[发明专利]一种兼顾人类和生态需求的水库兴利库容确定方法

说明书

技术领域

本发明属于水库规划设计技术领域，涉及一种兼顾人类和生态需求的水库兴利库容确定方法。

背景技术

水库兴利库容的确定是水库规划设计的一项基本工作。合理的水库兴利库容的制定有利于提高水库的兴利效益(比如供水、发电)，同时有利于维持河流生态系统的健康。现有的水库兴利库容确定方法主要有逆时推算法和连续尖峰演算法等。其中，逆时推算法在我国应用较多，在运用逆时推算法时，假定年末水库为空，逆时序向前计算，遇缺水(入流小于人类需水)相加，遇余水(入流大于人类需水)相减，减后若小于零即取为零，这样便可求得各时刻所需要的需水量，取其最大者，即为所需兴利库容；连续尖峰演算法广泛应用于美国及世界其他各地，它具有多种并列的形式，其中一种形式是首先计算入流量和需水量(人类需水量和下渗蒸发等损失)之差的累加值，并将各时刻的累加值绘制成图，找出第一尖峰(局部最大值)与其他尖峰(局部最大值且数值大于前一个尖峰)以及相邻两个尖峰间的最低凹谷值，求出相邻两个尖峰中的前一个尖峰值与这相邻两个尖峰间的凹谷值的差，这些差中的最大值即为所需兴利库容；连续尖峰演算法的另一种形式假设水库的最大库容为0、各个时刻库容非正、且起始库容为0，通过水库的入流和出流模拟确定各个时刻水库的库容，并计算初始库容和各个时刻库容的差值，最大的差值即为所需的兴利库容。以上方法都能较方便的计算出提供某一规划的供水量所需要的水库兴利库容(供水保证率100％)，但是它们都只面向了水库向人类供水的需求，但并没有同时面向水库向河流提供生态流量和向人类供水的双需求，得出的水库库容难以同时满足人类和河流生态系统的需求。

发明内容

针对现有水库兴利库容确定方法的不足：只面向了人类供水需求，而未同时面向为河流提供生态流量的需求，本发明要解决的技术问题是建立一种新的水库兴利库容确定方法，基于该技术确定的水库库容能提供人类需要的水量，并满足河流生态系统所需的生态流量，从而实现人类需水的满足和河流生态系统的保护。本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：首先，确定出河流生态流量的关键参数值，并根据水库入流量的大小将入流分为四个区间，当流量位于不同区间时采取不同的生态流量过程，以满足不同的流量时期的不同的生态流量需求；然后，通过模拟计算，确定出在满足制定的生态流量过程的情况下，所能提供给人类的最大供水量；最后在可供水范围内选定规划供水量，并与制定的生态流量过程相结合，通过人类和生态供水兼顾的连续尖峰演算法得出同时满足规划的供水量和生态流量所需的水库兴利库容。其具体的步骤如下：

(1)河流平滩流量、最小生态需水和高脉冲流量的下限阈值的确定

河流平滩流量可通过河流实地监测、水力学模拟和水文统计等方法确定，其中，可运用对数-皮尔逊III型概率分布函数得出重现期为1.5年的洪水的洪峰流量作为平滩流量的初步估算；河流最小生态流量的确定可采用水文学、水力学和生态模拟等多种方法，其中，可采用Tennant法或Q95法初步估算河流最小生态需水；通过水文统计，确定多年自然日流量的第75百分位数，将其作为河流高脉冲流量的下限阈值。

(2)河流生态流量过程确定

在河流平滩流量和历史最大日流量之间，选定一个流量，作为洪水期的河流生态流量(I₁)，该流量越大越有利于维持河流的洪泛区的生态系统健康，对于人类用水短缺的地区可将该数值(I₁)设置为平滩流量，以增加可供给人类的水量；在高脉冲流量的下限阈值(多年自然日流量的第75百分位数)和平滩流量之间，选定一个流量，作为高脉冲期生态流量过程的起点(I₂)，该流量越小越有利于河流的河道内的生态系统健康，推荐该流量等于高脉冲流量的下限阈值(多年自然日流量的第75百分位数)，以保证河道内生态系统健康。

在选定了洪水期的河流生态流量(I₁)和高脉冲期生态流量过程的起点(I₂)的基础上，确定以下的河流生态流量过程：

●当水库的入流量(IN_i)大于水库规划供水量(Q)和I₁之和时，河流的生态流量(E_i)设为I₁；

●当水库的入流量(IN_i)大于I₂并且不小于水库规划供水量(Q)和I₁之和时，河流的生态流量设为水库的入流量与规划供水量(Q)之差；