近年来,随着生态文明理念不断完善和深入人心,人们对生态环境保护意识逐渐增强,越发重视水利工程建设运行中的生态环境效应。通过调整和优化现有水利工程调度方式,统筹解决国民经济发展与生态环境保护之间竞争性用水矛盾,实现生态环境保护与经济社会高质量发展,已成为当前研究热点之一。我国北方地区,由于水资源总量严重不足与和各行业竞争性用水矛盾日趋严峻,导致了河道外生产生活用水大量挤占河道内生态环境用水,造成一些河流水系出现断流、水质恶化和生物多样性衰退等问题。为此,选择以“基于生态需水的北方河流闸坝调度规则优化研究”为重点,分析和探讨我国北方河流生态保护目标,构建北方河流生态水量管理指标体系,建立基于生态需水的北方河流闸坝调度规则优化模型,分析和提出基于生态需水的北方河流闸坝调度方案,旨在通过调整和优化闸坝调度规则来满足河流生态用水需求,为落实“河长制”和深化促进水生态文明建设提供重要依据。主要研究内容及成果如下:(1)北方河流生态水量管理指标体系构建。针对北方河流开发利用程度高、河流丰枯差异大的现实情况,设置生态水量管理分阶段目标,构建北方河流“生态水量、保证率”双控管理指标体系,提出面向北方河流的生态水量推荐计算方法。(2)基于生态需水的闸坝调度规则设计。基于M-5型调度规则,在传统闸坝供水调度线的基础上,把河道内生态用水户作为独立用水户,设置相应的限制供水线,拟定基于生态需水的闸坝调度图,在传统的调度规则的基础上,设计增加考虑河道内生态用水需求的调度规则。(3)基于生态需水的闸坝调度规则优化模型构建。以河流“生态水量、保证率”双控管理指标作为生态调度目标,构建基于生态需水的闸坝调度规则优化模型,采用改进的人工智能算法(NSGA-Ⅱ)求解,通过多方案比选,给出基于生态需水的闸坝调度规则和调度方案推荐系列结果,为实现基于生态需水的北方河流闸坝调度提供依据。(4)实例应用。以青岛市大沽河为应用实例,根据大沽河区域特点和未来生态文明建设需求,结合现状及未来全市水资源配置总体格局调整优化情况,明确大沽河生态水量管理目标,建立大沽河生态水量管理指标体系;通过概化各类水利工程、供水单元、生态控制断面之间拓扑关系,构建基于生态需水的大沽河闸坝调度规则优化模型,分析各水平年不同情景下闸坝调度方案;通过综合比选,给出不同水平年大沽河闸坝推荐调度方案及调度效果。结果表明,所构建的基于生态需水的闸坝调度规则优化模型,能够给出合理有效的闸坝调度规则,提高河流生态环境用水基本需求的满足程度,可为调整闸坝调度规则和优化闸坝调度运行方式提供科学依据。