生态需水之河道基流
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河道生态需水—生态基流
生态基流的概念和内涵
生态需水和生态基流
▪ 生态需水：从旧算法到新思想 需水量 = 农业需水 +工业需水 +城市生活需水
生态环境恶化
只考虑人工生态系统 只强调生产和生活
限制经济发展
需水量 = 农业需水 +工业需水 +城市生活需水 +生态与环境需水
良性循环
考虑自然生态系统 生态系统本身需水
15
10
5
0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
Tennant
90%最枯月
HOOPE法
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水力学方法
湿周法
利用曼宁/谢才公式，绘制出湿周-流 量曲线
斜率在一侧增大，在另一侧减小的界 点，认为是转折点，也就是适合的基 流
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
生态基流的着眼点
▪ 河道水量影响河道环境
• 满足河流的航运功能对枯水流量进行研究 • 要保留一定天然洪水特征来维持生态系统 • 保护河流生物栖息地 • 维持河流生物正常生存 • 需要足够水量防治海水入侵等 • 需要足够流动速度冲刷污染物等
水力学因素
生态学因素
水环境因素
生态基流的计算方法
主要计算方法概述
水文学方法
A 利用历史流量资料确定
简单方便/数据的要求低 未考虑河流生态需求/结果粗略 方法：Tennant 、Q90、RVA
水力学Hale Waihona Puke Baidu法
B 根据水力参数确定
对河流水力情况的模拟准确 需要调查/应用较少/发展缓慢 方法：湿周法、R2CROSS 法
生境模拟法
C 用指示物种所需水力条件确定
是水力学方法的进一步发展 考虑生态因素
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水文学方法
35
几种水力学方法比较
30
Tennant法指将多年平均流量的10%当作 是河道的流量最低下限
因此，获取长时期的水文站数据，就能很 快的估算出生态基流 实践证明，该方法在众多水力学方法中最 能反映水资源偏少地区的汛期和非汛期的 变化，同时值不会太大
25
20
目标单一/未反映整体 方法：IFIM、CASMIR
整体分析法
D 综合研究水文条件/河流生境
考虑全面/精度最高
需要大量数据/人员要求太高 方法：BBM法、DRIFT法、水文–生态 响应关系法
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
选取渭河关中段上五个水文站分为五段计算
• 由于河流空间特征的 差异性，以这五个水 文站为分界点分为五 段分别计算 • 采用水文学方法、水 力学方法和水量水质 综合模拟法三类方法 计算不同河段的生态 基流量
该方法考虑的因素比较全面，缺点是仅适用于宽浅型河道。
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水量水质综合模拟法
找寻主要污染因子 • 根据河道实际污染情况 • 如COD、氨氮这类指标 使用河流模拟软件 • 模拟出河道不同不同排 污能力下的流量 • 如MIKE 11 计算生态基流 • 列出多种不同情境 • 选取较大的一个
欧洲澳洲
19
美国
发现水资源利用影 响渔场产量 提出 河流最小生物流量 景观河流流量 湿地环境用水 海湾—三角洲出流
继续研究流量和渔业 建立 流速和水生生物关系 生态流量定量 基于过程的研究 关注 能量流/碳通量/生活史
80s
中国
提出21世纪生态水 利 针对 干旱区/黄河 水土流失 水土保持
19
70s
水力学方法
湿周法对水深的要求较高，因此对于渭河这类水资源不足的河不易应用 R2CROSS法则多用于0-30m的中小河流，也不适宜较宽的渭河
平均水深法以鱼类对流速和平均水深的需求、不冲不淤流速、床面切应 力及生态水力坡降来分别确定生态水深和生态流速，从而确定生态基 流。该方法计算结果小于湿周法和 R2CROSS 法，与 10%Tennant 法的 计算结果较为相近。
参考文献
References
▪ [4]王西琴,刘昌明,张远. 黄淮海平原河道基本环境需 水研究[J]. 地理研究,2003,(02):169-176.
▪ [5]吉利娜,刘苏峡,吕宏兴,门宝辉. 湿周法估算河道内 最小生态需水量的理论分析[J]. 西北农林科技大学学 报(自然科学版),2006,(02):124-130.
可持续利用
生态需水和生态基流
▪ 生态基流：生态需水的重要一环
生 态 需 水 的 分 类
按研究 目的
最小生态需水量 生态流量
生态基流
是维持河流和河 口生态系统健康 的最低流量
生态环境需水量
干旱区生态需水
按研究 对象
城市生态需水 湖泊生态需水
湿地生态需水
生态基流的着眼点
▪ 生态基流发展的历史
19
40s
COD
氨氮
90%保 75%保 90%保 75%保 生态基流 现状排 达标排 现状排 达标排 情境 证率纳 证率纳 证率纳 证率纳 推荐值 污 污 污 污 污能力 污能力 污能力 污能力 13.26 6.58 3.4 4.38 21.48 21.3 2.92 3.68 3.4 某站点
▪ [1]徐宗学,武玮,于松延. 生态基流研究:进展与挑战[J]. 水力发电学报,2016,35(04):1-11. ▪ [2]徐志侠,陈敏建,董增川. 河流生态需水计算方法评 述[J]. 河海大学学报(自然科学版),2004,(01):5-9. ▪ [3]王西琴,刘昌明,杨志峰. 生态及环境需水量研究进 展与前瞻[J]. 水科学进展,2002,(04):507-514.
生态基流的概念和内涵
生态需水和生态基流
▪ 生态需水：从旧算法到新思想 需水量 = 农业需水 +工业需水 +城市生活需水
生态环境恶化
只考虑人工生态系统 只强调生产和生活
限制经济发展
需水量 = 农业需水 +工业需水 +城市生活需水 +生态与环境需水
良性循环
考虑自然生态系统 生态系统本身需水
15
10
5
0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
Tennant
90%最枯月
HOOPE法
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水力学方法
湿周法
利用曼宁/谢才公式，绘制出湿周-流 量曲线
斜率在一侧增大，在另一侧减小的界 点，认为是转折点，也就是适合的基 流
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
生态基流的着眼点
▪ 河道水量影响河道环境
• 满足河流的航运功能对枯水流量进行研究 • 要保留一定天然洪水特征来维持生态系统 • 保护河流生物栖息地 • 维持河流生物正常生存 • 需要足够水量防治海水入侵等 • 需要足够流动速度冲刷污染物等
水力学因素
生态学因素
水环境因素
生态基流的计算方法
主要计算方法概述
水文学方法
A 利用历史流量资料确定
简单方便/数据的要求低 未考虑河流生态需求/结果粗略 方法：Tennant 、Q90、RVA
水力学Hale Waihona Puke Baidu法
B 根据水力参数确定
对河流水力情况的模拟准确 需要调查/应用较少/发展缓慢 方法：湿周法、R2CROSS 法
生境模拟法
C 用指示物种所需水力条件确定
是水力学方法的进一步发展 考虑生态因素
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水文学方法
35
几种水力学方法比较
30
Tennant法指将多年平均流量的10%当作 是河道的流量最低下限
因此，获取长时期的水文站数据，就能很 快的估算出生态基流 实践证明，该方法在众多水力学方法中最 能反映水资源偏少地区的汛期和非汛期的 变化，同时值不会太大
25
20
目标单一/未反映整体 方法：IFIM、CASMIR
整体分析法
D 综合研究水文条件/河流生境
考虑全面/精度最高
需要大量数据/人员要求太高 方法：BBM法、DRIFT法、水文–生态 响应关系法
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
选取渭河关中段上五个水文站分为五段计算
• 由于河流空间特征的 差异性，以这五个水 文站为分界点分为五 段分别计算 • 采用水文学方法、水 力学方法和水量水质 综合模拟法三类方法 计算不同河段的生态 基流量
该方法考虑的因素比较全面，缺点是仅适用于宽浅型河道。
主要计算方法的实例应用——以渭河为例
水量水质综合模拟法
找寻主要污染因子 • 根据河道实际污染情况 • 如COD、氨氮这类指标 使用河流模拟软件 • 模拟出河道不同不同排 污能力下的流量 • 如MIKE 11 计算生态基流 • 列出多种不同情境 • 选取较大的一个
欧洲澳洲
19
美国
发现水资源利用影 响渔场产量 提出 河流最小生物流量 景观河流流量 湿地环境用水 海湾—三角洲出流
继续研究流量和渔业 建立 流速和水生生物关系 生态流量定量 基于过程的研究 关注 能量流/碳通量/生活史
80s
中国
提出21世纪生态水 利 针对 干旱区/黄河 水土流失 水土保持
19
70s
水力学方法
湿周法对水深的要求较高，因此对于渭河这类水资源不足的河不易应用 R2CROSS法则多用于0-30m的中小河流，也不适宜较宽的渭河
平均水深法以鱼类对流速和平均水深的需求、不冲不淤流速、床面切应 力及生态水力坡降来分别确定生态水深和生态流速，从而确定生态基 流。该方法计算结果小于湿周法和 R2CROSS 法，与 10%Tennant 法的 计算结果较为相近。
参考文献
References
▪ [4]王西琴,刘昌明,张远. 黄淮海平原河道基本环境需 水研究[J]. 地理研究,2003,(02):169-176.
▪ [5]吉利娜,刘苏峡,吕宏兴,门宝辉. 湿周法估算河道内 最小生态需水量的理论分析[J]. 西北农林科技大学学 报(自然科学版),2006,(02):124-130.
可持续利用
生态需水和生态基流
▪ 生态基流：生态需水的重要一环
生 态 需 水 的 分 类
按研究 目的
最小生态需水量 生态流量
生态基流
是维持河流和河 口生态系统健康 的最低流量
生态环境需水量
干旱区生态需水
按研究 对象
城市生态需水 湖泊生态需水
湿地生态需水
生态基流的着眼点
▪ 生态基流发展的历史
19
40s
COD
氨氮
90%保 75%保 90%保 75%保 生态基流 现状排 达标排 现状排 达标排 情境 证率纳 证率纳 证率纳 证率纳 推荐值 污 污 污 污 污能力 污能力 污能力 污能力 13.26 6.58 3.4 4.38 21.48 21.3 2.92 3.68 3.4 某站点
▪ [1]徐宗学,武玮,于松延. 生态基流研究:进展与挑战[J]. 水力发电学报,2016,35(04):1-11. ▪ [2]徐志侠,陈敏建,董增川. 河流生态需水计算方法评 述[J]. 河海大学学报(自然科学版),2004,(01):5-9. ▪ [3]王西琴,刘昌明,杨志峰. 生态及环境需水量研究进 展与前瞻[J]. 水科学进展,2002,(04):507-514.