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河道生态基流的计算方法优化

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:湿周法通过研究湿周与栖息地质量的关系来估算河道内最小生态流量。湿周法适用河床形状稳定的宽浅形河道和抛物线形河道,可同时计算生态基流、河流湿地及河谷林的最小生态流量。

河道生态基流的计算方法优化

计算生态基流的方法有很多,下面简介几种方法。

8.3.4.1 Tennant法

Tennant法也称为Montana法,是目前应用最广泛的水文学方法。Tennant法主要根据水文资料计算多年平均流量,并以多年平均流量的百分数作为推荐流量,见表8.3-1。在1964—1974年,Tennant等人对美国蒙大拿州、怀俄明州、内布拉斯加州的11条河流进行野外观测研究,共研究河流长度315.4km,研究断面58个,根据观测数据分析了河宽、水深、流速等栖息地参数与多年平均天然流量的关系。Tennant法的主要结论有以下几点:

表8.3-1 Tennant法中栖息地质量与推荐流量关系表

(1)多年平均流量的10%,是保持大多数水生物支撑短期生存栖息地的最小流量。此时河槽宽度、水深、流速显著减少,河流底质或者湿周近一半裸露,鱼类会拥挤在深槽中。有关验证认为,此时大多数河流的平均水深约0.3m,平均流速达0.23m/s。

(2)多年平均流量的30%~60%,除极宽的浅滩外,大部分浅滩能被水淹没,大部分边槽将有水流,许多河岸能够成为鱼类的活动区,无脊椎动物有所减少,但对鱼类觅食影响不大;河流及天然景色满足一般旅游的要求。

(3)多年平均流量的60%~100%,河宽、水深及流速为水生生物提供优良的生长环境,大部分河流急流与浅滩将被淹没,只有少数卵石、沙坝露出水面,岸边滩地将成为鱼类能够游及的地带,岸边植物将有充足的水量,无脊椎动物种类繁多、数量丰富。

(4)多年平均流量的5%~10%,对于大江大河仍有一定的河宽、水深和流速,可以满足鱼类洄游、生存和旅游景观的一般要求,是保持绝大多数水生物短时间生存所必需的瞬时最低流量。

Tennant法是依据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,使用简单、方便,常用于规划阶段。Tennant法需要拥有长系列水文资料(宜30年以上),它没有直接考虑生物的需求和生物间的相互影响,例如,食物、栖息地、水温、水质等因素变化的影响;也没有考虑平水年、丰水年、枯水年的水量差异。

Tennant法主要适用于北温带河流生态系统;更适用于大的、常年性河流,作为河流进行最初目标管理、战略性管理方法使用;不适用于季节性河流。

在实际应用中应注意,Tennant法中的年平均流量是天然状况下的多年平均流量,其中某百分比的流量是瞬时流量。水文系列最好选用包括平水年、丰水年、枯水年的长系列,最好选用河流健康状况良好历史水文系列资料。有时也可变通采用分水期的多年平均流量作为流量百分比的基准流量。

8.3.4.2 90%保证率法

此方法属于水文学方法。根据长系列水文资料,对多年最枯月平均流量进行排频计算,得出90%保证率对应的流量,作为生态基流。此法适合于水资源量小且开发程度已经较高的河流,是用于维持河流不断流,避免河流水生生物群落遭到无法恢复破坏所需的最小流量。此法采用的流量为天然流量。用长系列水文资料时,要注意所选资料的代表性,系列最好包括丰水年、平水年和枯水年。此法也常用于计算河流自净需水量。

8.3.4.3 近10年最枯月流量法(www.xing528.com)

此法属于水文学方法。根据长系列水文资料,计算近10年最枯月天然流量的平均值,作为生态基流。此法适合于水资源量小且开发程度已经较高的河流,用于维持河流不断流。此法采用的流量为天然流量。此法可用于计算河流自净需水量。

8.3.4.4 流量历时曲线法

流量历时曲线法是水文学法中第二广泛应用的方法。它利用历史流量资料构建各月流量历时曲线,将某个累积频率相应的流量(Qp)作为生态流量。Qp的频率P可取90%或95%,也可根据需要做适当调整。Q90为通常使用的枯水流量指数,是水生栖息地的最小流量,为警告水管理者的危险流量的临界值。Q95为通常使用的低流量指数或者极端低流量条件指标,为保护河流的最小流量。这种方法一般需要20年以上的流量系列资料。

8.3.4.5 湿周法

湿周法是应用十分广泛的水力学方法。湿周法通过研究湿周与栖息地质量的关系来估算河道内最小生态流量。它能够分析流量与特定生物对象需要的生境面积的对应关系。该法首先在河道浅滩河段设定多个计算断面,测量断面形态参数,绘制每个断面的湿周-流量关系图。不同水深的断面过流量可以采用谢才公式计算。湿周-流量关系图中的第一个拐点对应的流量作为计算断面生态基流(图8.3-4)。当曲线拐点不明显时,某个湿周率相应的流量,作为生态流量,常取多年平均流量相应的50%湿周对应的流量作为计算断面生态基流。可以结合平面测量图,分析多个计算断面的生态基流对应的范围,综合判定计算河段的生态基流。

湿周法适用河床形状稳定的宽浅形河道和抛物线形河道,可同时计算生态基流、河流湿地及河谷林的最小生态流量。

图8.3-4 湿周-流量关系图

8.3.4.6 R2-Cross法

R2-Cross法由美国林业部开发,在科罗拉多州作为标准方法用于评价冷水河流区域的环境流量。它将河流平均深度、平均流速和湿周长度作为栖息地质量指标(表8.3-2)。该法需要选择浅滩断面,进行断面量测,然后查表中的湿周率结合断面湿周-流量关系确定生态流量,也可直接使用平均水深、平均流速加上断面河宽计算生态流量。此生态流量为保护水生物栖息地的最小流量。

表8.3-2 R2-Cross法确定最小生态流量的标准

R2-Cross法认为,如果浅滩式河流栖息地的水力学指标能够满足生物栖息地质量要求,那么这种水力学条件也足以维护非浅滩栖息地内的生物体和水生生境。

R2-Cross法适用于河宽为0.3~31m的非季节性小型河流,不能用于确定季节性河流的流量。R2-Cross法根据一个河流断面的实测资料,确定代表整条河流的参数,容易产生误差。R2-Cross法不适用于河顶宽度大于31m的大中型河流。

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