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城市化是我国未来一段时间内发展的必然趋势,由城市化引起的河流水环境质量恶化、水生生物减少、河道萎缩等生态环境问题将日益突出,严重影响经济社会和环境的协调发展。生态需水是解决河流生态环境问题的核心,研究城市化河流生态需水将成为解决城市化河流生态环境问题的一个重要方面,是水环境综合治理的一个重要手段。 本文的主要研究内容包括以下6方面: 1、综述目前国内外生态需水研究进展。包括国内外生态需水的发展历程、生态需水在不同研究对象和阶段的内涵、相关的政策法规以及介绍与本文密切相关的水文学方法和水力学方法等内容。 2、研究城市化对河流生态系统和自身功能造成的影响,并结合目前河流的划分依据和划分方法,首次对城市化河流的定义和内涵进行界定:流经城市区域,自然和人工同时补给水源,水资源开发利用率高,且物理、化学、生物组成发生改变的河流。 3、以我国典型的城市化河流——北运河为例,根据北运河生态环境现状以及功能,提出北运河生态需水保护目标:(1)维持北运河最小生态水位,以保持河流景观功能;(2)维持北运河最小的流量,以维持河流的连通性。 4、基于分时期、分河段、分阶段的思路,确定不同发展阶段、不同季节、不同河段的生态需水。首次提出季节最小生态水位法和季节保证率实测径流法两种方法计算城市化河流生态需水。将80-90年代作为第一阶段的恢复目标,采用季节最小生态水位法计算生态需水;80-70年代作为第二阶段的恢复目标,采用季节保证率实测径流法和最小生态水位法计算生态需水。 5、两种恢复目标下生态需水的计算结果: (1)恢复到80-90年代水平,计算结果为通县闸上站最低生态水位介于17.62m-17.90m之间;土门楼闸下站介于7.72m-8.11m之间;筐儿港闸下站介于3.20m-4.04m之间;屈家店闸下站介于2.21 m-2.40m之间。 (2)恢复到70-80年代水平,采用季节保证率实测径流法和最低生态水位法计算,通县闸上站生态需水为2.18亿m3,最低生态水位介于16.68m-17.79m之间;土门楼闸下站生态需水为1.03亿m3,最低生态水位介于7.96m-8.35m之间;筐儿港闸下站为3.1亿m3,最低生态水位介于3.96m-4.47m之间;屈家店闸下站生态需水介于为1.5亿m3,生态水位介于2.11m-2.35m之间; 6、采用最小月平均实测径流法和Tennant法分别计算了保护目标为恢复到70-80年代水平的生态需水,并与上述结果进行了对比,并从可操作性、科学性、合理性上进行了分析,推荐上述结果为北运河生态需水。