黃河干流生態(tài)與環(huán)境需水量研究綜述

1、黃河干流生態(tài)與環(huán)境需水量研究綜述【摘要】本研究在搜集分析國內(nèi)外有關(guān)生態(tài)環(huán)境需水研究進展的根底上,嚴(yán)密結(jié)合黃河水環(huán)境和水生態(tài)特點,界定了黃河生態(tài)環(huán)境需水量的內(nèi)涵和組成。對寧蒙(下河沿頭道拐)、龍三(龍門三門峽)和下游3個重要河段的河道生態(tài)需水量、環(huán)境需水量計算方法及生態(tài)需水量、環(huán)境需水量耦合等問題進展了研究,提出了黃河干流10個重要水文斷面的適宜生態(tài)環(huán)境水量和最小生態(tài)環(huán)境水量?！娟P(guān)鍵詞】生態(tài)需水量;環(huán)境需水量;水質(zhì)目的;河道濕地;耦合研究;黃河黃河是中華民族的母親河,是我國西北、華北地區(qū)最大的供水水源,代寫論文以其占全國河川徑流2%的有限水資源,承當(dāng)著本流域和下游占全國15%耕地面積引黃灌溉、1

2、2%人口及50多座大中城市的供水任務(wù)。近20年來,隨著流域經(jīng)濟社會的快速開展,黃河水資源的過度開發(fā)以及日益增加的污染排放量,致使流域水資源的供需矛盾和水污染問題愈加突出,也導(dǎo)致了諸如河道頻繁斷流、河槽萎縮、水質(zhì)惡化、魚類產(chǎn)卵場退化、河口濕地面積萎縮等一系列問題,黃河流域生態(tài)系統(tǒng)整體呈惡化趨勢。1黃河生態(tài)環(huán)境需水量概念及內(nèi)涵國外對生態(tài)環(huán)境需水的研究始于20世紀(jì)40年代,主要側(cè)重于河道內(nèi)流量的研究,這期間有很多定量研究的方法(tennant,7q10法,河道濕周法,if-i法,r-rss法等等)。在我國,更多的是對流域生態(tài)需水和區(qū)域生態(tài)需水的研究,特別是對西北內(nèi)陸河生態(tài)需水和黃淮海流域生態(tài)需水的研

3、究。盡管目前國內(nèi)外有關(guān)“生態(tài)環(huán)境需水量方面研究很多,但對其概念界定尚無統(tǒng)一的認識,研究者多根據(jù)其研究目的及其要保護的主要功能提出相應(yīng)的定義1-3?；趯S河生態(tài)系統(tǒng)、水文水資源特性、水資源開發(fā)利用程度及水環(huán)境狀況的認識,本文認為黃河生態(tài)環(huán)境需水量概念為:生態(tài)需水量是指為維持黃河水生生物特別是魚類的正常生存繁殖,滿足河道濕地、河口濕地生態(tài)系統(tǒng)根本功能和維持一定規(guī)模的水量。環(huán)境需水量是指為改善黃河水體水質(zhì),根本滿足其環(huán)境功能所需要的水量,環(huán)境需水量本質(zhì)上有著滿足水量和水質(zhì)的雙重概念。其內(nèi)涵主要包括以下幾個方面:一是保護河道內(nèi)水生生物正常生存繁殖的水量;二是維持河流水體功能水質(zhì)的水量;三是滿足河道濕

4、地根本功能的水量;四是維持河口一定規(guī)模濕地的水量;五是有利于河口水生生物生存及河口生態(tài)修復(fù)的水量。黃河適宜生態(tài)環(huán)境水量是指維系黃河生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的較佳水量,此時系統(tǒng)狀態(tài)較理想,可以發(fā)揮較好的生態(tài)環(huán)境功能。在此狀態(tài)下,黃河系統(tǒng)的恢復(fù)目的為:一是黃河水質(zhì)滿足水功能目的要求,水環(huán)境質(zhì)量有明顯改善;二是黃河主要保護物種魚類可以獲得一定的生存空間,遭到破壞的魚類產(chǎn)卵場得到逐步恢復(fù);三是河道濕地和河口濕地生物多樣性、生態(tài)完好性可以得到維持,發(fā)揮濕地應(yīng)有的生態(tài)環(huán)境功能。最小生態(tài)環(huán)境水量是指維持系統(tǒng)生存所需的最低水量或底限閾值,假設(shè)低于該水量,系統(tǒng)會發(fā)生退化。代寫畢業(yè)論文對于黃河下游河道來說,最小生態(tài)環(huán)境水

5、量也是為了防止河道水體斷流并發(fā)生功能性裂變,維持河道水流循環(huán)的最小流量。2理論及方法2.1生態(tài)需水量根據(jù)黃河生態(tài)系統(tǒng)和水環(huán)境的特點,一方面由于黃河缺乏長期的水生生物的調(diào)查及其生長習(xí)性的觀測數(shù)據(jù),缺乏相應(yīng)典型河段主要保護物種生理需水的根底研究支持,另一方面考慮黃河水生生物并不豐富的實際,因此,現(xiàn)階段很難做到完全生態(tài)學(xué)意義上的定量研究。足夠流動的水體是構(gòu)成河流生態(tài)系統(tǒng)的根底,從水量及其相關(guān)因子考慮,目前國內(nèi)外有很多學(xué)者利用歷史流量法和水力學(xué)參數(shù)法來計算研究河流生態(tài)環(huán)境需水量。這種保持河流一定流態(tài)的流量可認為是維持河流生命的根本水量。因此研究利用歷史流量法(tennant法和90%保證率設(shè)定法)計算

6、河道基流,在環(huán)境水量研究的根底上,考慮河口生態(tài)修復(fù)需水,結(jié)合水力學(xué)參數(shù)法,對該流量級下的水文要素(如水深、流速、濕周等)能否滿足黃河魚類的生存空間進展判別,以表達保護魚類生存繁衍和維持生境的生態(tài)水量需求。1tennant法:脫離特定用處的生態(tài)環(huán)境用水量計算方法,也叫tennant法或ntana法,是非現(xiàn)場確定河流生態(tài)環(huán)境需水的典型方法。該方法以河流水生態(tài)安康情況下的多年平均流量觀測值為基準(zhǔn),將保護水生態(tài)和水環(huán)境的河流流量劃分為假設(shè)干個等級,推薦的標(biāo)準(zhǔn)值是以河流安康狀況下多年平均流量值的百分數(shù)為基矗tennant法生態(tài)環(huán)境水量計算的核心問題是必須給出一個預(yù)先確定的年平均流量。本研究采用黃河尚屬“

7、天然或尚未大規(guī)模開發(fā)利用和徑流調(diào)節(jié)情況的徑流量,即黃河干流第一個大型水庫尚未建成運用,河流水生態(tài)、水環(huán)境尚屬于安康狀態(tài)的20世紀(jì)50年代(19521959年)平均徑流量為流量基準(zhǔn)。研究將黃河生態(tài)環(huán)境用水的季節(jié)分為46月、710月、113月三個時段5,各時段的生態(tài)環(huán)境水量低限標(biāo)準(zhǔn)以河流水生態(tài)、水環(huán)境尚屬于安康狀態(tài)的20世紀(jì)50年代平均流量為基準(zhǔn),計算平均流量的不同百分比流量。并認為,各水期流量平均值的100%60%為最正確范圍,60%40%為較好狀態(tài),40%30%為尚好狀態(tài),30%20%為尚可狀態(tài),20%10%為較差狀態(tài),10%和5%為可忍受的最小流量和極端最小流量。對于每個河段生態(tài)流量的取值,

8、根據(jù)河段生態(tài)環(huán)境功能的重要性進展斷定。根據(jù)黃河水生態(tài)與水環(huán)境的功能類型和特點,將生態(tài)環(huán)境功能分為4個不同重要程度級別:魚類產(chǎn)卵嘗棲息地,重要程度,級;46月生態(tài)環(huán)境需水量保持在最正確狀態(tài),其他季節(jié)保持在較好狀態(tài)。國家級或省級重點觀光旅游區(qū),重要程度,級;46月生態(tài)環(huán)境水量保持在較好狀態(tài),其他季節(jié)保持在尚好狀態(tài)。沒有劃定為觀光旅游區(qū)的大中城市河段和國家一級交通干線與黃河相交河段,重要程度,級;46月生態(tài)環(huán)境需水量保持在尚好狀態(tài),其他季節(jié)保持在尚可狀態(tài)。沒有特定要求的河段,應(yīng)到達魚類可以暢通洄游和整條黃河(下游)不斷流的根本流量,重要程度,級;一般情況下應(yīng)不低于同期基準(zhǔn)流量的10%,極端情況下不低

9、于5%。(2)90%保證率最枯月流量法:90%保證率最枯月流量法,是7q10法的延伸。7q10法是指采用90%保證率最枯連續(xù)7d的平均水量作為河流最小流量設(shè)計值,該方法傳入我國后主要用于計算污染物允許排放量。本研究采用19702000年31年實測水文系列,計算90%保證率最枯月流量,該系列根本涵蓋了黃河20世紀(jì)70年代以來的豐、平、枯水期,具有較好的代表性。2.2環(huán)境需水量根據(jù)黃河水污染特征和水流狀況,選擇dr和氨氮作為主要污染控制因子,采用一維水質(zhì)模型進展計算。河流納污程度和水質(zhì)目的是計算環(huán)境水量的兩個重要輸入條件,水質(zhì)目的采用黃河干流水功能區(qū)劃目的,河段納污程度按現(xiàn)狀納污程度、目的控制程度

10、和污染可控程度三種情景設(shè)定。計算模型如下q=qiiexp(-kxi/8614u)qis/s0exp(-kx/8614u)(1)式中,q為計算河段上斷面需下泄流量(即所求環(huán)境水量)(3/s);qi為旁側(cè)入流量(3/s);0為計算河段上斷面污染物濃度(g/l);s為計算河段下斷面污染物濃度(g/l);i為旁側(cè)入流污染物濃度(g/l);k為污染物綜合降解系數(shù)(1/d);u為平均流速(/s);x為計算單元長度(k);xi為旁側(cè)入流i距下斷面間隔 (k)。3環(huán)境水量計算結(jié)果及分析現(xiàn)狀納污程度下環(huán)境水量即指研究河段在現(xiàn)狀納污狀況下,稀釋污染物使河段水質(zhì)滿足功能要求的水量。研究統(tǒng)計分析了2022年入黃排污口

11、和入黃支流污染物實測入黃量,代寫職稱論文個別支流根據(jù)多年監(jiān)測資料進展調(diào)整。目的控制程度是國家環(huán)保政策能完全落實的一種理想狀態(tài),即指研究河段所納污染源達標(biāo)排放,入黃支流滿足入黃水質(zhì)要求,在這種理想狀態(tài)下,稀釋入黃污染物使河段水質(zhì)滿足功能要求的水量。所謂污染可控程度,即考慮在現(xiàn)有的社會經(jīng)濟開展、污染治理程度下,全部實現(xiàn)達標(biāo)排放難度極大,河流水功能區(qū)水質(zhì)規(guī)劃目的的實現(xiàn)需要比擬長的時間。因此需對污染可控程度進展研究,意在找到流域經(jīng)濟可持續(xù)開展和水域水環(huán)境承載才能的結(jié)合點,即對研究河段污染源的可控制性進展研究,也就是說要根據(jù)流域社會經(jīng)濟開展程度、國家宏觀政策及相關(guān)規(guī)劃等,設(shè)定一些原那么,最后要到達的目的

12、就是給出研究河段一些支流及排污口的控制指標(biāo),從而確定河段納污程度。采用數(shù)學(xué)模型對上述三種納污程度下所需環(huán)境水量進展計算。并考慮河流水體的連續(xù)性及枯水徑流保證機率,給出黃河干流重要水文站點環(huán)境水量要求。詳細見表1。通過上述環(huán)境水量的研究,可以得出以下結(jié)論:(1)現(xiàn)狀納污程度下,黃河干流所需環(huán)境流量很大,在目前水資源條件下很難實現(xiàn),其水質(zhì)達標(biāo)不可能得到保證。(2)要實現(xiàn)黃河干流水體功能目的,入黃支流必須滿足入黃水質(zhì)目的要求,入黃排污口必須滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)。(3)污染可控程度下,龍門以上河段所需流量根本可以得到保證,但龍門以下河段在枯水時段難以得到保證。4生態(tài)水量和環(huán)境水量的耦合研究黃河的水生態(tài)和水

13、環(huán)境功能,各種生態(tài)功能如棲息地功能、景觀功能等,和環(huán)境功能之間存在著穿插和重復(fù),各種功能所需水量可以兼顧,需對滿足多種功能需求的不同量級的水量進展耦合?？紤]黃河生態(tài)系統(tǒng)特點及黃河水資源的調(diào)控性,生態(tài)水量和環(huán)境水量耦合的原那么如下。(1)全河段綜合考慮:重要水文斷面流量整合時,要考慮上下斷面之間流量的匹配性、水流演進等多種因素,經(jīng)綜合優(yōu)化后給出。(2)不考慮河段取水及水量損失:黃河干流取水口眾多且分布復(fù)雜,本研究關(guān)注的是生態(tài)基流,對河段內(nèi)取水以及因蒸發(fā)、滲漏等水量損失未予考慮。(3)水質(zhì)保證優(yōu)先:水質(zhì)改善是河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的首要目的,只有良好水質(zhì)保證的水資源才能滿足河流其他的生態(tài)功能和經(jīng)濟功能。

14、在考慮水質(zhì)問題時,適宜水量主要根據(jù)污染可控程度下環(huán)境水量,而最小水量主要考慮目的控制下環(huán)境水量。(4)水資源可調(diào)控性:黃河干流已建和規(guī)劃修建的大型水利樞紐較多,徑流可控性強,在水量耦合時不但考慮水流的上下傳遞,同時考慮大型水利樞紐的調(diào)節(jié)控制。(5)河口生態(tài)保護優(yōu)先:黃河下游生態(tài)水量的給出,優(yōu)先考慮河口近海生態(tài)、三角洲濕地生態(tài)和魚類洄游等需求。根據(jù)上述耦合原那么,考慮河口近海魚類、河口三角洲濕地需要,同時滿足各河段的水生態(tài)和水環(huán)境功能需求,給出黃河干流10個重要水文站斷面的推薦水量,生態(tài)環(huán)境水量耦合結(jié)果見表2。5小結(jié)(1)有關(guān)稀釋污染的環(huán)境水量研究是本次研究的重點,也是我國北方河流面臨的現(xiàn)實問題

15、。研究根據(jù)黃河水污染特征和水流狀況,選擇dr和氨氮作為主要污染控制因子,采用一維水質(zhì)模型進展計算,研究方法帶有一定的探究性。本研究推薦的生態(tài)環(huán)境水量,是在關(guān)注研究河段生態(tài)問題的同時,著重解決水質(zhì)保證問題,只有水體質(zhì)量變好了,黃河生態(tài)系統(tǒng)才可以逐漸得以恢復(fù)。(2)在當(dāng)前黃河流域粗放式經(jīng)濟開展形式下,水資源的過度開發(fā)利用和污染超負荷排放,是導(dǎo)致黃河生態(tài)危機的主要因素,黃河面臨的一些生態(tài)問題無不由此而引發(fā)。研究中生態(tài)水量沒有和黃河主要保護物種的生態(tài)機理嚴(yán)密聯(lián)絡(luò),代寫留學(xué)生論文這是本研究的一個缺陷,但這也和黃河特殊的河情以及我國開展進程有關(guān)。在以后的研究中,隨著相關(guān)資料的豐富和積累,必將加強這方面的機

16、理研究。(3)河流的各種生態(tài)功能如棲息地功能、景觀功能等,和環(huán)境功能之間存在著穿插和重復(fù),滿足各種功能的水量耦合是本研究的難點。研究優(yōu)先考慮河口近海魚類、河口三角洲濕地生態(tài)需水,提出了基于全河段綜合考慮、水質(zhì)保證優(yōu)先、黃河水資源的可調(diào)控性等水量耦合原那么,特別在水資源可調(diào)控性以及水生態(tài)與水環(huán)境保護目的耦合方面,既符合黃河實際,又具有水量調(diào)度的可操作性。(4)黃河生態(tài)問題突出,究其原因主要是水量貧乏、水資源的過度開發(fā)利用以及污染排放所致。要使黃河河道內(nèi)保持一定的生態(tài)環(huán)境水量,必須有一定的工程措施和非工程措施,如施行調(diào)水工程補充黃河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境水量,進步水資源的利用效率,加強區(qū)域產(chǎn)業(yè)構(gòu)造優(yōu)化調(diào)整和污染控制,注重流域生態(tài)建立等措施來支撐和保證。參考文獻:1王浩,陳敏建,秦大庸,等.西北地區(qū)水資源合理配置和承載才能研