系統(tǒng)動力學(xué)的北方大型灌區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量

黃河口濱海區(qū)生態(tài)環(huán)境最小需水量的研究——黃河口濱海區(qū)生態(tài)環(huán)境最小需水量的研究

水土流失問題是生態(tài)系統(tǒng)面臨的重要問題.對于多沙河道來說,必須維持一定的生態(tài)環(huán)境需水量用于輸沙,以保證河道生態(tài)平衡.本文以多沙河流為研究對象,以輸沙動力學(xué)理論為基礎(chǔ),分析了河流輸沙能力和水流挾沙能力,在此基礎(chǔ)上提出了河道在不沖不淤的臨界狀態(tài)下河流最小流量的計算方法,此為防止河道泥沙淤積的最小生態(tài)環(huán)境需水量.通過實際算例,本文還說明了所提出的計算方法的應(yīng)用,以期為多沙河道水資源合理配置及生態(tài)平衡維護提供科學(xué)依據(jù).

本文結(jié)合錦北灌區(qū)水資源現(xiàn)狀,進行了水資源供需水量平衡分析,最后計算出工程供水量以及工程現(xiàn)狀需水量,從而對整個灌區(qū)供需水量做出總體評價。

本文對國內(nèi)外河流生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法進行了分析研究,重點分析了各種方法的優(yōu)缺點及適用條件。并根據(jù)南水北調(diào)西線一期工程調(diào)水河流近40年的年月徑流實測資料,分別采用7q10改進法、最小月平均流量法、tennant法計算了雅礱江、大渡河兩條河流中五個引水壩址的最小河流生態(tài)環(huán)境需水量。最小月平均流量法計算的最小河流生態(tài)環(huán)境需水量比較適用于西線調(diào)水河流。

從生態(tài)環(huán)境需水量的狹義定義出發(fā),以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為目標,分析了黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量的組成,系統(tǒng)計算其重點流域河道內(nèi)、外生態(tài)需水量。結(jié)果表明:黃土高原地區(qū)重點流域生態(tài)環(huán)境需水總量約為96.26×108m3,且大部分重點流域水資源開發(fā)已超過了各流域地表水資源的極限。各流域年平均徑流量近年來不斷減少,生態(tài)環(huán)境需水量將不斷增加,應(yīng)引起決策者的高度重視。

渾沙灌區(qū)所取用的主要是大伙房水庫經(jīng)渾河閘引入灌區(qū)水。由于引用庫水灌溉的水田水溫高,對水稻生產(chǎn)極為有利。但是隨著用水矛盾日益突出,有必要對灌區(qū)供需水量進行平衡分析,旨在對調(diào)水、用水提供科學(xué)的理論依據(jù)。

我國西南山區(qū)一大批引水式水電站陸續(xù)建成,河道減水的生態(tài)影響不容忽視,生態(tài)環(huán)境需水研究已成熱點.針對我國目前生態(tài)環(huán)境需水研究難以反映河流自然水文情勢和保護對象需水過程的問題,以生態(tài)、景觀、水質(zhì)等多目標為保護對象,引入不同的指標及標準研究山區(qū)河道生態(tài)環(huán)境需水量的過程;并推求了岷江上游干流典型電站——福堂水電站基于多目標保護的生態(tài)環(huán)境需水量過程,為后續(xù)生態(tài)環(huán)境需水的研究提供借鑒.

在總結(jié)目前國內(nèi)外湖泊、濕地生態(tài)環(huán)境需水量計算方法的基礎(chǔ)上,針對現(xiàn)有方法存在的問題和適用條件,結(jié)合松嫩濕地的特點,確定了相應(yīng)的計算公式,并依據(jù)保護區(qū)各功能區(qū)劃定的原則,確定了最小生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法,并以扎龍濕地自然保護區(qū)為例進行了計算。依據(jù)45年系列氣象數(shù)據(jù),對計算結(jié)果進行了修正,確定了不同降水頻率下濕地的最小生態(tài)環(huán)境需水量。

生態(tài)需水量是針對生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)、水資源合理開發(fā)利用等而提出的,是近年國內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究熱點。在系統(tǒng)回顧國內(nèi)外生態(tài)需水量研究進展基礎(chǔ)上,介紹了生態(tài)需水量的概念、特征與分類,并總結(jié)了生態(tài)需水量的主要計算方法,同時就常用2種計算方法(tennant法和曼寧公式估算法)及其在水電項目環(huán)境影響評價中的實際應(yīng)用進行了探討。最后,對生態(tài)需水量的發(fā)展和應(yīng)用進行了展望。

以云南省元陽縣哈尼梯田灌區(qū)為例,對灌區(qū)生態(tài)環(huán)境需水進行評價研究。針對灌區(qū)特點與實際情況,綜合考慮自然、社會、水資源、生態(tài)環(huán)境方面因素選取評價指標,建立基于層次分析法的灌區(qū)生態(tài)環(huán)境需水評價模型,對灌區(qū)2000年和2005年的生態(tài)環(huán)境需水狀況進行對比分析評價。

該技術(shù)圍繞“現(xiàn)代化節(jié)水生態(tài)型灌區(qū)”的建設(shè)目標，利用高郵灌區(qū)節(jié)水改造項目的實踐經(jīng)驗，在灌區(qū)傳統(tǒng)與現(xiàn)代、節(jié)水與生態(tài)、工程與景觀、安全與親水等方面做了積極的探索，并總結(jié)出適用于同類型灌區(qū)的技術(shù)方案。

城市需水量預(yù)測及供需水量平衡 水的作用已無需贅述，給水系統(tǒng)是人類社會生活和生產(chǎn)環(huán)境環(huán)境 中不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施。 給水系統(tǒng)由取水、輸水、水質(zhì)處理和配水等相關(guān)等各關(guān)聯(lián)設(shè)施所 組成的總體，而給水工程規(guī)模的大小與需水量的多少密切關(guān)聯(lián)。

以沈陽城區(qū)南運河為例,從生態(tài)學(xué)理論和水水功能區(qū)劃分的角度出發(fā),結(jié)合南運河水質(zhì)現(xiàn)狀,通過所建立的水質(zhì)模型模擬提出了南運河枯水期和豐水期的最小生態(tài)環(huán)境需水量和水質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,提出了城市景觀河流最小生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法,從而為城市景觀河流生態(tài)環(huán)境需水量的研究起到一定指導(dǎo)作用。

南水北調(diào)西線一期工程規(guī)劃從雅礱江的支流達曲、泥曲和大渡河的支流杜柯河、瑪柯河、阿柯河等河流調(diào)水40億m3入黃河上游支流賈曲,以緩解我國西北沿黃地區(qū)及華北部分地區(qū)干旱缺水問題。調(diào)水河流生態(tài)需水量的研究對調(diào)水工程的成功建設(shè)和運行具有重要意義,在分析該調(diào)水區(qū)河道內(nèi)生態(tài)需水量主要是滿足水生生物棲息地需水要求的基礎(chǔ)上,采用將50%保證率時的河道內(nèi)流量的30%作為最小生態(tài)流量的方法來初步計算各調(diào)水壩址處的最小生態(tài)流量,并利用montana法對計算結(jié)果進行了評價。結(jié)果表明:采用本文計算的逐月最小生態(tài)流量,在4~9月份時,可以使河道內(nèi)的流量狀態(tài)處于中等水平,在10月份至次年3月份時,可以使河道內(nèi)的流量狀態(tài)處于非常好的水平,并在滿足下游河道生態(tài)需水量的同時,達到工程對外調(diào)水量的要求。

根據(jù)東河灌區(qū)實施節(jié)水改造建設(shè)的需求,在分析確定灌區(qū)設(shè)計灌溉保證率和典型年降水的前提下,進一步分析確定了實施節(jié)水改造后灌區(qū)作物的種植結(jié)構(gòu),擬定了灌溉制度,采用綜合灌水定額法,計算確定了設(shè)計典型年條件下灌區(qū)規(guī)劃灌溉用水量。

黔中水利樞紐工程擬解決六枝北部和東部、普定南部、鎮(zhèn)寧北部、關(guān)嶺中部、西秀南部和東部、平壩南部、長順東北部等7縣49個鄉(xiāng)鎮(zhèn)4.34萬hm2(65.14萬畝)灌溉面積和渠道沿線5個縣城供水及人畜飲水。通過對黔中水利樞紐灌區(qū)水資源利用存在的問題及建設(shè)的必要性進行分析,論證了灌溉保證率、灌溉制度,提出了灌區(qū)在設(shè)計保證率下的需水量,并結(jié)合區(qū)域現(xiàn)有水利工程的供水能力,論證了黔中水利樞紐工程灌區(qū)的合理規(guī)模。

利用系統(tǒng)動力學(xué)模型定量模擬瑪納斯河灌區(qū)水資源供需狀況,在分析水資源供需平衡敏感性影響因子的基礎(chǔ)上,提出傳統(tǒng)型、一般治污型、強化治污型、一般節(jié)水型、強化節(jié)水型和綜合型六種模擬方案,對瑪納斯河灌區(qū)未來水資源的供需平衡狀況進行分析。結(jié)果表明：按照傳統(tǒng)型方案,未來幾年瑪納斯河灌區(qū)水資源的供需缺口逐漸增大,雖然強化節(jié)水可以滿足水資源需求量,但強化治污和強化節(jié)水相結(jié)合的綜合型方案能夠產(chǎn)生更多的余水,到2030年,余水量為3.19×10~8m~3。從而提出將治污與節(jié)水相結(jié)合的管理措施,從根本上解決水資源的供需狀況,維持瑪納斯河灌區(qū)水資源的可持續(xù)發(fā)展。

我國作為世界上最大的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展關(guān)系著日常的生活，與衣食住行有著密不可分的關(guān)系，隨著我國國際地位的提高，經(jīng)濟建設(shè)水平也有了很大的進步，城市化的進程也越來越快，許多農(nóng)民都選擇去更加舒適的城市生活，導(dǎo)致我國的農(nóng)民越來越少，因此在這種情況下，就要提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，減輕農(nóng)民的負擔(dān)，使農(nóng)民在進行農(nóng)活的過程中，更加的有效率，這樣才能使生活得到保障，其中，主要以灌溉的問題為主，要提高灌溉的效率，減少灌溉過程中出現(xiàn)的浪費，使節(jié)水改造的做法落到實處。

洮河為黃河一級支流,水力資源豐富。已規(guī)劃電站在九甸峽以下已建和在建5座電站,九甸峽上游的古城電站以上規(guī)劃33座梯級電站。保證河道最小生態(tài)環(huán)境需水,使河道不斷流,保證河道健康生命,成為洮河水力資源能否可持續(xù)利用的關(guān)鍵。通過對洮河流域裝機容量和水庫庫容最大的九甸峽電站建成后下游河道生態(tài)環(huán)境需水量的計算,為洮河流域水力資源的有效開發(fā)和利用提供保證,研究提出了洮河流域水電站建設(shè)河道生態(tài)環(huán)境需水量的概念、計算方法。同時為其他山區(qū)性河流水電站建設(shè)河道生態(tài)環(huán)境需水量的計算提供借鑒。

雅礱江錦屏二級引水式水電站建成后,貓貓灘至大水溝廠址123km的河段將面臨減水問題。流量減少后,河道水域面積相應(yīng)縮小,勢必對水生生態(tài)、陸生生態(tài)及水資源平衡造成影響。該問題是電站建成后的關(guān)鍵性生態(tài)問題,解決該問題的有效措施是下泄最小生態(tài)環(huán)境需水量。采取r2cross法,以雅礱江魚類作為指示物種和主要保護性目標,修訂水力參數(shù),計算出枯水期減水河段的生態(tài)環(huán)境需水量為45m3/s。在該流量下,對魚類生存影響最大的水深和水面寬度都將得到滿足。

利用１９９４～１９９６年實地抽樣調(diào)查資料和全縣２５ａ的氣象、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計資料，對景泰縣引黃新灌區(qū)開發(fā)建設(shè)以來區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境變化進行分析，結(jié)果表明：灌區(qū)建設(shè)使區(qū)域內(nèi)形成了以新型人工植被和被改造保護的自然植被協(xié)調(diào)發(fā)展的植被景觀；灌溉面積增加和地表植被蓋度的提高，使區(qū)域內(nèi)地表蒸發(fā)量明顯降低，大風(fēng)日數(shù)、沙暴日數(shù)、年均風(fēng)速、最大風(fēng)速值有所下降，并使年降水量、空氣溫濕度在一定程度上發(fā)生了變化；而人為作用強度愈大、開發(fā)時間愈長、植被蓋度愈高的地帶，土壤改良效果愈好、肥力水平提高愈快。

城市需水量管理基本參數(shù)分析——80年代以來，隨著我國改革開放政策的實施，人民生活水平顯著提高，城市用水量迅速上升。截至1997年底，城市居民家庭人均日用水量已由1980年不足80升上升到135升；城市供水量已達到476億立方米。城市需水量已由改革開放初期的噴...