生态放水研究成果

生态放水”国内研究状况一.干旱区内陆河漫溢型生态用水调控的模拟分析—以塔里木河干流灿木里克生态区为例*(1)利用地理信息系统、洪水演进、遥感方法,通过对塔里木河干流灿木里克漫溢型生态用水调控的分析,建立了生态放水漫溢模型,动态模拟了生态放水的漫溢过程,分析了生态用水量与生态保护范围、放水淹没时间之间的定量关系,结果表明生态放水流量的大小和时间的长短对生态用水的效率影响很大,相同生态用水量按不同流量和时间供给其效果呈几何指数关系,地形起伏度在生态用水中也起到关键性作用,生态用水的调控不能等同于简单的农业灌溉系统,简单的放水会造成很大的浪费,且达不到预期的生态效应.优化放水可使生态用水的效率提高30%,这对于干旱缺水地区至关重要.(2)生态闸生态放水模拟塔里木河干流区属山前平原型河流,加之气候极度干旱,基本上不产流,区域内水资源运移过程主要是河水、地下水、土壤水及灌溉用水之间的转化和地表的蒸发蒸散.模拟计算是由ARCVIWE的floodarea模型来实现，通过Manning-Strickier方程计算网格与其相邻的8个网格之间的水量关系。模型的主要输入参数项包括:流量和水位的时间序列、地形、水工建筑物位置及下垫面糙率等.研究方法流程(图2).二.塔里木河干流生态闸洪水漫溢过程分布式水文模拟(1)通过建立生态闸洪水漫溢模型，了解生态放水后的淹没过程，确定水量与淹没时间、淹没范围的空间定量关系，是实现生态闸科学调度，智能化运行中的首要问题，也是进行全流域水资源的统一调配，充分发挥生态闸、堰等水利工程最大效益的基础。目前，国内外分布式水文模型用于揭示水文过程规律研究主要集中于流域尺度[3〜7],而将其应用于生态用水调控的研究也还处于起步阶段，小尺度的(闸口位置10km2以内)洪水淹没过程模拟及生态响应评价也还未见有发表。本文选取塔里木河干流典型生态闸，通过定量模拟的手段模拟其供水方式及淹没过程，可为闸门的调度和生态水的优化配置提供科学依据；有利于减少无效水量损耗，提高水资源的利用率，增加向下游的输水量，恢复下游濒临灭绝的绿色走廊。RS和GIS技术与水文、水力学相结合，建立符合流域水资源利用特点的生态-水文模型，研究塔里木河特有的生态闸运行机制及闸后水资源分配的规律，是解决塔里木河社会-经济-生态用水矛盾，科学地配置水资源的有益尝试。

上地利用数拥生态闸洪水漫世模拟IKTMIWIW闻闵国倔!w3穴护Emm国NEE凶何闻闻価上地利用数拥生态闸洪水漫世模拟IKTMIWIW闻闵国倔!w3穴护Emm国NEE凶何闻闻価!:s:5!ilMMfRilu-»l51SI气象数据淹没过程动杰模拟洪水历时、放水屋与淹没面积定呈关系空间淹没分析不同生念需水状况下闸门调度方案图1生态洪水漫溢模根建立与分析三．生态配水通过分析,本文认为这种生态用水的配置研究主要包括制度配置、内因性配置、优化配置、协调配置和配置评价5个方面,其中前4个方面是生态配水的理论方法研究,配置评价是生态配水的效果分析。按照水资源配置的概念,制度配置也称为机制配置,主要根据非科学技术手段对用水部门进行配置。国际上所进行的流域水资源配置行为,所依赖的内在机制可分为以边际成本价格进行水资源配置(MCP)、以行政管理手段的公共(行政)水资源配置(PAWA)、以水市场(WA)运行机制进行水资源配置和以用户进行水资源配置(UA)等4个方面［5］。而将生态系统作为配置的一个组成部分则主要是以行政手段和市场手段为主。Giannias和Lekakis［6］采用生态经济学方法,对于水资源分配和冲突问题提出了政策性的考虑,希望通过政治途径,例如谈判分析来获取水资源的合理分配和生态系统的保护,保证生态配水。另一方面,针对水权问题，不同的国家也有不同的规定。Symphorian等〔7］在其文章中不仅通过耦合南非的BBM模型和Warlfex模型对津巴布韦的生态需水量进行估算同时对于给生态环境水权分配的可能性进行了论证,这也为生态配水的计算提供了依据。与之处于论证阶段不同,在美国明尼苏达州,生态配水是通过立法方式进行的,按照用水部门用水权的优先度的高低来配置。其中,居民生活用水和生态用水处于前两位的用水优先度,尤其是遇到干旱年份,应该将这种分配权下放到地方政府,首先满足生活用水和生态用水［8］。相比而言,对于发展中国家来说,这种通过优先权的行政设定来保证生态用水并不适合,而且会因为新的用水部门得不到优先权而受到公平性的质疑,因此,非洲国家津巴布韦放弃了这种用水优先权制度,而采用按比例分配(proportionalwaterallocation)通过供水能力和水权许可制度来保证包括生态系统在内的各部门的用水需求。这种方式由于简单、可操作性强,能够保证公平在该国取得了成功的应用［9］。同时,实践证明这种用水分配方式由于水权的一致性易于建立水市场［10］。因此,无论采用那种类型的行政管理手段,都是与各国政策和实际情况密切相关的。而在我国,虽然在某些规定中强盗了生态配水的重要性,但是对于生态配水的执行性尚处于探索阶段。另外一个方面,是建立水市场,实现水的使用权转让,实际上是政府适应市场经济体制的一种水资源管理和配置所采用的经济手段,而在此基础上,针对水资源的价值开展了不少的工作［11］。20世纪80年代,在美国、印度、墨西哥、中东和澳大利亚等就出现了一些水交易市场［12~15］。Mahan等［16］针对加拿大地表水资源配置依据水市场，对于不同年份的地表水资源分配效率进行了分析。Ballestero等［17］通过多准则决策中的CP(compromiseprogramming)方法来建立水市场,并对其敏感性进行分析。但这些水市场并未单独考虑生态水,都只是从经济角度对水资源的合理配置进行分析。四．引大济湟总干渠工程对大通河水生生态环境的影响及对策研究了青海省引大济湟调水总干渠工程建设对大通河干流中上游水生生态环境的影响及保护措施。现场捕获鱼类9种，采集浮游植物26种，浮游动物10种，底栖动物14种，水生维管束植物4种，重点分析了鱼类种类组成、种群结构、重点保护种类以及繁殖习性等。分析工程建设造成的阻隔、水文情势变化和生境变化等对鱼类和其他水生生物的影响，提出生态放水、修建过鱼道、人工增殖放流、加强监测和回顾评价工作等措施，切实保护鱼类资源和生态环境。为保证生态水量的下泄,除需设计合理的调水方案外,还需采取相应的工程措施来强制保证。研究提出利用引水枢纽坝体现有设施建一座小型坝后式水电站,靠冲砂闸左侧布置,利用引水枢纽形成的上下游水位落差和调水后剩余的流量以及下泄生态流量进行发电,以选型为轴流转浆式机组基荷发电,结合鱼道和泄洪冲沙闸下泄生态流量。在4月、11月,当上游来水流量大于10m3/s时，由单台机组发电的尾水下泄10m3/s的生态流量；当来水流量小于10m3/s时，由生态电站或泄洪冲沙闸将来水全部下泄;在5)10月期间,由单台机组发电的尾水下泄2011m3/s的生态流量，天然来水不足2011m3/s时，停止取水，将天然来水全部下泄。工程最初的设计方案未考虑生态放水工程措施，研究提出的上述生态水量保障措施被纳入工程设计并在该工程建设中得以实施。五．干旱区水资源开发利用引起的生态环境效应研究目前国际上一般以40%作为流域水资源开发利用的警戒线，近年来中国工程院有关专家通过总结各方面的研究成果后认为，西北内陆干旱区生态环境和社会经济耗水以各占50%为宜［58］，即流域至少需要50%的水资源留给生态环境系统，否则会造成流域生态系统退化。至于水资源开发利用到何种程度会造成流域生态系统不可恢复或最终崩溃，目前鲜有研究。而对于地表河流，人们也提出了生态流量占径流量比例的概念，并提出了不同的计算方法［59］。其中，美国规定河道内大多数水生生物在主要生长期优良的栖息条件和多数娱乐用途所推荐的径流量为P=50%频率下的河道径流量的60%,保持大多数水生动物有良好的栖息条件和一般的娱乐活动所推荐的基本径流量为P=50%频率下河道径流量的30%~60%；而河道内径流为P=50%频率下河道流量的10%(即90%为河道外耗水)，是保持大多数水生生物在全年生存所推荐的最低径流量。国内部分学者也提出了河流生态系统合理生态用水比例的概念，并根据最小生态需水、最佳生态需水、最大生态需水确定河流合理生态用水的阈值区间，在此区间之外，水资源开发利用都会对河流生态系统造成不利影响［60］。而对于干旱区的湖泊和地下水，人们提出了合理生态水位的概念，并提出了不同的计算方法，还分析了低于最低生态水位和超过最大在对干旱区水资源与生态环境之间相互关系与相互作用机理研究不断加强的基础上，人们不再满足于仅对水资源开发利用引起的生态环境效应进行描述和统计分析，而是开始尝试运用各种方法来模拟水资源开发利用对生态环境的影响过程，并不同水资源开发利用模式或社会经济增长方式下的生态环境系统变化趋势进行情景预测，以期为干旱区水资源可持续开发利用与生态环境保护提供优化方案和科学决策依据。目前，该领域已经取得了一些重要进展。例如，陈曦等利用地理信息系统、洪水演进、遥感方法，通过对塔里木河干流灿木里克漫溢型生态用水调控的分析，建立了生态放水漫溢模型，动态模拟了生态放水的漫溢过程，分析了生态用水量与生态保护范围、放水淹没时间之间的定量关系［70］；丛振涛等根据塔里木河下游3次应急输水的有关资料，从流量沿程损失率及水头前进速度出发，模拟了历次输水的流量沿程分布、输水距离、输水历时及输水水量，建立了塔里木河下游输水半经验半机理模型，提出了输水距离长、生态保护效益好的输水方案旳；Murray-Hudson等对气候变化下博茨瓦纳Okavango三角洲及其上游的水资源利用方案设定了不同的发展情景，并对不同情景下下游三角洲的水文与生态系统变化进行了仿真模®［72］张华等应用CLUE-S模型，以黑河中上游张掖市为例，分别模拟生态水位对干旱区植被、土壤等的不利影响［61,62］。水资源开发利用的合理阈值、水资源开发利用的最大极限、河流合理生态用水比例等的确定，最终都要涉及到生态环境需水的研究。只要计算出流域或区域的生态环境需水，就可以根据流域或区域的水资源总量和已经开发利用的水资源量，来准确生态放水国外研究成果一．伏尔加河下游有利于生态的春季放水可行性研究下述办法可以改进放水方式:重新审查各有关部门配水的优先次序;改进河川径流预报工作;利用整个梯级水库的调节库容和伏尔加三角洲分水建筑物改进河川径流的调控等。尤其需要指出的是,伏尔加河下游生态状能否改善与梯级水库群运行方式有关,首先是与水库汛前消落操作方式有关。近10年来.许多科研设计单位开展了这方面的研究。里海渔业科研所提出的建议.可作为解决此问题的有代表性的一种办法该建议所提出的有关多级水库调度方式的计算方法,系以下伏尔加3个梯级水库（古比雪夫、萨拉托夫、伏尔加格勒等水库）的模拟平衡数学模型而建立的。按照这3座水库现行运行规程规定.根据每日给定的入库（古比雪夫水库）来水量,该计算方法可拟出能保证满足渔业和农业需要的3座水库运行方式。要增加渔业放水量,从而改善渔业状况,有两种可行的途径:一是强行抬高萨拉托夫和伏尔加格勒两座水库的上游水位高程,以便蓄存部分冬季流量;二是限制古比雪夫水库冬季消落在50m高程以内。然而.这一模型最具诱惑力之处在于,它在运作上有可能对春季放水方式进行调控。梯级水库调度方式的数学模拟,能提供一种确保多年向伏尔加格勒枢纽下游进行春季放水的模式。其放水量、放水方式和放水期,应与伏尔加一里海渔业的上述需求相适应。这项实验在方法上的先决条件是：1•使用PK模型进行计算.这一模型曾多次被用来解决与发挥伏尔加一卡马梯级水库功能有关的一系列科学问题和实际问题。我们认为,它较之用于类比研究的平衡模型,有许多优点。这些优点是,该模型能保证水流动态平衡有比较严格的计算要求，而这种计算可利用梯级枢纽站（断面）间汛流到达时间（T）的求导值进行。在春季,洪峰从雷宾斯克枢纽到达伏尔加格勒枢纽的时间（：）约需10天。此模型的算法是建立在被优化的判据（最大发电量）之上的,从而可以在给定限值范围内能比较严格地估算出梯级的动能指标及在其他部门（指下游渔业）最优放水方式下给发电带来的损失。2.作为计算依据取用年列相当长（15）。二．国外水库生态调度发展状况为了有效地控制和减少由于水文情势变化（包括水富营养化和有机污染等）所导致的大范围生态系统的退化。国外大型水库生态涧度措施有：以流域水利工程措施如何作用和影响流域内的生态系统为主要研究内容。早在20世纪40年代，随着水库的建设和水资源开发利用程度的提高，美国鱼类和野生动物保护协会对河道内水文情势变化与鱼类生长繁殖、产量等之间的关系进行了许多研究，强调了河川释流作为生态因子的重要性”。在20世纪70年代后，澳大利II、南非、法国和加拿大等国家针对河流生态系统，比较系统地开展了关丁鱼类生K繁殖、产量与河流流量关系的研究，同时，有关生态对象的研究也开始从单纯的鱼类扩展到其他水生生物类型”。1991〜1996年，田纳西河流域管理局(TvA)在其管理的20个水库通过提高水库泄流水量及水质，对水库调度运行方式进行了优化调整。具体包括：通过适当的口调节、涡轮机脉动运行、设置小型机组、再调节堰等提高r游河道最小流量，通过涡轮机通风、涡轮机掺气、表面水泵、掺氧装置、复氧堰等设施，提高了水库下泄水流的溶解氧浓度，对改善下游水域生态环境起了重要作用。2004年5月，TVA董事会批准了一项新的河流与水库系统调度政策。这项政策将TVA的水库调度的视点从水库水位的升降调节转移到运用其所管理的水库，米管理整个河流系统的生态需水量。自从Junk在1982年第