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一种多泥沙河流河口区域的生态补方法

阅读:775发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种多泥沙河流河口区域的生态补方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多泥沙河流河口区域的生态补 水 方法,针对多泥沙河流的水流特性,基于生态功能区划、景观格局分布和连通补排关系对河口区域进行配置单元划分,并开展生产、生活、生态用水的水资源优化配置。根据取、用水需求设置取水系统、沉沙系统、输水系统和蓄水系统,以针对一般 淡水 生态系统 、咸水生态系统和淡咸水交互生态系统的用水需求。根据多情景设置决策者可以 选定 合适的生态恢复情景,完善的水网配置使得区域内的大型潮沟和滩涂湿地也能得到有效的淡水补给,有效促进和谐、健康、可持续的河口湿地生态系统恢复和可持续。本发明可使得河口区域生态补水达到生态系统兼顾、补水区域全面、连通水网长效的效果,充分保证生态系统的可持续恢复。,下面是一种多泥沙河流河口区域的生态补方法专利的具体信息内容。

1.一种多泥沙河流河口区域的生态补方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、收集多泥沙河流河口区域的基础数据;
S2、基于收集的基础数据,将多泥沙河流河口区域划分成若干个补水配置单元;
S3、基于动植物的生境需求,对各补水配置单元的生态恢复情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生态需水量;
S4、对各补水配置单元的生产及生活情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生产及生活需水量;
S5、基于各补水配置单元的生产、生活、生态需水量,以及三者系统内和系统之间的复用关系,进行可利用水资源的优化配置;
S6、基于可利用水资源的优化配置,进行对应的工程配置,进而完成生态补水系统的构建,实现多泥沙河流河口区域生态景观类型全覆盖的生态补水。
2.根据权利要求1所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S1中的基础数据包括多泥沙河流河口区域中的地形、地貌、降水、蒸发、过境河流水沙条件、人口、土地利用现状、水系、水利工程现状和生物多样性。
3.根据权利要求1所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S3具体为:
S31、基于生态恢复情景,将多泥沙河流河口区域的需水情景分为为生态需水情景和生境需水情景;
S32、计算各补水配置单元在生态需水情景下每个月的生态耗水量;
S33、计算各补水配置单元在生境需水情景下每年的生境需水补充量,并将其平均分配到相应的取水月份;
S34、将每个月的生态耗水量和对应月份的生境需水补充量相加,作为各补水配置单元每个月的生态需水量。
4.根据权利要求3所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S32中的生态耗水量包括植物蒸散发耗水量、蒸发耗水量、土壤渗漏耗水量、湿地生态耗水量、林地生态耗水量、河道生态下泄量和滩涂湿地漫滩流量;
所述植物蒸散发耗水量为:
式中,Wp为植物需水量;
t为时间;
A(t)为各补水配置单元中不同湿地植被面积;
Em(t)为植被蒸散发量,且Em(t)=ET0KcKs(t),ET0为参考植被蒸散速率,Kc为植物系数,Ks为土壤水分限制系数;
所述蒸发耗水量为各补水配置单元对应气象站点监测到的蒸发耗水量;
所述土壤渗漏耗水量Wb为:
Wb=KIAt
式中,K为渗耗系数;
I为地下水坡度;
At为时间t时的渗流剖面面积;
所述湿地生态耗水量为:
Ww=Fw×(Ew-PW)+Fwp×(Tw-PW)+GW×(Fw+Fwp)
式中,Fw为湿地水面面积;
Ew为水面蒸发耗水量;
PW为湿地降水量;
Fwp为湿地植被面积;
Tw为湿地植物蒸散发耗水量;
GW为湿地土壤渗透耗水量;
所述林地生态耗水量Wf为:
Wf=Ff×(Ef-Pf)+Ffp×(Tf-Pf)+Gf×(Ff+Ffp)
式中,Ff为林地空地面积;
Ef为土壤蒸发耗水量;
Pf为林地降水量;
Ffp为林地植被面积;
Tf为林地植物蒸散发耗水量;
Gf为林地土壤渗透耗水量;
所述河道生态下泄量Qa为:
式中,A为下泄量覆盖面积;
h为水深;
t为时间;
k为更新周期;
所述滩涂湿地漫滩流量Qb为:
式中,n为粗糙率系数;
B为过流断面面积;
i为水力坡降;
X为湿周。
5.根据权利要求3所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S33具体为:
A1、采用水量平衡法计算各补水配置单元中的湿地需水量;
所述湿地需水量EWRs为:
式中,S0为某一模拟水位对应的水深分布每个斑的面积;
hj为第j个斑块对应的水深;
j为斑块编号,j=1,2,3,...,m,m为斑块总数;
A2、确定各补水配置单元中的新增湿地,并计算对应的新增湿地耗水量;
所述新增湿地耗水量Qt为:
Qt=aγHtAt
式中,a为土壤含水率或饱和含水率;
γ为土壤容重;
Ht为土壤厚度;
At为湿地土壤面积;
A3、将各个补水配置单元的湿地需水量和新增湿地的耗水量的差值除以补水年限的值作为补水配置单元每年的生境需水补充量。
6.根据权利要求1所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S4具体为:
S41、将各补水配置单元的生产情景分为工业生产情景和农业生产情景,并计算其对应的需水量;
S42、将各生态补水配置单元的生活情景设置为城镇生活情景和农村生活情景,并计算其对应的需水量;
S43、基于工业生产情景的需水量、农业生产情景的需水量、城镇生活情景的需水量、农村生活情景的需水量,得到各情景下各补水配置单元每个月的需水量。
7.根据权利要求6所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S5中的可利用水资源量为各补水配置单元对应区域内的降雨产流量、河道引水量,以及生产、生活、生态用水过程排水复用量;
所述步骤S5中,进行可理由水资源的优化配置的方法具体为:
B1、确定优化配置目标:将原有的生活、工业、农业、生态的配置顺序调整为生活、生态需求、工业、农业、生态的配置顺序;
B2、按照配置顺序,利用每个系统的可利用水资源和上游排水,确定各补水配置单元间的水循环补排关系;
B3、根据水循环补排关系,结合生产、生活、生态之间的用水过程,确定不同用水户的实际补水量过程,完成可利用水资源的优化配置。
8.根据权利要求6所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S6中进行工程配置时的配置对象包括取水系统、沉沙湿地系统、输水系统、调蓄系统和滩区补水系统;
所述取水系统的配置包括站供水配置和闸供水配置:
对泵站供水进行配置时,其供水能力以满足降水湿润条件下的需水量为准,确定全年的供水规模,并将其平均分配到可取水月份;
对闸门供水进行配置时,其供水能力以满足降水干旱条件下的需水量为准,以月最大需水量确定闸门的供水规模;
进行沉沙系统配置时,其沉沙能力由河道平水年来水月平均含沙量和降水正常条件下月过程需引水量进行确定;
进行输水系统配置时,渠道输水流量根据降水干旱条件下各配置单元的月最大需水量和上下关系进行确定;
进行调蓄系统配置时,基于降水正常条件下月生态补水量需求过程和实际取水过程,得出需要配置的调蓄容积需求,实现供水过程与实际需水过程的平衡;
进行滩区补水系统配置时,基于滩区补水过程的水动力条件需求,确定均匀出水子系统的水深和单宽流量,然后结合调蓄系统的调蓄水量,确定单次补水过程中同时补水的滩区宽度,结合需要补水的滩区总宽度及其向调蓄系统补水的能力,确定滩区补水的编组,进而实现滩区补水。
9.根据权利要求1所述的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,其特征在于,所述步骤S6中,构建生态补水系统的方法具体为:
C1、基于各补水配置单元的生态恢复情景,确定与之对应的水系连通考量指标,进而确定水系连通需求;
C1、根据各补水配置单元的水系连通需求,进行水系连通设置,得到水网体系的空间布局
C3、根据各补水配置单元的空间布局和工程配置,构建水网体系,实现多泥沙河流河口区域的生态补水。
10.根据权利要求8所述的多泥沙河流河口的生态补水方法,其特征在于,所述步骤C1中的水系连通考量指标包括退化林地面积率、湿地面积率、湿地斑块密度类生境需求。

说明书全文

一种多泥沙河流河口区域的生态补方法

技术领域

[0001] 本发明属于生态补水技术领域,具体涉及一种多泥沙河流河口区域的生态补水方法。

背景技术

[0002] 水作为生态系统重要的环境因子,也是生态演化的关键驱动因子。通过对水资源短缺而受损的生态系统调水,补充生态需水,可遏制生态系统的进一步退化,恢复其生态平衡和生态服务功能。
[0003] 由于气候变化和人类活动带来的影响,河口区域虽有一定程度的客水保证,但同干旱区或者半干旱区一样也存在着淡水资源短缺,生态环境脆弱的问题。淡水资源短缺主要是由于区域内的淡水资源供给能和横向连通不足,这两者造成区域内的补水总量不足且存在较大的空间补水差异,在大型潮沟和滩涂湿地区域尤其缺乏淡水补充。生态环境脆弱则主要与生态环境和生态系统类型有关。河口地区的生态系统格局具有明显的淡咸水梯度,淡水水系的连通与潮流体系的交互是维持地区整体生态格局的基础。一般淡水生态系统包括河流、林地、河漫滩灌草地;咸水生态系统包括滩涂、盐沼湿地;淡咸水交互生态系统包括一些淡咸水交替的沼泽系统。河口区的新生湿地一般都是由河流淤积和海岸线蚀退形成,由于水土保持工程带来的效益,上游的来水、来沙量减少首先导致天然湿地萎缩,从而使得动、植物的生活环境受到影响,生物多样性减少;其次,由于海水的倒灌和土地的退化,土地盐化和次生盐碱化的问题会比较严重,中、轻度耐盐植被逐渐为高耐盐植被所替代,部分成为裸地,使植被发生逆向生态演化;此外,生态水系网络不健全,大部分区域湿地无法实现较好的水系连通,原有的水分条件和湿地类型发生重大改变。
[0004] 目前河口区的生态补水方法多采用生态功能法或模型模拟法计算,均是以特定生态保护目标为前提进行计算,缺少与生活、生产用水之间的协调和优化配置,一方面造成水资源的有效性不高,另一方面也难以形成人与自然协调的用水关系。此外,由于滩区咸淡交互的自然特点,滩区也是河口生态格局的重要组成部分,然而现有生态补水中,均没有考虑。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的上述不足,本发明提供的多泥沙河流河口区域的生态补水方法通过生产、生活、生态用水的优化配置,解决水资源利用效率不高和长期存在的人与自然争水问题。通过综合引水、输水工程和湿地的沉沙、调蓄功能,解决滩区补水的问题。
[0006] 为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种多泥沙河流河口区域的生态补水方法,包括以下步骤:
[0007] S1、收集多泥沙河流河口区域的基础数据;
[0008] S2、基于收集的基础数据,将多泥沙河流河口区域划分成若干个补水配置单元;
[0009] S3、基于动植物的生境需求,对各补水配置单元的生态恢复情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生态需水量;
[0010] S4、对各补水配置单元的生产及生活情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生产及生活需水量;
[0011] S5、基于各补水配置单元的生产、生活、生态需水量,以及三者系统内和系统之间的复用关系,进行可利用水资源的优化配置;
[0012] S6、基于可利用水资源的优化配置,进行对应的工程配置,完成生态补水系统的构建,实现多泥沙河流河口区域生态景观类型全覆盖的生态补水。
[0013] 进一步地,所述步骤S1中的基础数据包括多泥沙河流河口区域中的地形、地貌、降水、蒸发、过境河流水沙条件、人口、土地利用现状、水系、水利工程现状和生物多样性。
[0014] 进一步地,所述步骤S3具体为:
[0015] S31、基于生态恢复情景,将多泥沙河流河口区域的需水情景分为为生态需水情景和生境需水情景;
[0016] S32、计算各补水配置单元在生态需水情景下每个月的生态耗水量;
[0017] S33、计算各补水配置单元在生境需水情景下每年的生境需水补充量,并将其平均分配到相应的取水月份;
[0018] S34、将每个月的生态耗水量和对应月份的生境需水补充量相加,作为各补水配置单元每个月的生态需水量。
[0019] 进一步地,所述步骤S32中的生态耗水量包括植物蒸散发耗水量、蒸发耗水量、土壤渗漏耗水量、湿地生态耗水量、林地生态耗水量、河道生态下泄量和滩涂湿地漫滩流量;
[0020] 所述植物蒸散发耗水量为:
[0021]
[0022] 式中,Wp为植物需水量;
[0023] t为时间;
[0024] A(t)为各补水配置单元中不同湿地植被面积;
[0025] Em(t)为植被蒸散发量,且Em(t)=ET0KcKs(t),ET0为参考植被蒸散速率,Kc为植物系数,Ks为土壤水分限制系数;
[0026] 所述蒸发耗水量为各补水配置单元对应气象站点监测到的蒸发耗水量;
[0027] 所述土壤渗漏耗水量Wb为:
[0028] Wb=KIAt
[0029] 式中,K为渗耗系数;
[0030] I为地下水水力坡度;
[0031] At为时间t时的渗流剖面面积;
[0032] 所述湿地生态耗水量为:
[0033] Ww=Fw×(Ew-PW)+Fwp×(Tw-PW)+GW×(Fw+Fwp)
[0034] 式中,Fw为湿地水面面积;
[0035] Ew为水面蒸发耗水量;
[0036] PW为湿地降水量;
[0037] Fwp为湿地植被面积;
[0038] Tw为湿地植物蒸散发耗水量;
[0039] GW为湿地土壤渗透耗水量;
[0040] 所述林地生态耗水量Wf为:
[0041] Wf=Ff×(Ef-Pf)+Ffp×(Tf-Pf)+Gf×(Ff+Ffp)
[0042] 式中,Ff为林地空地面积;
[0043] Ef为土壤蒸发耗水量;
[0044] Pf为林地降水量;
[0045] Ffp为林地植被面积;
[0046] Tf为林地植物蒸散发耗水量;
[0047] Gf为林地土壤渗透耗水量;
[0048] 所述河道生态下泄量Qa为:
[0049]
[0050] 式中,A为下泄量覆盖面积;
[0051] h为水深;
[0052] t为时间;
[0053] k为更新周期;
[0054] 所述滩涂湿地漫滩流量Qb为:
[0055]
[0056] 式中,n为粗糙率系数;
[0057] B为过流断面面积;
[0058] i为水力坡降;
[0059] X为湿周。
[0060] 进一步地,所述步骤S33具体为:
[0061] A1、采用水量平衡法计算各补水配置单元中的湿地需水量;
[0062] 所述湿地需水量EWRs为:
[0063]
[0064] 式中,S0为某一模拟水位对应的水深分布每个斑的面积;
[0065] hj为第j个斑块对应的水深;
[0066] j为斑块编号,j=1,2,3,...,m,m为斑块总数;
[0067] A2、确定各补水配置单元中的新增湿地,并计算对应的新增湿地耗水量;所述新增湿地耗水量Qt为:
[0068] Qt=aγHtAt
[0069] 式中,a为土壤含水率或饱和含水率;
[0070] γ为土壤容重;
[0071] Ht为土壤厚度;
[0072] At为湿地土壤面积;
[0073] A3、将各个补水配置单元的湿地需水量和新增湿地的耗水量的差值除以补水年限的值作为补水配置单元每年的生境需水补充量。
[0074] 进一步地,所述步骤S4具体为:
[0075] S41、将各补水配置单元的生产情景分为工业生产情景和农业生产情景,并计算其对应的需水量;
[0076] S42、将各生态补水配置单元的生活情景设置为城镇生活情景和农村生活情景,并计算其对应的需水量;
[0077] S43、基于工业生产情景的需水量、农业生产情景的需水量、城镇生活情景的需水量、农村生活情景的需水量,得到各情景下各补水配置单元每个月的需水量。
[0078] 进一步地,所述步骤S5中的可利用水资源量为各补水配置单元对应区域内的降雨产流量、河道引水量,以及生产、生活、生态用水过程排水复用量;
[0079] 所述步骤S5中,进行可理由水资源的优化配置的方法具体为:
[0080] B1、确定优化配置目标:将原有的生活、工业、农业、生态的配置顺序调整为生活、生态需求、工业、农业、生态的配置顺序;
[0081] B2、按照配置顺序,利用每个系统的可利用水资源和上游排水,确定各补水配置单元间的水循环补排关系;
[0082] B3、根据水循环补排关系,结合生产、生活、生态之间的用水过程,确定不同用水户的实际补水量过程,完成可利用水资源的优化配置。
[0083] 进一步地,所述步骤S6中进行工程配置时的配置对象包括取水系统、沉沙湿地系统、输水系统、调蓄系统和滩区补水系统;
[0084] 所述取水系统的配置包括站供水配置和闸供水配置:
[0085] 对泵站供水进行配置时,其供水能力以满足降水湿润条件下的需水量为准,确定全年的供水规模,并将其平均分配到可取水月份;
[0086] 对闸门供水进行配置时,其供水能力以满足降水干旱条件下的需水量为准,以月最大需水量确定闸门的供水规模;
[0087] 进行沉沙系统配置时,其沉沙能力由河道平水年来水月平均含沙量和降水正常条件下月过程需引水量进行确定;
[0088] 进行输水系统配置时,渠道输水流量根据降水干旱条件下各配置单元的月最大需水量和上下关系进行确定;
[0089] 进行调蓄系统配置时,基于降水正常条件下月生态补水量需求过程和实际取水过程,得出需要配置的调蓄容积需求,实现供水过程与实际需水过程的平衡;
[0090] 进行滩区补水系统配置时,基于滩区补水过程的水动力条件需求,确定均匀出水子系统的水深和单宽流量,然后结合调蓄系统的调蓄水量,确定单次补水过程中同时补水的滩区宽度,结合需要补水的滩区总宽度及其向调蓄系统补水的能力,确定滩区补水的编组,进而实现滩区补水。
[0091] 进一步地,所述步骤S6中,构建生态补水系统的方法具体为:
[0092] C1、基于各补水配置单元的生态恢复情景,确定与之对应的水系连通考量指标,进而确定水系连通需求;
[0093] C1、根据各补水配置单元的水系连通需求,进行水系连通设置,得到水网体系的空间布局
[0094] C3、根据各补水配置单元的空间布局和工程配置,构建水网体系,实现多泥沙河流河口区域的生态补水。
[0095] 进一步地,所述步骤C1中的水系连通考量指标包括退化林地面积率、湿地面积率、湿地斑块密度类生境需求。
[0096] 本发明的有益效果为:
[0097] 本发明提供的多泥沙河流河口区域的生态补水方法,针对多泥沙河流的水流特性,基于生态功能区划、景观格局分布和连通补排关系对区域进行配置单元划分,并开展生产、生活、生态用水的水资源优化配置。根据取、用水需求设置取水系统、沉沙系统、输水系统和蓄水系统,以针对一般淡水生态系统、咸水生态系统和淡咸水交互生态系统对水量、水质的实际需求。根据多情景设置决策者可以选定合适的生态恢复情景,完善的水网配置使得区域内的大型潮沟和滩涂湿地也能得到有效的淡水补给,有效促进和谐、健康、可持续的河口湿地生态系统形成。本发明可使得多泥沙河流河口区域的生态补水更加全方位且具长效性,充分保证河口区域生态系统的可持续恢复。附图说明
[0098] 图1为本发明提供的多泥沙河流河口区域的生态补水方法流程图

具体实施方式

[0099] 下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0100] 实施例1:
[0101] 如图1所示,一种多泥沙河流河口区域的生态补水方法,包括以下步骤:
[0102] S1、收集多泥沙河流河口区域的基础数据;
[0103] S2、基于收集的基础数据,将多泥沙河流河口区域划分成若干个补水配置单元;
[0104] S3、基于动植物的生境需求,对各补水配置单元的生态恢复情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生态需水量;
[0105] S4、对各补水配置单元的生产及生活情景进行设置,计算各补水配置单元每个月的生产及生活需水量;
[0106] S5、基于各补水配置单元的生产、生活、生态需水量,以及三者系统内和系统之间的复用关系,进行可利用水资源的优化配置;
[0107] S6、基于可利用水资源的优化配置,进行对应的工程配置,完成生态补水系统的构建,实现多泥沙河流河口区域生态景观类型全覆盖的生态补水。
[0108] 在本发明实施例中,步骤S1中的涉及的基础数据主要包括自然条件、水系与水利工程现状、水资源现状、生态环境现状和生物多样性等;具体地,包括多泥沙河流河口区域中的地形、地貌、降水、蒸发、过境河流水沙条件、人口、土地利用现状、水系、水利工程现状和生物多样性。
[0109] 在本发明实施例中,在进行补水配置单元的划分时,综合考虑功能区划(核心区、缓冲区和实验区)、景观格局分布规律(湿地及林地类型)、连通补排关系(基于地形地貌)等;因此,步骤S2中进行补水配置单元划分的方法具体为基于景观格局分布、连通补排关系等因素进行初步划分,然后结合生态功能区划进行边界调整,得到最终的补水配置单元的划分结果。
[0110] 实施例2:
[0111] 上述实施例1中的步骤S3具体为:
[0112] S31、基于生态恢复情景,将多泥沙河流河口区域的需水情景分为为生态需水情景和生境需水情景;
[0113] S32、计算各补水配置单元中在生态需水情景下每个月的生态耗水量;
[0114] S33、计算各补水配置单元在生境需水情景下每年的生境需水补充量,并将其平均分配到相应的取水月份;
[0115] S34、将每个月的生态耗水量和对应月份的生境需水补充量相加,作为各补水配置单元每个月的生态需水量。
[0116] 在本发明实施例中,步骤S1中的生态需水情景主要考虑区域面临的主要生态问题,如湿地和林地恢复方面等,主要需要确定恢复面积;生境需水情景主要考虑鸟类种群的生境相应,用生境适宜度指数表示湿地生境对水禽的适宜度大小,系数越大说明湿地越适宜鸟类栖息,具有吸引和承重更多鸟类的潜力。其中,生境适宜度指数E的计算公式为:
[0117]
[0118] 式中,S是某一补水情景下生境的总面积;
[0119] S0是初始总面积;
[0120] P是某一补水情景下生境斑块数;
[0121] P0是初始生境斑块数;
[0122] i是生境类型,i=1,2,…,n;n是生境类型总数;
[0123] λi是不同生境类型对鸟类栖息的适宜度系数,λi可以通过实地调查,根据不同土地利用类型栖息物种数量和种类确定,数值范围[0,1],此外,芦苇湿地也是大部分鸟类的栖息地,因此需要从鸟类保护和生境维持的度找出适宜水深。生境需水目标可以分为基本目标、中级目标和高级目标三个层次,针对其管理目标,选择不同季节不同模拟水位下,湿地生境对关键鸟类物质的适宜度指数作为评价指标,评价模拟水位的适宜程度。
[0124] 在本发明实施例中,步骤S32中的生态耗水量包括植物蒸散发耗水量、蒸发耗水量、土壤渗漏耗水量、湿地生态耗水量、林地生态耗水量、生态下泄量和滩涂湿地漫滩流量;
[0125] 所述植物蒸散发耗水量为:
[0126]
[0127] 式中,dWp为植物需水量;
[0128] t为时间;
[0129] A(t)为各补水配置单元中不同湿地植被面积;
[0130] Em(t)为植被蒸散发量,且Em(t)=ET0KcKs(t),ET0为参考植被蒸散速率,Kc为植物系数,Ks为土壤水分限制系数;
[0131] 所述蒸发耗水量为各补水配置单元对应气象站点监测到的蒸发耗水量,其中,林地土壤蒸发量由于冠层的覆盖,土壤蒸发量一般较小,在具体计算时可忽略不计;只需考虑湿地土壤渗耗水量,因此土壤渗漏耗水量Wb为:
[0132] Wb=KIAt
[0133] 式中,K为渗耗系数;
[0134] I为地下水水力坡度;
[0135] At为时间t时的渗流剖面面积;
[0136] 采用水平平衡方法计算的湿地生态耗水量为:
[0137] Ww=Fw×(Ew-PW)+Fwp×(Tw-PW)+GW×(Fw+Fwp)
[0138] 式中,Fw为湿地水面面积;
[0139] Ew为水面蒸发耗水量;
[0140] PW为湿地降水量;
[0141] Fwp为湿地植被面积;
[0142] Tw为湿地植物蒸散发耗水量;
[0143] GW为湿地土壤渗透耗水量;
[0144] 采用水量平衡方法计算的林地生态耗水量Wf为:
[0145] Wf=Ff×(Ef-Pf)+Ffp×(Tf-Pf)+Gf×(Ff+Ffp)
[0146] 式中,Ff为林地空地面积;
[0147] Ef为土壤蒸发耗水量;
[0148] Pf为林地降水量;
[0149] Ffp为林地植被面积;
[0150] Tf为林地植物蒸散发耗水量;
[0151] Gf为林地土壤渗透耗水量;
[0152] 对于河流的入海故道和大型的潮沟,保证一定的生态下泄流量,生态下泄量Qa为:
[0153]
[0154] 式中,A为下泄量覆盖面积;
[0155] h为水深;
[0156] t为时间;
[0157] k为更新周期;
[0158] 滩涂湿地作为防止海水入侵的第一道防线,维持滩涂湿地盐水平衡尤为重要,构造滩涂湿地补水系统,促进滩涂区植被的生长。基于漫滩设施的构造,对于漫滩流量的计算采用明渠的流量公式进行计算,因此,滩涂湿地漫滩流量Qb为:
[0159]
[0160] 式中,n为粗糙率系数;
[0161] B为过流断面面积;
[0162] i为水力坡降;
[0163] X为湿周。
[0164] 上式中的计算过程中会涉及到水深的确定,水深是由滩区水力坡降、糙率、土壤渗透系数以及补水范围来确定。对于漫滩时间规划须合理,在进行滩涂补水时需考虑潮汐水位的变化,在海水水位较低时进行淡水补给,使滩涂植被得以适当的生长,由漫滩流量和补水时间最终确定漫滩补水总水量。
[0165] 在本发明实施例中上述步骤S33具体为:
[0166] A1、采用水量平衡法计算各补水配置单元中的湿地需水量;
[0167] 计算湿地需水量时,一般通过生态水位法确定其最小和适宜水位,然后采用最小和适宜水位与水面面积的乘积得到维持一定生境的最小和适宜生态需水量;因此,上述所述湿地需水量EWRs为:
[0168]
[0169] 式中,S0为某一模拟水位对应的水深分布每个斑块的面积;
[0170] hj为第j个斑块对应的水深;
[0171] j为斑块编号,j=1,2,3,...,m,m为斑块总数;
[0172] A2、确定各补水配置单元中的新增湿地,并计算对应的新增湿地耗水量;
[0173] 对于新增湿地进行补水时会产生一些额外耗水,主要为土壤渗漏需水量,因此所述新增湿地耗水量Qt为:
[0174] Qt=aγHtAt
[0175] 式中,a为土壤含水率或饱和含水率;
[0176] γ为土壤容重;
[0177] Ht为土壤厚度;
[0178] At为湿地土壤面积;
[0179] A3、将各个补水配置单元的湿地需水量和新增湿地的耗水量的差值除以补水年限的值作为补水配置单元每年的生境需水补充量。
[0180] 实施例3:
[0181] 上述实施例1中的步骤S4具体为:
[0182] S41、将各补水配置单元的生产情景分为工业生产情景和农业生产情景,并计算其对应的需水量;
[0183] 其中,工业生产情景结合当地的发展规划进行设置,其对应的需水量按相关行业用水指标进行计算;农业生产情景结合补水配置单元的农业生产规划和生态保护目标进行设置,其对应的需水量由情景设置面积和灌溉定额及灌溉利用率进行计算;
[0184] S42、将各生态补水配置单元的生活情景设置为城镇生活情景和农村生活情景,并计算其对应的需水量;
[0185] 对于生活情景通过城镇和农村的人口数量进行设置,分为城镇生活情景和农村生活情景,其对应的需水量均通过对应的人数和人均生活用水量进行计算确定。
[0186] S43、基于工业生产情景的需水量、农业生产情景的需水量、城镇生活情景的需水量、农村生活情景的需水量,得到各情景下各补水配置单元每个月的需水量。
[0187] 实施例4:
[0188] 在上述实施例1中的步骤S5中的可利用水资源量为各补水配置单元对应区域内的降雨产流量、河道引水量,以及生产、生活、生态用水过程排水复用量;
[0189] 所述步骤S5中,进行可理由水资源的优化配置的方法具体为:
[0190] B1、确定优化配置目标:将原有的生活、工业、农业、生态的配置顺序调整为生活、生态需求、工业、农业、生态的配置顺序;
[0191] B2、按照配置顺序,利用每个系统的可利用水资源和上游排水,确定各补水配置单元间的水循环补排关系,进而增加了生态及农业的用水量的保证率;
[0192] B3、根据水循环补排关系,结合生产、生活、生态之间的用水过程,科学确定不同用水户的实际补水量过程,完成可利用水资源的优化配置。
[0193] 步骤S6中进行工程配置时的配置对象包括取水系统、沉沙湿地系统、输水系统、调蓄系统和滩区补水系统;
[0194] 所述取水系统配置包括泵站供水配置和闸门供水配置:
[0195] 对泵站供水进行配置时,其供水能力以满足降水湿润条件下的需水量为准,确定全年的供水规模,并将其平均分配到可取水月份;
[0196] 对闸门供水进行配置时,其供水能力以满足降水干旱条件下的需水量为准,以月最大需水量确定闸门的供水规模;
[0197] 进行沉沙系统配置时,其沉沙能力由河道平水年来水月平均含沙量和降水正常条件下月过程需引水量进行确定;
[0198] 进行输水系统配置时,渠道输水流量根据降水干旱条件下各配置单元的月最大需水量和上下关系进行确定;
[0199] 进行调蓄系统配置时,基于降水正常条件下月生态补水量需求过程和实际取水过程,得出需要配置的调蓄容积需求,实现供水过程与实际需水过程的平衡;
[0200] 进行滩区补水系统配置时,基于滩区补水过程的水动力条件需求,确定均匀出水子系统的水深和单宽流量,然后结合调蓄系统的调蓄水量,确定单次补水过程中同时补水的滩区宽度,结合需要补水的滩区总宽度及其向调蓄系统补水的能力,确定滩区补水的编组,进而实现滩区补水。
[0201] 上述配置过程中的降水湿润条件、降水干旱条件、降水正常条件,采用水文频率计算软件对来多年降水系列数据进行分析,求得不同频率年对应的降水量,由此确定降水湿润条件(25%)、降水正常条件(50%)、降水干旱条件(75%)对应的降水量;
[0202] 需要说明的是在进行具体的工程配置时,每个工程配置之间均是有相互联系的,根据总的实际补水量需求,确定引水工程和沉沙湿地规模,根据不同配置单元的空间需水过程,确定输水工程规模,根据不同配置单元内的需水时间过程,确定调蓄系统能力;其中,调蓄主要依靠河口区域内湿地自身的蓄水能力。
[0203] 在本发明实施例中,结合当前补水配置单元的降水量和生态恢复情景,决策者可根据补水配置单元的实际需求进行选择,假设选择的方案为降水平水年中级目标,能达到一定的生态恢复情景也较为经济;其中的工程配置具体为:
[0204] (1)取水系统配置:
[0205] 泵站供水能力满足降水干旱年生态目标需求,泵站引流水流为降水干旱年生态目标的月最大引水量除以泵站月工作时间的值;
[0206] 闸门供水能力满足在河道来水丰水年条件下,取水量满足降水干旱年生态目标;以月最大需水量和月取水时间确定闸门的供水规模。
[0207] (2)输水系统配置:
[0208] 输水配置原则为渠道输水能力满足降水干旱年生态目标的需求,输水流量为月最大引水量除以渠道月工作时间,由配置单元的上下游关系确定干、支渠的规模。
[0209] (3)沉沙系统配置:
[0210] 沉沙规模配置由由河道平水年来水月平均含沙量和降雨正常条件下月过程需引水量进行确定,具体计算方法为:
[0211]
[0212]
[0213] 式中,Y为沉沙容积;
[0214] Q为月引水量;
[0215] R为月含砂量;
[0216] q为泥沙密度;
[0217] Z为沉沙面积;
[0218] Hh为工作深度;
[0219] (4)调蓄系统配置:
[0220] 调蓄配置原则为满足降水正常年生态目标生态补水过程和实际取水过程匹配,基于月过程水量差值,取连续差值和的最大值作为调蓄规模值,其中月过程水量差值为月需引水量与月实际引水量的差值。
[0221] 实施例5:
[0222] 上述实施例1中的步骤S6中的构建生态补水系统的方法具体为:
[0223] C1、基于各补水配置单元的生态恢复情景,确定与之对应的水系连通考量指标,进而确定水系连通需求;
[0224] 其中,水系连通考量指标包括退化林地面积率、湿地面积率、湿地斑块密度和鸟类生境需求,由上述指标最终确定水系连通需求;
[0225] C2、根据各补水配置单元的水系连通需求,进行水系连通设置,得到水网体系的空间布局;
[0226] 在进行水系连通设置时,需要注意服务重要修复目标,增强保护区生态补水能力,充分利用地形、依托现有工程。
[0227] C3、根据各补水配置单元的空间布局和工程配置,构建水网体系,实现多泥沙河流河口区域的生态补水。
[0228] 本发明提供了一种多泥沙河流河口区域生态补水方法,考虑到淡水、盐水、盐淡水交互生态系统不同功能区湿地修复与生物多样性保护需求,基于基础资料进行配置单元划分并设置不同的生产、生活、生态需水情景,进行淡水资源优化配置。考虑到生态水文格局构建,通过取水系统、输水系统、沉沙系统、调蓄系统构建区域大连通与小连通,提供区域内部的横向连通能力,建立长效运行的补水水网。
[0229] 因此,本发明的有益效果为:
[0230] 本发明提供的多泥沙河流河口区域的生态补水方法和系统,针对多泥沙河流的水流特性,基于生态功能区划、景观格局分布和连通补排关系对区域进行配置单元划分,并进行生产、生活、生态用水的水资源优化配置。根据取、用水需求设置取水系统、沉沙系统、输水系统和蓄水系统,以针对一般淡水生态系统、咸水生态系统和淡咸水交互生态系统的用水需求。根据多情景设置决策者可以选定合适的生态恢复情景,完善的水网配置使得区域内的大型潮沟和滩涂湿地也能得到有效的淡水补给,有效促进和谐、健康、可持续的河口湿地生态系统形成。本发明可使得河口区域生态补水达到生态系统兼顾、补水区域全面、连通水网长效的效果,充分保证生态系统的可持续恢复。
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