流域生态基流。

松花江流域河床径流季节性变化显著，且受人类活动影响较大，因此对于流域河道生态基流的计算原则以还原天然径流过程为主。而松花江流域冰封期，同时也是鱼类生物的越冬期，因此冰封期生态基流的确定尚需考虑鱼类越冬的适宜栖息地需求。而根据天然径流过程和鱼类越冬需求计算的生态基流初值还需要与水环境流量需求(水功能区设计流量)、水利工程运行调度和现状实际流量过程进行对比分析，综合确定科学合理、具备较强操作性的流域整体河流生态基流。

基于天然径流过程的计算首先需要利用建立的流域分布式水文模型WEPSR，对松花江流域长系列(1956-2013年)天然径流过程进行准确模拟，特别是要实现对冰封期径流量的准确模拟。在此基础上利用生态流量计算的水文学方法(Tennant法、7Q10法等)开展各河段不同水文季节生态基流初值的计算，其中冰封期生态基流采用改进后的7Q10法，非汛期采用Tennant法。

7Q10法又叫最小流量法，通常选取90％保证率下最枯连续7天的平均水量作为河流的生态基流。针对松花江流域冰封期基流特点，本研究在7Q10法的基础上加以改进，即按照还原后的冰封期天然径流量75％保证率条件下最枯连续7天的平均值进行计算。

Tennant法是非现场测定的标准设定法，采用河流年平均流量百分比，统筹考虑保护鱼类及有关环境资源的流量状况下的推荐生态流量值，该方法依据历时观测资料而建立起来的流量和栖息地质量之间的经验关系。依据该方法，本研究分别采取多年天然平均径流量的10％，作为非汛期的生态基流量。

对于重点生态保护河段的冰封期生态基流，需要综合考虑鱼类越冬对于适宜水文要素的需求(主要是冰下水深要求)，建立起鱼类越冬场栖息地适宜度曲线，在干流和主要支流利用物理栖息地模拟模型PHABSIM模拟不同冰封期流量条件下鱼类适宜越冬场面积，提出基于鱼类越冬场保护的冰封期生态基流最优值，以及50％适宜越冬场面积对应的越冬流量下限值，作为相关河段冰封期生态基流确定的重要参考依据。在其他一般支流，由于缺少详尽的河道地形资料，以河段内水文实测断面为基础，提出相关站点满足鱼类越冬水深要求的最小流量要求。

在分别得到基于天然径流过程和鱼类越冬需求的生态基流建议值后，分别与河段所在水功能区设计流量、流域水资源保护规划制定的生态流量、近10年现状实际流量过程进行对比分析，综合确定各河段建议的生态基流。冰封期生态基流确定原则包括：对于冬季天然连底冻的河段，不设置冰封期生态基流要求；其他河段，采用基于天然径流过程核算的生态基流建议值、50％适宜鱼类越冬场面积对应的越冬流量下限值、水功能区设计流量、流域水资源保护规划制定的生态流量中的最大值作为生态基流的建议值。将该建议值与近10年冰封期75％保证率日均流量做比较，如果该建议值近10年实际达标率过低，需对其原因进行分析，如果是由于水利工程调蓄或人工取用水较大导致低达标率，则维持该建议值作为断面冰封期生态基流标准；如果是由于越冬流量、设计流量或保护规划制定流量不合理，超过了该断面天然和实际流量水平，则以维持现状冰封期流量不降低为原则，取近10年冰封期75％保证率日均流量与上述4个流量中舍去不合理值后的最大流量作为该断面冰封期生态基流标准。