水库生态调度研究动向与发展趋势
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关于水库兴利优化调度探析
水库兴利优化调度是指通过合理调配水库的入库、出库水量,以最大限度地提高水库
的综合效益。
水库兴利优化调度对于提高水资源利用效率、保障水库安全运行和提升水库
功能起着重要的作用。
本文将对水库兴利优化调度进行探析,分析其意义、目标和方法。
水库兴利优化调度的意义在于实现对水库水量的合理分配,使得水库的兴利效益达到
最大化。
一方面,水库的兴利调度可以满足生产、生活和生态环境的需求,提供稳定可靠
的水资源供应;水库的兴利调度可以最大限度地发挥水库的调节、储存和发电等功能,提
高水资源的综合利用效率。
水库兴利优化调度的目标是实现水库经济效益、社会效益和生态效益的统一。
在保障
水库安全运行的前提下,通过优化调度水库的入库和出库水量,最大限度地增加水库的发
电量、供水量和调蓄容量,提高水库的综合效益。
水库兴利优化调度还应充分考虑水生态
环境和下游水资源需求,实现水库运行与生态环境的协调发展。
水库兴利优化调度的方法具体包括水文预测模型、水库调度模型和决策支持系统等。
水文预测模型主要用于预测入库水量,根据历史气象和水文数据,结合数学统计方法和气
象模型等,预测未来一段时间内的入库水量。
水库调度模型主要用于确定水库的出库水量,根据入库水量以及出库目标(如发电、供水等),采用最优化方法或经验经验规则,确定
出库水量。
决策支持系统主要用于辅助水库调度决策,通过采集分析水文、气象、水质等
数据,运行水文预测模型和水库调度模型,提供决策者合理的调度方案。
关于大中型水库调度优化方案的探讨[摘要] 本文主要介绍了国内的现状,并以三峡水库调度运行中存在的问题为例。
详细说明了我国大中型水库现行调度方式所暴露出来的问题。
由此,也引发人们思考.如何才能建立一个优化的调度方式,促成水库调度的可持续发展。
[关键词]水库调度方式缺陷现状趋势生态调度前言目前,我国是一个水资源相对缺乏的国家,同时,我国水资源的时空分布上有南多北少、汛多枯少的特点,这种情况成水资源的利用率严重不足,大量的水资源白白浪费。
洪水径流集中发生在汛期,往往造成洪涝灾害。
水库的修建,是改变水资源时空分布不均的有效手段,是减少洪涝灾害、充分开发利用水资源系统的重要组成部分。
截止1979年底,lO万m3以上的水库总数达86000多座(水利部西北水利科学研究所等,1983)。
2002年在建60m以上大坝中,中国约占1/4(贾金生等,2004)。
随着改革开放的深入发展,各行业对水资源的要求越来越高。
因此,合理开发利用水资源,科学地进行水库调度,显得更加迫切更加重要。
一、水库调度主要基本a. 定义:水库调度即水库控制运用,是对已建水利水电枢纽合理有效的控制运用,达到充分发挥防洪、兴利效益的一种技术措施,属于非工程措施。
b. 任务:水库具有调节天然径流的作用。
一座规划设计合理、管理运用得当的水库,它不仅能防洪、灌溉,为城市提供优质水量,为工业提供廉价的电力,为交通提供经济的水运,为渔业提供丰富的水产,而且能为居民创造优美的环境,做到一库多用,一库多能,充分发挥水资源的综合效益。
c. 基本原则:在确保水电站大坝工程安全的前提下,分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系,统一调度,使水库综合效益尽可能最大。
二、现状的调度方式a. 国内现状1. 主要的调度方式:目前,我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。
依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则,就是我们通常所说的水库调度方式。
水库多目标生态调度研究进展作者:郭文献王艳芳彭文启付意成来源:《南水北调与水利科技》2016年第04期摘要:水库多目标生态调度研究是当前国内外河流生态恢复研究中的热点问题。
综合分析了水库多目标生态调度国内外研究进展,指出了水库多目标生态调度研究存在的问题,提出了水库多目标生态调度研究的发展方向,认为今后水库多目标生态调度研究还需在水库生态调度理论框架体系、水库生态调度目标定量化研究、水库多目标生态调度优化和模拟技术研究、梯级水库多目标生态调度方案效果评价研究以及水库生态调度管理体制等方面进一步加强。
关键词:水库;生态调度;生态修复;河流管理中图分类号:X826 文献标志码:A 文章编号:1672-1683(2016)04-0084-07Abstract:The research on reservoir ecological operation is a hotspot problem in the current river ecological restoration research field.The connotation of reservoir ecological operation was introduced firstly.Based on the concept of reservoir ecological operation,the domestic and foreign research advances of reservoir ecological operation were reviewed.Aiming at the main existent problems in this field,the future development trends of reservoir ecological operation research were put forward.It is suggested that the further study of reservoir ecological operation should be emphasized on aspects of the theoretical framework system,quantitative objectives of ecological operation,multi-objective optimization and simulation technology,effect evaluation of operation schemes and the management system of reservoir ecological operation.It provides the reference for carrying out multi-objective ecological operation of reservoirs in the future.Key words:reservoir;ecological operation;ecological restoration;river management水电工程建设在推动人类社会经济发展同时,也对河流生态系统造成了严重影响,主要表现为:河道萎缩,洪泛区面积减少;水生生物生境破坏,鸟类数量和物种较少;洄游性鱼类数量减少,甚至消失;海水入侵,河口生态环境恶化;外来物种入侵等[1-5]。
水生态的发展趋势水生态的发展趋势是指在水资源利用与保护中,人们对水生态的关注和重视逐渐增强,以实现可持续发展为目标的水生态系统的健康发展方向。
以下是水生态的发展趋势的详细阐述。
1. 综合管理和生态修复:随着对水资源的综合管理意识不断提高,人们开始采取综合的管理措施来保护水资源和水生态系统,包括水库和湖泊的淤泥清淤、水体中污染物的治理等。
此外,还出现了一些生态修复项目,如湿地的恢复和河道的生物修复,以恢复水生态的自然功能。
2. 地表水与地下水的协调管理:在水资源管理中,人们开始不仅仅关注地表水的利用和保护,也开始重视地下水的保护和合理利用。
地表水和地下水的协调管理将成为未来水资源管理的重要内容,以确保水资源的可持续利用。
3. 水生态保护与生态补偿:在水资源的利用中,人们越来越重视水生态的保护和生态补偿。
水生态保护包括湿地保护、水体保护等措施,通过建设生态保护区、设立水生态补偿基金等方式,保护和修复受损的水生态系统。
4. 水权交易与水资源定价:随着水资源的稀缺性日益突出,人们开始尝试通过水权交易和水资源定价来解决水资源的合理配置问题。
水权交易可以调动水资源的有效利用,而水资源定价可以促使水资源的经济合理利用。
5. 水生态科技的应用:随着科技的不断进步,人们开始广泛应用水生态科技来解决水资源和水生态问题。
包括利用先进的水处理技术来回收废水,利用智能监测技术来实时监测水质等。
同时,人们也开始加大对水生态科研的投入,以推动水生态研究的深入发展。
6. 跨界合作与协调发展:水生态的保护和管理需要各方的努力和合作。
跨界合作和协调发展将成为未来水生态管理的重要方式。
包括国际之间的水资源合作与共享,不同领域之间的协同行动等,以实现水生态的跨区域、多领域的协调发展。
总之,水生态的发展趋势是多方面的,涉及到水资源的保护与管理、科技的应用、政策的制定等多个方面。
通过全社会的共同努力,可以实现水生态的可持续发展,促进人类社会的繁荣与进步。
刍议大中型水库的生态调度前言水库的主要功能为调节水文情势,以满足工农业、生活用水等需求。
但是,在水库的筑建和运行过程中,随着人类开发与城市化进程加速,水库周边生态环境遭到了极大的破坏。
为了对大中型水库周边的生态环境进行有效地维护,需要进行生态调度。
本文将从水库的生态管理入手,探讨大中型水库的生态调度现状和存在的问题,并提出一些解决方案。
生态管理的背景随着我国经济的快速发展和城市化进程的加速,大中型水库周边的生态环境遭受到了很大的破坏。
例如,水库上游的砍伐、开垦,水库下游的排污、过度捕捞等行为,严重影响了水库周边的生态环境。
因此,生态保护和恢复成为了当地政府和水库管理单位的重要任务。
大中型水库的生态管理可以分为两个阶段:水库建设前和水库建设后。
在水库建设前,需要对水库的环境影响进行评估,并提出可行的生态恢复与保护措施。
在水库建设后,需要根据具体情况进行生态调度,保护水库周边的生态环境。
现状与问题现状我国大中型水库的生态环境调度工作已经开展多年。
以黄河水库为例,该水库生态管理机构已经将生态环境调度工作纳入到日常工作中。
各大中型水库也纷纷建立了生态管理机构,加强了对生态环境的监测和调度。
同时,国家也提出了一系列的生态保护政策,如《中华人民共和国水污染防治法》、《水资源管理条例》等。
问题尽管我国大中型水库的生态环境调度工作已经开始开展,但是存在一些问题。
1.科学性不足。
部分水库的生态环境调度缺乏科学性,缺乏系统性和综合性,没有考虑到周边的生态特征、生态过程和生态效应等。
2.资金不足。
水库的生态恢复和保护需要消耗大量的资金,但是目前国家在水库生态保护上的投入还不够。
3.效果不明显。
部分水库进行生态环境调度时,效果不如人意,很快出现“倒逼”效应,水库周边的生态环境反而更加恶劣。
4.缺乏统一的标准。
水库生态环境调度目前缺乏统一的标准和规范,不同地区的生态环境调度标准和方法也不同。
对策制定科学的调度方案制定科学的调度方案需要充分考虑周边的生态特征、生态过程和生态效应等。
关于大中型水库调度优化方案的探讨[摘要] 本文主要介绍了国内的现状,并以三峡水库调度运行中存在的问题为例。
详细说明了我国大中型水库现行调度方式所暴露出来的问题。
由此,也引发人们思考.如何才能建立一个优化的调度方式,促成水库调度的可持续发展。
[关键词]水库调度方式缺陷现状趋势生态调度前言目前,我国是一个水资源相对缺乏的国家,同时,我国水资源的时空分布上有南多北少、汛多枯少的特点,这种情况成水资源的利用率严重不足,大量的水资源白白浪费。
洪水径流集中发生在汛期,往往造成洪涝灾害。
水库的修建,是改变水资源时空分布不均的有效手段,是减少洪涝灾害、充分开发利用水资源系统的重要组成部分。
截止1979年底,lo万m3以上的水库总数达86000多座(水利部西北水利科学研究所等,1983)。
2002年在建60m以上大坝中,中国约占1/4(贾金生等,2004)。
随着改革开放的深入发展,各行业对水资源的要求越来越高。
因此,合理开发利用水资源,科学地进行水库调度,显得更加迫切更加重要。
一、水库调度主要基本a. 定义:水库调度即水库控制运用,是对已建水利水电枢纽合理有效的控制运用,达到充分发挥防洪、兴利效益的一种技术措施,属于非工程措施。
b. 任务:水库具有调节天然径流的作用。
一座规划设计合理、管理运用得当的水库,它不仅能防洪、灌溉,为城市提供优质水量,为工业提供廉价的电力,为交通提供经济的水运,为渔业提供丰富的水产,而且能为居民创造优美的环境,做到一库多用,一库多能,充分发挥水资源的综合效益。
c. 基本原则:在确保水电站大坝工程安全的前提下,分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系,统一调度,使水库综合效益尽可能最大。
二、现状的调度方式a. 国内现状1. 主要的调度方式:目前,我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。
依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则,就是我们通常所说的水库调度方式。
浅谈大型水利工程的生态调度论文•相关推荐浅谈大型水利工程的生态调度论文1关于生态调度1。
1大型水利工程对河流生态的影响大型水利工程的建设,使人类能够对水资源进行更加有效的管理和充分的利用,兴利除弊,造福人类。
比如建立在江河干支流上的水坝,既可以发电灌溉,又能防止洪水泛滥,同时还能改善河道航运条件等。
但是,大坝建设改变了江河的自然径流状况,使大坝上游从急流(流水)区转化为静水(滞水)区,因此伴随有水文和生态过程的改变。
建坝改变了河道的流态,导致坝址上游河道泥沙淤积;其次,对水量和电力需求的日变化和季节性变化,会造成泄洪量的长期或者短期变化,造成自然水流的非连续性,进而“导致河流年水位图的变化曲线变得平整,峰值降低”,河流形态多样性降低,水生生物多样性下降,河流生态系统受损。
在澳大利亚,筑坝等引起的自然流程的变化是河流及洪泛平原生态系统恶化的一个重要因素。
AngelaHArthington认为自然流程是江河生态学中重要的“驱动者”,并总结出自然流程的变化对生态的破坏主要表现在以下几个方面:大量的湿地损失;沼泽和森林鸟类数量和物种减少;许多水生动植物灭绝,鱼类生境被破坏;洄游迁移鱼类数量减少或者消失;水质被破坏,水华出现;外来物种入侵等。
“要减轻大坝对生态的影响,起码在短期内,应努力集中于改变水库调度方式,使其对河流的影响降到最小程度”。
采取制定合理的水库调度规程的办法,可以弥补或减缓其造成的对生态环境的影响。
这是近年来学术界以及有关管理部门一直关注的问题,并由此引出了大型水利工程的“生态调度”概念。
1。
2生态调度什么是“生态调度”?它究竟包括哪些方面的内容?目前国内外学术界对“生态调度”还没有给出明确的定义。
顾名思义,大型水利工程的生态调度的核心内容应该是指在水利工程运行与管理过程中更多地考虑生态因素。
本研究所述“大型水利工程的生态调度”,是针对具体的河流水利工程对象,如水库大坝,探讨其调度和运行对河流生态系统的影响以及相应的对策措施。
浅析多功能水库调度的发展趋势——以东方红水库为例摘要:本文首先介绍了水库调度的相关基本知识,简单阐述了相关优化调度的方法,以某一具有防洪、供水、发电、灌溉等多任务的中型水库为例进行分析,针对当前水库调度方式中存在的问题及其发展趋势进行研究分析,以期为有关方面提供参考借鉴。
关键词:水库;调度;优化;发展前言在经济发展迅速的当下时期,各行业对水资源的需求量不断提升,具有灌溉、供水、发电等多功能的水库仅重点考虑防洪调度已经远远不也能满足现在的发展需要,因此科学地对水库进行优化调度,控制协调影响水库调度的相关因素,对于流域水资源开发利用以及生态环境的保护,都具有极大的现实意义。
1 水库调度方法水库调度是以泄洪和供水来决策的一个变量,主要输入是水库的来水,主要状态是水库的蓄水,然后根据多种目标来决策相关的问题。
水库调度根据调度的方法和原理,可以分为优化调度和常规调度。
常规调度的基础是水量的平衡结合调洪演算和水能计算,常规调度的依据是已经定好的调度规则,满足确定好的任务而进行的水库蓄泄水的一个过程叫做常规调度。
而优化调度相对比较复杂,主要依靠构造的目标函数,然后充分考虑各种限制条件之后,从而建立的一种进行优化调度的数学模型,根据该模型设计出一种最优化的技术,使得函数达到极值,优化调度就是通过这种方式来控制水库的水量。
线性规划、动态规划、非线性规划是常规优化方法,但仅针对单一目标,然而要想实现水库的综合利用,一定要考虑多个目标,一定要协调各个目标任务的矛盾性和协调性,只有这样才能综合利用水库资源,提高综合效益。
2 水库综合利用调度2.1调度原则的确定当前水库调度已经成功实现了从单目标到多目标的综合调度,实现了单一调度到库群联合调度,也实现了常规调度到优化调度,但归根结底,水库的调度原则需根据水库的调度目标和任务确定:东方红水库调度目标:重点保障灌溉、供水,兼顾防洪、发电等综合效益,统筹安排,确保大坝安全。
东方红水库调度任务:灌溉调度、供水调度、防洪调度、发电调度、泥沙调度和生态调度。
水库调度与防洪度汛技术发展现状与展望摘要:随着经济和科技水平的快速发展,水库一直是进行防洪抗旱、调节水资源利用的水利工程,水库调度的主要任务就是拦蓄洪水、削减洪峰,合理调节防洪与兴利,切实发挥水库综合效益。
在传统的人工操作模式下,水库防洪、调度任务异常艰巨,如何以信息化手段实现水库的防洪和调度的实时监控和操作,成为当今水利工作者孜孜不倦研究和实践的课题。
关键词:水库调度;防洪度汛;发展现状;展望引言水电站水库调度技术得到了较大发展,已形成国家电网水库调度自动化系统,为各级调度机构进行科学的水库调度发挥了积极作用。
此外,水库防洪技术也得到快速发展,全国范围防洪决策系统基本建成,为防御大洪水提供调度决策依据。
水库调度管理系统建设是我国水库发展的必然要求,是保证水库兴利防洪功能发挥的关键。
文章针对我国水库调度管理信息化发展背景展开了分析。
1我国水库调度管理信息化发展背景水库是我国重要的水利工程体系的重要组成部分,其承担着防洪、灌溉、发电、供水等诸多的任务。
根据水库实际运行情况分析可知,水库究竟有多少水可调,水库调度管理人员是否将“水帐”算清,直接关系到水库兴利除害作用的发挥,也直接关系到区域安全、经济发展等问题。
水库调度是一个多目标、多属性、多阶段的复杂决策过程,必须综合分析水库防洪与兴利的矛盾、水库上下游防洪的矛盾,及时收集流域的天气形势、掌握水库运行参数,如:闸门状态、机组状态、来水和发电用水等等,通过对大量基础数据的分析,实现对水库未来形势的精确预测,由此合理安排水库蓄泄,削减洪峰保证区域安全、拦蓄洪尾创造效益,最大限度地发挥水库运行综合效益。
为了实现水库的科学调度,必须要对大量的基础数据进行计算分析,手工计算方法局限性十分大,由此自20世纪70年代开始,随着计算机网络技术的发展,水库调度管理开始朝着信息化方向发展,目前我国不少水库已经逐步开发构建了调度运行管理系统,为水库安全高效运行提供了技术支撑。
刍议大中型水库的生态调度随着人类社会的快速发展,水资源的开发利用也得到了广泛的关注和实践。
大中型水库是重要的水资源调控和利用工程,对于保障人类社会的生产和生活具有重要意义。
但是,水库的建设和运用也对生态环境造成了不可回避的影响。
为了维护水库周边生态环境的平衡,大中型水库的生态调度显得尤为重要。
一、生态调度的现状大中型水库的生态调度主要涉及以下几个方面:1.水量调度:水库的蓄水量决定着下游水文过程和水生态系统的平衡。
目前,在大中型水库的水量调度中,重点考虑经济发展的需求和洪水的防治,而生态系统的需求并没有得到充分的关注。
2.水质管理:水库水质的恶化会影响周边生态环境。
然而,当前的水库管理中,很少关注水质变化对生态系统的影响。
3.生态保育:由于水库建设和运营对生态环境的冲击,生态保育和修复的重要性也日益引起人们的关注。
但是,在实践中,生态保育保障水库建设和运营的顺利推进仍然存在一定的难度。
二、生态调度应采取的措施1.强化水量调度中的生态因素在水量调度中应当注意保障下游的水生态系统的平衡。
这需要在制定水库运营计划时,考虑生态需求所需要的水量,并与经济发展和防洪的需求相结合。
为了实现这一目标,可以加强与水生态环境专家的合作,通过专家的意见,形成合理有效的水量调度方案。
2.提高水库水质的管理水平水库水质需要得到更加关注,这需要建立完善的监测体系,及时掌握水库水质情况,并在发现问题时采取相应的措施。
水库的污染防治应从源头入手,采用多种方法对污染源进行治理,包括加强对入库水源的管理,严格对排放源的排放标准掌控,增加水质的治理设备等。
3.加强生态保育和修复工作生态保育和修复应该成为水库建设和运营的一部分,这需要开展系统的生态环境监测,了解生态环境的变化情况等。
同时,应该针对不同类型的生态系统采取相应的保育措施,如,加强湿地保护、植被恢复等。
此外,对于造成生态环境破坏的串讲机构,应进行适当的补偿和修复,确保水库周边生态环境的平衡和完整。
水利工程的生态效应与生态调度研究水利工程作为人类改造自然、利用水资源的重要手段,在防洪、发电、灌溉、航运等方面发挥着巨大的作用。
然而,水利工程的建设和运行也不可避免地对生态环境产生了一系列的影响。
随着社会的发展和人们对生态环境保护意识的提高,如何在发挥水利工程效益的同时,最大程度地减少其对生态环境的负面影响,实现水利工程与生态环境的协调发展,成为了当前水利领域研究的热点问题。
水利工程对生态环境的影响是多方面的。
首先,水利工程的建设改变了河流的自然形态和水文条件。
大坝的修建使得河流的连续性被阻断,水流速度减缓,水深增加,水温、水质等也发生了变化。
这不仅影响了河流中水生生物的生存和繁殖,还可能导致河流生态系统的结构和功能发生改变。
例如,一些洄游鱼类无法顺利完成洄游过程,从而影响了其种群的繁衍;水坝蓄水还可能导致泥沙淤积,影响下游河道的形态和生态功能。
其次,水利工程的运行也会对周边的陆生生态系统产生影响。
水库的蓄水可能淹没大片土地,导致森林、草地等植被的破坏,生物多样性减少。
此外,水利工程还可能引发地质灾害,如滑坡、泥石流等,对周边的生态环境和居民的生命财产安全造成威胁。
然而,我们也不能因噎废食,完全否定水利工程的作用。
相反,我们应该通过科学的规划和管理,实现水利工程的生态调度,以减轻其对生态环境的负面影响。
生态调度是指在水利工程的运行过程中,充分考虑生态环境的需求,通过优化调度方案,合理配置水资源,实现生态保护和水利工程效益的双赢。
生态调度的目标是在满足人类用水需求的同时,维持河流生态系统的健康和稳定。
为了实现生态调度,需要综合考虑多种因素。
首先,要加强对河流生态系统的监测和研究,了解其生态需求和变化规律。
例如,通过监测水生生物的种群数量、分布和繁殖情况,以及河流的水文、水质等参数,为生态调度提供科学依据。
其次,要建立科学的调度模型和决策支持系统,综合考虑水利工程的防洪、发电、灌溉等功能和生态环境保护的要求,制定合理的调度方案。
农业水利发展现状及未来趋势分析农业水利是指通过人工手段调整水资源的分配和利用,以满足农业生产的需要。
水是农业发展中不可或缺的重要资源,对于保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。
本文将对当前农业水利发展的现状进行分析,并探讨未来农业水利发展的趋势。
一、农业水利发展现状1. 水利基础设施建设完善近年来,我国对农业水利基础设施建设投入巨大力量,包括水库、灌溉管道、水利工程等。
这些基础设施的建设有效地改善了农田的水资源供应,提高了农业生产的稳定性和效益。
2. 灌溉技术不断升级传统的灌溉方式大量浪费水资源,而现代化的灌溉技术逐渐应用于农业生产中。
例如,滴灌、喷灌等节水灌溉技术的推广,有效减少了水资源的使用量,提高了农田的水资源利用效率。
3. 水资源管理日益完善为了合理利用水资源,各级政府加大了对农田水资源的管理力度。
制定了相关的法律法规,建立了水资源审批制度和水权交易市场,加强了对农田水资源的监管和保护。
二、农业水利发展趋势1. 精细化水资源调度未来农业水利发展将趋向于更加精细化的水资源调度。
通过引入物联网、大数据等新兴技术,实现对农田水利的实时监测和精准调度,以提高水资源的使用效益和农业生产的稳定性。
2. 推广生态灌溉技术生态灌溉技术是一种以生态环境保护为出发点,以水资源节约和效益最大化为目标的灌溉方式。
未来,农业水利将大力推广生态灌溉技术,减少农田灌溉对水资源的消耗,减少农田对水质的污染,实现农业生产与水资源保护的良性互动。
3. 发展节水灌溉和智能灌溉技术随着水资源的日益紧张,节水灌溉和智能灌溉技术将成为未来农业水利发展的重要方向。
节水灌溉技术包括滴灌、喷灌等,通过减少水的流失和蒸发,提高农田的水资源利用率。
智能灌溉技术则结合了物联网、传感器等技术手段,根据农田的土壤湿度和作物生长需要,实现自动化的灌溉调节,提高农田水资源的利用效率。
4. 统筹水资源管理和农业发展农业水利的发展需要与水资源管理和农业发展相互协调。
水库生态调度研究动向与发展趋势 水资源研究所 游进军、魏传江、季海萍、杜明月 1 水库生态调度 水库的建设使人类能够对水资源进行更为有效的管理和充分利用,但水库为人类带来巨大社会经济效益的同时,不可避免地对河流生态环境系统造成胁迫。筑坝建闸破坏河流的连续性,水库调蓄将周而复始的洪枯演替均一化,河流形态多样性降低,由此引发了水温、流速、流量、泥沙、营养物质等生态因子的较大改变,在很大程度上破坏了河流自然水文情势,导致了一系列河流生态恶化事件的出现(Whiting P J,2002)。笼统地反对建设水库不仅带有“因噎废食”的片面性,也不符合中国经济社会发展的实际需要,如何在满足人类发展需求和河流生态环境系统健康两者之间寻找平衡点迫在眉睫。 “生态调度”通过改变水库调度方式弥补或缓解水库对生态环境的影响,已成为现阶段减轻水库对河流健康负面影响的研究热点与重点。国内外学术界尚未对“生态调度”给出明确的定义,国外学者的理解更接近于“生态修复”,国内学者也有各自不同阐述。蔡其华(2006)提出生态调度应在满足坝下游生态、库区水环境保护要求基础上,充分发挥水库社会经济功能,使水库对河流生态环境的负面影响控制在可承受范围内并逐步修复生态环境系统;董哲仁(2007)认为生态调度是在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多目标的前提下兼顾河流生态需水的水库调度方法;胡和平(2008)认为水库生态调度就是要在实现基本的生态环境目标的前提下,发挥水库的社会经济效益,但是其大前提是保证人民群众的生命财产安全和正常的生活;梅亚东(2009)给出了生态与环境调度的概念,认为在研究调整水库的调度方式减轻筑坝对生态环境的负面影响的过程中,应该把环境和生态区分开来进行,环境调度以改善水质为主要目标,生态调度以水库工程建设运行的生态补偿为主要目标,两者相互联系并各有侧重。各方认识虽不一致,但其核心是在水库运行和管理过程中考虑生态因素,通过调整水库现有的调度与运行方式最大程度地满足河流生态环境需水。
2 调研背景概述 20世纪70年代以来,国外学者针对水库引起的生态环境问题就已开展全面系统的研究,生
1 态调度应运而生,并在部分区域投入实际应用。美国田纳西河流域管理局在1991−1996年间对所管辖流域20座水库的调度运行方式进行了优化调整以改善下游水域生态环境(John M. Higgins,1999),哥伦比亚河上的大古力水坝自1983年始就将对溯河产卵鱼类的影响作为流域管理的主要问题(吕新华,2006),澳大利亚墨累−达令河自1992年始经过10年准备启动了以“国家为生态系统提供水量”为原则的水库管理机制(王波等,2010),上述实践措施均在尽量减少对防洪、发电、供水等水库原有目标影响的前提下,通过优化调度方式和配套技术设施等手段降低水库对生态环境影响,消减对河流健康产生的负面效应,已成为生态调度研究的成功范例。 河流生态环境问题在我国亦日益受到重视,但目前尚处在理论探讨与初步尝试阶段。高永胜(2009)分析了生态调度的理论基础并给出了生态调度应遵循的基本原则;王远坤(2008)分析了生态调度的内容,提出了生态调度的六大专项调度;尹正杰(2011)结合长江流域水利工程与生态环境背景,探讨了水库生态调度实施方法框架。我国水利工作者也做了大量生态调度的有益尝试,例如黄河调水调沙实验(李国英,2002),太湖流域通过“引江济太”工程以改善水生态和水环境状况(李大勇,2007),长江流域通过三峡工程制造“人造洪峰”满足中下游“四大家鱼”产卵需水要求(刘世昕,2011)等等。 生态调度的主要研究方向是通过构建调度模型将生态因素纳入水库日常调度目标中,面临的主要问题是河流生态需水的时空要求和保障方式。在参阅大量文献的基础上,本文对河流生态需水研究和目前主流的生态调度模型进行阐述,并简要论述研究中的值得关注点,分析未来研究发展方向,供讨论参考。
3 学科发展新动向和值得关注点 3.1 河流生态需水研究发展动向 3.1.1 河流生态需水分类 确定合理的河流生态需水是水库生态调度的前提条件。根据河流生态需水在时间分布上的特点,可将其归为两类:连续生态需水与非连续生态需水。所谓连续生态需水,即为了防止河道断流、湖库萎缩,满足河道内主要生物生存要求的基本水量,年内过程连续且具有年周期性,最小生态流量和适宜生态流量均属于连续生态需水;非连续生态需水则不具有年内连续性,仅是针对某特定目的的、阶段性的水量需求,如为鱼类创造产卵繁殖条件的“脉冲洪水”,防止河道泥沙淤积的冲淤流量和维持河道形态的平滩流量等等,以上水量过程持续时间少则几日多则数月,且
2 周期不定,与连续生态需水有明显差异。 3.1.2 河流生态需水评估方法 河流生态需水的提出始于美国为满足河流航运功能而开展的河道枯水流量研究,至今已有200多种生态需水评估方法(Tharme R E,2003),并可大致概括为以下4类(钟华平等,2006):水文指标法,水力学法,栖息地法和整体分析法。不同生态需水评价方法各有其适用条件,侧重点不一,在实际应用中需根据河流情况和资料收集情况合理选择,具体可参考有关文献、著作,本文不再详述。 我国学者根据我国河流的实际情况,在借鉴国外研究的基础上对生态需水评估方法做出了诸多改进。李嘉(2006)采用水力学法与生物资料结合的方式建立了生态水力学法计算河段最小生态需水;张新华等(2011)结合水力学法中湿周法和R2-Cross法建立了简单综合法计算河流最小生态流量;张树奎(2011)基于熵权理论结合水文指数法确定了长江干流生态适宜流量;刘晓燕等(2009)先通过Tennant法初步确定黄河下游最小和适宜生态流量,再根据断面流量-水深-流速关系调整,最终确定河流生态需水。不难看出,多种方法耦合是近几年来我国生态需水研究的热点,耦合方法克服了单一方法的缺陷,扬长避短,将是未来研究的重要方向之一。 以上均为针对连续生态需水的研究,对于非连续生态需水,我国研究较多的是河流输沙需水和水质型生态需水。河流输沙需水研究一直在我国黄河、渭河等高含沙河流占重要位置,一般从水力学角度出发,根据河流输沙运动特性计算汛期输沙需水量;以改善河流污染状况为目的的生态需水则多通过水质模型求得。随着生态理论的不断深入,河流生态系统整体性受到重视,河流洪水过程成为非连续生态需水研究的热点。王高旭等(2009)将黄河中下游生态需水分为汛前期、汛期和汛后枯水期三个时段,分别对应以适宜生态流量、洪水期生态流量和最小生态流量,通过鱼类生境法计算适宜生态流量,输沙量和流量关系计算洪水期生态流量,流量-河流规模模型计算最小生态流量;赵琴(2010)从水力学理论出发,基于Euler-Lagrange方法研究汛期使鱼卵漂流的流速从而推算鱼类繁殖期生态需水量;赵越(2012)通过生态流组法分析了长江四大家鱼产卵期的生态水文事件组成并构建了满足其产卵要求的生态洪水过程。 上述计算方法主要是从不同角度计算评估河流生态需水量值,受水文随机性以及供用水等因素影响,在有水利工程尤其是水库工程控制条件下,实际的生态需水的保障程度受调度影响很大,需对调度模型进行分析研究。
3.2 水库生态调度模型研究发展动向 3 我国的水库调度主要围绕防洪、发电、供水、灌溉等社会经济效益目标进行,防洪调度模型(王栋等,2001)和兴利调度模型(郭生练等,2010)均取得了大量研究成果,在此基础上,增加河流生态需水作为生态效益目标或约束条件,即构成生态调度模型。生态调度模型通常具有如下结构: 目标函数:Max { Social(X),Economic(X), Ecological(X)} (1)
约束条件: amin≤Constraint(X)≤amax (2)
式中:X为多维决策变量,一般为水库下泄流量,Social(X)、Economic(X)、Ecological(X)分别对应于社会效益、经济效益和生态效益函数,Constraint(X)为系统约束条件集, amax、amin分别为
约束条件的上下限值。社会效益包括防洪、供水、娱乐以及改善区域景观环境等产生的效益,经济效益指发电、工业供水、灌溉、航运等经济活动产生的效益,生态效益指健康的河流生态系统对人类的生产、生活和环境产生的有利影响;约束条件通常包括水库水量平衡约束、水位(库容)约束、发电引用流量约束、电站出力约束、变量非负约束等。根据模型中保障生态需水方式的不同可分为约束型生态调度模型和目标型生态调度模型两类(陈端等,2011)。
3.2.1 约束型生态调度模型 约束型生态调度模型指在约束条件集中加入下泄流量约束作为保证河流生态需水的方式,目标函数通常为水库(群)发电量最大、供水总量最大(用户缺水量最小)等,以发电为主要功能的水库通常将水库(群)发电量最大作为函数目标,以供水为主要功能的水库则以供水总量最大(需水单元缺水量总和最小)为目标,综合型水库一般为多目标函数。函数目标可表示为: Max Electricity(X) 或 Max Supplywater(X) (3) 连续生态需水评估方法成熟,获取相对简单,广泛作为模型的生态约束条件。谢瑞等(2010)以生活、生态、生产供水缺水率最小为目标,并要求水库泄流量不小于最小生态需水流量,建立了石羊河流域水库群生态调度模型。叶季平等(2010)针对大型水库经济、社会和环境效益兼顾的运行方式,建立了以发电、供水和弃水为优化目标的多目标生态调度模型,通过约束法将多目标转化为多个单目标进行求解。张洪波等(2011)基于生态流量恢复法,在防洪、防凌基础上以缺水量最小和发电量最大为调度目标,构建了黄河干流水库生态调度模型。朱金峰等(2012)以供水区生活、工业、农业、生态缺水量最小为优化目标,分别以最小生态流量和适宜生态流量为约束,建立了沙河水系水库群生态调度模型。王霞等(2012)考虑河流生态系统和自然水环境,以总缺水量最小和发电量最大为调度目标构建了黄南水库四种不同下泄流量约束的生态调度模
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