黄河干流生态与环境需水量研究（论文） .wps

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1、黄河干流生态与环境需水量研究综述 【摘要】 本研究在收集分析国内外有关生态环境需水研究进展的基础上, 紧密结合黄河水 环境和水生态特点, 界定了黄河生态环境需水量的内涵和组成。 对宁蒙(下河沿头道拐) 、 龙 三(龙门三门峡)和下游3 个重要河段的河道生态需水量、环境需水量计算方法及生态需水 量、 环境需水量耦合等问题进行了研究, 提出了黄河干流10 个重要水文断面的适宜生态环境 水量和最小生态环境水量。 【关键词】生态需水量; 环境需水量; 水质目标; 河道湿地; 耦合研究; 黄河 黄河是中华民族的母亲河, 是我国西北、华北地区最大的供水水源, 代写论文 以其占全国河 川径流 2%的有限水资

2、源, 承担着本流域和下游占全国 15%耕地面积引黄灌溉、12%人口及 50 多座大中城市的供水任务。 近20 年来, 随着流域经济社会的快速发展, 黄河水资源的过度开发以及日益增加的污染排放 量, 致使流域水资源的供需矛盾和水污染问题愈加突出, 也导致了诸如河道频繁断流、 河槽萎 缩、 水质恶化、 鱼类产卵场退化、 河口湿地面积萎缩等一系列问题, 黄河流域生态系统整体呈 恶化趋势。 1 黄河生态环境需水量概念及内涵 国外对生态环境需水的研究始于 20 世纪 40 年代, 主要侧重于河道内流量的研究, 这期间有 很多定量研究的方法( Tennant, 7Q10 法, 河道湿周法, IF-IM 法

3、, R-CROSS 法等等) 。在我国, 更多的是对流域生态需水和区域生态需水的研究, 特别是对西北内陆河生态需水和黄淮海流 域生态需水的研究。尽管目前国内外有关“生态环境需水量”方面研究很多, 但对其概念界 定尚无统一的认识, 研究者多根据其研究目标及其要保护的主要功能提出相应的定义 1 - 3 。 基于对黄河生态系统、 水文水资源特性、 水资源开发利用程度及水环境状况的认识, 本文认为 黄河生态环境需水量概念为: 生态需水量是指为维持黄河水生生物特别是鱼类的正常生存繁 殖, 满足河道湿地、 河口湿地生态系统基本功能和维持一定规模的水量。 环境需水量是指为改 善黄河水体水质, 基本满足其环境

4、功能所需要的水量, 环境需水量实质上有着满足水量和水 质的双重概念。其内涵主要包括以下几个方面:一是保护河道内水生生物正常生存繁殖的水 量; 二是维持河流水体功能水质的水量; 三是满足河道湿地基本功能的水量; 四是维持河口 一定规模湿地的水量;五是有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。 黄河适宜生态环境水量是指维系黄河生态系统良性循环的较佳水量, 此时系统状态较理想, 能够发挥较好的生态环境功能。 在此状态下, 黄河系统的恢复目标为: 一是黄河水质满足水功 能目标要求, 水环境质量有明显改善; 二是黄河主要保护物种鱼类能够获得一定的生存空间, 遭到破坏的鱼类产卵场得到逐步恢复; 三是河道

5、湿地和河口湿地生物多样性、生态完整性能 够得到维持, 发挥湿地应有的生态环境功能。 最小生态环境水量是指维持系统生存所需的最低水量或底限阈值, 若低于该水量, 系统会发 生退化。 代写毕业论文 对于黄河下游河道来说, 最小生态环境水量也是为了防止河道水体断 流并发生功能性裂变, 维持河道水流循环的最小流量。 2 理论及方法 2.1 生态需水量 根据黄河生态系统和水环境的特点, 一方面由于黄河缺乏长期的水生生物的调查及其生长习 性的观测数据, 缺乏相应典型河段主要保护物种生理需水的基础研究支持, 另一方面考虑黄 河水生生物并不丰富的实际, 因此, 现阶段很难做到完全生态学意义上的定量研究。 足够

6、流动 的水体是构成河流生态系统的基础, 从水量及其相关因子考虑, 目前国内外有很多学者利用 历史流量法和水力学参数法来计算研究河流生态环境需水量。 这种保持河流一定流态的流量 可认为是维持河流生命的基本水量。 因此研究利用历史流量法(Tennant 法和 90%保证率设定 法)计算河道基流,在环境水量研究的基础上, 考虑河口生态修复需水,结合水力学参数法, 对 该流量级下的水文要素(如水深、 流速、 湿周等) 能否满足黄河鱼类的生存空间进行判别, 以体 现保护鱼类生存繁衍和维持生境的生态水量需求。 （1）Tennant 法: 脱离特定用途的生态环境用水量计算方法, 也叫 Tennant 法或

7、Montana 法, 是非现场确定河流生态环境需水的典型方法。 该方法以河流水生态健康情况下的多年平均流 量观测值为基准, 将保护水生态和水环境的河流流量划分为若干个等级,推荐的标准值是以 河流健康状况下多年平均流量值的百分数为基础。Tennant法生态环境水量计算的核心问题 是必须给出一个预先确定的年平均流量。 本研究采用黄河尚属“天然”或尚未大规模开发利 用和径流调节情况的径流量, 即黄河干流第一个大型水库尚未建成运用, 河流水生态、 水环境 尚属于健康状态的20 世纪50 年代(19521959 年)平均径流量为流量基准。 研究将黄河生态环境用水的季节分为 4 6 月、 710月、 11

8、3月三个时段 5 , 各时段的生 态环境水量低限标准以河流水生态、 水环境尚属于健康状态的 20 世纪50 年代平均流量为基 准, 计算平均流量的不同百分比流量。并认为, 各水期流量平均值的 100%60%为最佳范围, 60% 40%为较好状态,40%30%为尚好状态, 30% 20%为尚可状态,20%10%为较差状 态, 10%和5%为可忍受的最小流量和极端最小流量。对于每个河段生态流量的取值, 根据河 段生态环境功能的重要性进行判定。根据黄河水生态与水环境的功能类型和特点, 将生态环 境功能分为4 个不同重要程度级别: 鱼类产卵场、 栖息地, 重要程度, 级; 46月生态环境 需水量保持在

9、最佳状态, 其他季节保持在较好状态。 国家级或省级重点观光旅游区, 重要程 度, 级; 46 月生态环境水量保持在较好状态, 其他季节保持在尚好状态。没有划定为观 光旅游区的大中城市河段和国家一级交通干线与黄河相交河段, 重要程度, 级;46 月生 态环境需水量保持在尚好状态, 其他季节保持在尚可状态。 没有特定要求的河段, 应达到鱼 类能够畅通洄游和整条黄河(下游)不断流的基本流量, 重要程度, 级; 一般情况下应不低于 同期基准流量的10%, 极端情况下不低于5%。 (2) 90%保证率最枯月流量法: 90%保证率最枯月流量法, 是 7Q10 法的延伸。7Q10 法是指采 用 90%保证率

10、最枯连续 7 d 的平均水量作为河流最小流量设计值, 该方法传入我国后主要用 于计算污染物允许排放量。本研究采用 19702000 年 31 年实测水文系列, 计算 90%保证率 最枯月流量, 该系列基本涵盖了黄河 20世纪 70年代以来的丰、平、枯水期, 具有较好的代表 性。 2.2 环境需水量 根据黄河水污染特征和水流状况, 选择 CODCr 和氨氮作为主要污染控制因子, 采用一维水质 模型进行计算。河流纳污水平和水质目标是计算环境水量的两个重要输入条件, 水质目标采 用黄河干流水功能区划目标, 河段纳污水平按现状纳污水平、目标控制水平和污染可控水平 三种情景设定。计算模型如下 Q = q

11、iCi exp ( - kxi /8614u) qiCs/Cs C0 exp ( - kx /8614u)(1) 式中, Q 为计算河段上断面需下泄流量(即所求环境水量) (m3 / s) ; qi 为旁侧入流量(m3 / s) ; C0 为计算河段上断面污染物浓度(mg/L) ; Cs 为计算河段下断面污染物浓度(mg/L ) ; Ci 为旁 侧入流污染物浓度(mg/L) ; k 为污染物综合降解系数(1 /d) ; u 为平均流速(m / s) ; x 为计算单 元长度( km) ; xi 为旁侧入流i距下断面距离( km) 。 3 环境水量计算结果及分析 现状纳污水平下环境水量即指研究河

12、段在现状纳污状况下, 稀释污染物使河段水质满足功能 要求的水量。 研究统计分析了 2003年入黄排污口和入黄支流污染物实测入黄量, 代写职称论 文 个别支流根据多年监测资料进行调整。 目标控制水平是国家环保政策能完全落实的一种理想状态, 即指研究河段所纳污染源达标排 放, 入黄支流满足入黄水质要求, 在这种理想状态下, 稀释入黄污染物使河段水质满足功能要 求的水量。 所谓污染可控水平, 即考虑在现有的社会经济 发展、 污染治理水平下, 全部实现达标排放难度 极大,河流水功能区水质规划目标的实现需要比较长的时间。因而需对污染可控水平进行研 究, 意在找到流域经济可持续发展和水域水环境承载能力的结

13、合点, 即对研究河段污染源的 可控制性进行研究, 也就是说要根据流域社会经济发展水平、国家宏观政策及相关规划等,设 定一些原则, 最后要达到的目的就是给出研究河段一些支流及排污口的控制指标, 从而确定 河段纳污水平。 采用数学模型对上述三种纳污水平下所需环境水量进行计算。 并考虑河流水 体的连续性及枯水径流保证机率, 给出黄河干流重要水文站点环境水量要求。具体见表 1。 通过上述环境水量的研究, 可以得出以下结论: (1)现状纳污水平下, 黄河干流所需环境流量很大,在目前水资源条件下很难实现, 其水质达标 不可能得到保证。(2)要实现黄河干流水体功能目标, 入黄支流必须满足入黄水质目标要求,

14、入黄排污口必须满足国家排放标准。(3)污染可控水平下, 龙门以上河段所需流量基本可以得 到保证, 但龙门以下河段在枯水时段难以得到保证。 4 生态水量和环境水量的耦合研究 黄河的水生态和水环境功能, 各种生态功能如栖息地功能、 景观功能等, 和环境功能之间存在 着交叉和重复, 各种功能所需水量可以兼顾, 需对满足多种功能需求的不同量级的水量进行 耦合。 考虑黄河生态系统特点及黄河水资源的调控性, 生态水量和环境水量耦合的原则如下。 ( 1 )全河段综合考虑: 重要水文断面流量整合时, 要考虑上下断面之间流量的匹配性、水流演 进等多种因素, 经综合优化后给出。( 2)不考虑河段取水及水量损失:

15、黄河干流取水口众多且 分布复杂, 本研究关注的是生态基流, 对河段内取水以及因蒸发、 渗漏等水量损失未予考虑。 ( 3)水质保证优先: 水质改善是河流生态系统恢复的首要目标, 只有良好水质保证的水资源才 能满足河流其他的生态功能和经济功能。在考虑水质问题时, 适宜水量主要依据污染可控水 平下环境水量, 而最小水量主要考虑目标控制下环境水量。( 4)水资源可调控性: 黄河干流已 建和规划修建的大型水利枢纽较多, 径流可控性强, 在水量耦合时不但考虑水流的上下传递, 同时考虑大型水利枢纽的调节控制。( 5 )河口生态保护优先: 黄河下游生态水量的给出, 优先 考虑河口近海生态、三角洲湿地生态和鱼类

16、洄游等需求。 根据上述耦合原则, 考虑河口近海鱼类、 河口三角洲湿地需要, 同时满足各河段的水生态和水 环境功能需求, 给出黄河干流 10 个重要水文站断面的推荐水量, 生态环境水量耦合结果见表 2。 5 小 结 (1)有关稀释污染的环境水量研究是本次研究的重点, 也是我国北方河流面临的现实问题。研 究根据黄河水污染特征和水流状况, 选择 CODCr 和氨氮作为主要污染控制因子, 采用一维水 质模型进行计算, 研究方法带有一定的探索性。 本研究推荐的生态环境水量, 是在关注研究河 段生态问题的同时, 着重解决水质保证问题, 只有水体质量变好了, 黄河生态系统才可以逐渐 得以恢复。 (2)在当前

17、黄河流域粗放式经济发展模式下, 水资源的过度开发利用和污染超负荷排放, 是导 致黄河生态危机的主要因素, 黄河面临的一些生态问题无不由此而引发。研究中生态水量没 有和黄河主要保护物种的生态机理紧密联系,代写留学生论文 这是本研究的一个缺陷, 但这 也和黄河特殊的河情以及我国发展进程有关。 在以后的研究中, 随着相关资料的丰富和积累, 必将加强这方面的机理研究。 (3)河流的各种生态功能如栖息地功能、景观功能等, 和环境功能之间存在着交叉和重复, 满 足各种功能的水量耦合是本研究的难点。 研究优先考虑河口近海鱼类、 河口三角洲湿地生态 需水, 提出了基于全河段综合考虑、水质保证优先、黄河水资源的

18、可调控性等水量耦合原则, 特别在水资源可调控性以及水生态与水环境保护目标耦合方面, 既符合黄河实际, 又具有水 量调度的可操作性。 (4)黄河生态问题突出, 究其原因主要是水量贫乏、水资源的过度开发利用以及污染排放所致。 要使黄河河道内保持一定的生态环境水量, 必须有一定的工程措施和非工程措施, 如实施调 水工程补充黄河河道内生态环境水量, 提高水资源的利用效率, 加强区域产业结构优化调整 和污染控制, 注重流域生态建设等措施来支撑和保证。 参考 文献: 1王浩, 陈敏建, 秦大庸, 等.西北地区水资源合理配置和承载能力研究M .郑州: 黄河水利出 版社, 2003. 2汤奇成.绿洲的发展与水资源的合理利用J.干旱区资源和环境, 1995, 9 (3) : 107-112. 3杨志峰, 崔保山, 等.生态环境需水量理论方法与实践M .北京: 科学出版社, 2003. 4杨严鸥.黄河水系鱼类分布的模糊聚类分析J .湖北农学院学报, 1999, 19 (2) : 161-163. 5崔树彬, 宋世霞.黄河三门峡以下水环境保护研究R .黄河流域水资源保护局, 2002. 6侯传河, 张新海, 等.黄河流域生态用水及控制性指标研究R.中国水利水电科学院, 黄河水 利委员会勘测规划设计院,2003.