基于河流健康的泗河干流生态水量调度研究

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河流作为一种宝贵的自然资源,具有生态系统功能和社会服务功能的双重属性,健康的河流生态是生态文明建设的要求。在气候变化影响和人类活动逐渐增强的背景下,如何充分利用好流域有限的水资源,维护好健康的河流生态,不仅需要对流域进行常规的水资源优化配置和调度,还需要进行河流的生态调度。泗河作为山东省沂沭泗河流域典型的横跨“山丘-平原”的大型河流以及入南四湖的重要水质保障河流,由于流域内引蓄水的增加以及沿河市、县、区用水的不均衡等因素,出现了上下游争水、骨干断面流量骤减、入南四湖水质变差等问题。如何进一步规范流域用水行为、实行总量和强度双控、维护河流生态健康成为目前流域管理和区域管理的重要任务。本研究针对当前泗河流域水资源利用存在的问题,在对泗河水文特性分析的基础上,计算泗河主要控制断面的生态流量,并进行河流的健康状态评估。从维护河流良好健康水平的目标入手,构建基于区域水量分配的水文模型,制定并提出泗河干流的生态流量调度方案,以期促进泗河流域的水资源可持续利用和生态环境保护。主要研究内容和结论如下:(1)通过对泗河流域径流变化特征分析,发现近年来土地利用与土地覆被变化、水利工程建设等各种人类活动都对径流产生了极其严重的影响。选取泗河书院水文站为控制断面,采取Tennant法、湿周法、7Q10法和Qp法等计算控制断面的生态需水量。经综合对比分析,提出书院水文站断面的最小生态流量阈值为0.09m3/s,维持河流健康的生态流量汛期阈值为1.66m3/s,非汛期阈值为0.2m3/s。在现状建设工程和用水条件下,书院站断面泗河最小生态流量满足程度为93.5%,基本上能够达到最小生态流量的需求;维持河流健康的生态流量满足程度为85.0%,其中汛期为77.5%、非汛期为88.7%。书院站断面维持河流健康的生态流量满足程度相对较低,可通过适当调控满足健康生态流量的需求。(2)针对泗河流域水资源利用存在的问题,在泗河健康评估基础上,构建了以泗河整体健康为目标层,以泗河的水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性、社会服务功能可持续性等5个特性为准则层,以生态流量达标状况、水功能区达标率、河岸带人工干扰程度、鱼类保有指数、公众满意度等17个特征值为指标层的泗河健康评估体系。将泗河从上游到下游,分为A、B、C和D共4个评估河段,通过实地勘察、数据挖掘和专家咨询,按照以定量分析为主、定性分析为辅的工作原则,对每个指标进行科学赋值。采用层次分析法和熵权法确定指标的权重,应用改进物元可拓模型对泗河骨干河段进行健康评估。结果表明,泗河整体处于良好等级水平,其中河段A和河段B处于优秀等级水平,河段C和河段D处于良好等级水平。在影响河流健康的诸多因素中,生态流量达标状况所占的权重为0.2129,起到维系河流健康的关键作用。(3)根据泗河水利工程、水文站分布和行政区划情况,考虑流域内5座大中型水库和11座拦河闸坝等拦蓄工程,利用Mike Basin软件,构建水资源调度模型,对丰、平、枯水年书院水文站断面生态流量进行模拟分析。结果表明,枯水年4、5、6月份断面流量分别为0.19m3/s、0.15m3/s、0.55m3/s,无法达到河流健康生态流量阈值,期间共缺水303.26万m3;丰水年和平水年的断面流量超过了生态流量阈值,无需进行生态流量调控。针对枯水年书院站断面生态流量部分月份无法满足的情况,通过控制断面上游闸坝下泄水量和压减农业用水两种措施构建3种调度方案,对泗河流域进行长系列的水量调控模拟。最终优化筛选了合理的生态流量调控方案,并提出了建立生态流量监测预警体制机制等保障措施,可以实现生态水量统一调度管理。
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