專利名稱：一種兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法。
背景技術(shù)：
水庫(kù)興利庫(kù)容的確定是水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本工作。合理的水庫(kù)興利庫(kù)容的制 定有利于提高水庫(kù)的興利效益(比如供水、發(fā)電)，同時(shí)有利于維持河流生態(tài)系統(tǒng)的健康。 現(xiàn)有的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法主要有逆時(shí)推算法和連續(xù)尖峰演算法等。其中，逆時(shí)推算法 在我國(guó)應(yīng)用較多，在運(yùn)用逆時(shí)推算法時(shí)，假定年末水庫(kù)為空，逆時(shí)序向前計(jì)算，遇缺水(入 流小于人類需水)相加，遇余水(入流大于人類需水)相減，減后若小于零即取為零，這樣 便可求得各時(shí)刻所需要的需水量，取其最大者，即為所需興利庫(kù)容；連續(xù)尖峰演算法廣泛應(yīng) 用于美國(guó)及世界其他各地，它具有多種并列的形式，其中一種形式是首先計(jì)算入流量和需 水量(人類需水量和下滲蒸發(fā)等損失)之差的累加值，并將各時(shí)刻的累加值繪制成圖，找出 第一尖峰(局部最大值)與其他尖峰(局部最大值且數(shù)值大于前一個(gè)尖峰)以及相鄰兩個(gè) 尖峰間的最低凹谷值，求出相鄰兩個(gè)尖峰中的前一個(gè)尖峰值與這相鄰兩個(gè)尖峰間的凹谷值 的差，這些差中的最大值即為所需興利庫(kù)容；連續(xù)尖峰演算法的另一種形式假設(shè)水庫(kù)的最 大庫(kù)容為0、各個(gè)時(shí)刻庫(kù)容非正、且起始庫(kù)容為0，通過(guò)水庫(kù)的入流和出流模擬確定各個(gè)時(shí) 刻水庫(kù)的庫(kù)容，并計(jì)算初始庫(kù)容和各個(gè)時(shí)刻庫(kù)容的差值，最大的差值即為所需的興利庫(kù)容。 以上方法都能較方便的計(jì)算出提供某一規(guī)劃的供水量所需要的水庫(kù)興利庫(kù)容(供水保證 率100% )，但是它們都只面向了水庫(kù)向人類供水的需求，但并沒(méi)有同時(shí)面向水庫(kù)向河流提 供生態(tài)流量和向人類供水的雙需求，得出的水庫(kù)庫(kù)容難以同時(shí)滿足人類和河流生態(tài)系統(tǒng)的 需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法的不足只面向了人類供水需求，而未同時(shí)面向 為河流提供生態(tài)流量的需求，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是建立一種新的水庫(kù)興利庫(kù)容確定 方法，基于該技術(shù)確定的水庫(kù)庫(kù)容能提供人類需要的水量，并滿足河流生態(tài)系統(tǒng)所需的生 態(tài)流量，從而實(shí)現(xiàn)人類需水的滿足和河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用 的技術(shù)方案如下首先，確定出河流生態(tài)流量的關(guān)鍵參數(shù)值，并根據(jù)水庫(kù)入流量的大小將入 流分為四個(gè)區(qū)間，當(dāng)流量位于不同區(qū)間時(shí)采取不同的生態(tài)流量過(guò)程，以滿足不同的流量時(shí) 期的不同的生態(tài)流量需求；然后，通過(guò)模擬計(jì)算，確定出在滿足制定的生態(tài)流量過(guò)程的情況 下，所能提供給人類的最大供水量；最后在可供水范圍內(nèi)選定規(guī)劃供水量，并與制定的生態(tài) 流量過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)人類和生態(tài)供水兼顧的連續(xù)尖峰演算法得出同時(shí)滿足規(guī)劃的供水量 和生態(tài)流量所需的水庫(kù)興利庫(kù)容。其具體的步驟如下(1)河流平灘流量、最小生態(tài)需水和高脈沖流量的下限閾值的確定河流平灘流量可通過(guò)河流實(shí)地監(jiān)測(cè)、水力學(xué)模擬和水文統(tǒng)計(jì)等方法確定，其中，可運(yùn)用對(duì)數(shù)-皮爾遜III型概率分布函數(shù)得出重現(xiàn)期為1. 5年的洪水的洪峰流量作為平灘流 量的初步估算；河流最小生態(tài)流量的確定可采用水文學(xué)、水力學(xué)和生態(tài)模擬等多種方法，其 中，可采用Termant法或Q95法初步估算河流最小生態(tài)需水；通過(guò)水文統(tǒng)計(jì)，確定多年自然 日流量的第75百分位數(shù)，將其作為河流高脈沖流量的下限閾值。(2)河流生態(tài)流量過(guò)程確定在河流平灘流量和歷史最大日流量之間，選定一個(gè)流量，作為洪水期的河流生態(tài) 流量(I1),該流量越大越有利于維持河流的洪泛區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康，對(duì)于人類用水短缺的 地區(qū)可將該數(shù)值(I1)設(shè)置為平灘流量，以增加可供給人類的水量；在高脈沖流量的下限閾 值(多年自然日流量的第75百分位數(shù))和平灘流量之間，選定一個(gè)流量，作為高脈沖期生 態(tài)流量過(guò)程的起點(diǎn)(I2)，該流量越小越有利于河流的河道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)健康，推薦該流量 等于高脈沖流量的下限閾值(多年自然日流量的第75百分位數(shù))，以保證河道內(nèi)生態(tài)系統(tǒng) 健康。
在選定了洪水期的河流生態(tài)流量(I1)和高脈沖期生態(tài)流量過(guò)程的起點(diǎn)(I2)的基 礎(chǔ)上，確定以下的河流生態(tài)流量過(guò)程 當(dāng)水庫(kù)的入流量(INi)大于水庫(kù)規(guī)劃供水量(Q)和I1之和時(shí)，河流的生態(tài)流量 (Ei)設(shè)為 I1 ； 當(dāng)水庫(kù)的入流量(INi)大于I2并且不小于水庫(kù)規(guī)劃供水量(Q)和I1之和時(shí)，河 流的生態(tài)流量設(shè)為水庫(kù)的入流量與規(guī)劃供水量(Q)之差； 當(dāng)水庫(kù)的入流量位于河流最小生態(tài)需水(MEi)和I2之間時(shí)，河流的生態(tài)流量設(shè) 為河流最小生態(tài)需水(MEi)； 當(dāng)水庫(kù)的入流量小于河流最小生態(tài)需水(MEi)時(shí)，河流的生態(tài)流量等于水庫(kù)的 入流量；以上的生態(tài)流量過(guò)程可用下式表示當(dāng)INi > Q+Ui = I1(1)當(dāng)Q+I!彡 INi > I2, Ei = INi-Q(2)當(dāng) I2 彡 INi 彡 MEi, Ei = MEi(3)當(dāng) INi < MEi, Ei = INi(4)其中=INi為水庫(kù)的第i日的入流量(m3/s) ；Q為水庫(kù)的規(guī)劃供水量(m3/s) 為 第i日河流的生態(tài)流量(m3/s) ；I1為洪水期規(guī)劃的生態(tài)流量(m3/s) ；I2為高脈沖期生態(tài)流 量過(guò)程的起點(diǎn)(m3/s) ；MEi為第i日河流的最小生態(tài)需水量(m3/s)。(3)河流可供水量閾值確定河流的水量不能全部供用于人類，即水庫(kù)規(guī)劃的供水量(Q)應(yīng)小于河流年平均徑 流量(AIN)。在0和河流年平均徑流量(AIN)之間，以某一較小數(shù)值(比如0. OOlmVs)為 步長(zhǎng)，逐漸增加規(guī)劃供水量(Q)，采用多年(N年)徑流歷史數(shù)據(jù)，按照上一步確定的生態(tài)流 量過(guò)程，對(duì)各個(gè)規(guī)劃供水量下的實(shí)際供水量和生態(tài)流量進(jìn)行模擬計(jì)算。能使這N年的實(shí)際 供水量和生態(tài)流量之和不大于這N年的總徑流量之和的最大的規(guī)劃供水量(Q)，即為河流 可供水量的上限值(MQ)。其可用下式表示MQ = max (Q)(5)<formula>formula see original document page 5</formula>其中T為所用的多年流量數(shù)據(jù)的總天數(shù)。(4)水庫(kù)興利庫(kù)容的確定根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的需水狀況，在0和河流可供水量的上限值(MQ)之間，選定出規(guī)劃 的供水量(Q)。建立人類和生態(tài)供水兼顧的連續(xù)尖峰演算法，求出保證規(guī)劃的供水量和生態(tài) 流量所需的水庫(kù)興利庫(kù)容。人類和生態(tài)供水兼顧的連續(xù)尖峰演算法的計(jì)算公式如下
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中=Si為第i日的水庫(kù)庫(kù)容量(m3)，其中S。= 0 ;SC為保證規(guī)劃的供水量和生態(tài) 流量所需的水庫(kù)興利庫(kù)容(m3)。公式(7)和(8)是傳統(tǒng)的人類供水導(dǎo)向的連續(xù)尖峰演算法 的一種升級(jí)，區(qū)別在于人類供水導(dǎo)向的連續(xù)尖峰演算法未考慮河流的生態(tài)需水，即未包括 河流的生態(tài)流量Ei。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)河流流量所屬的時(shí)期的不同，分別確定出不同的生態(tài)流 量，以維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康，并將生態(tài)流量與水庫(kù)的供水相結(jié)合，確定出可以同時(shí)保證規(guī) 劃的供水量和生態(tài)流量的水庫(kù)興利庫(kù)容，從而實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)興利庫(kù)容設(shè)計(jì)的人類和生態(tài)需求 的兼顧。


圖1為兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法流程圖；
具體實(shí)施例方式下面以某流域的一個(gè)水庫(kù)為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。(1)河流平灘流量、最小生態(tài)需水和高脈沖流量的下限閾值的確定運(yùn)用多年日徑流數(shù)據(jù)，采用對(duì)數(shù)-皮爾遜III型概率分布函數(shù)得出重現(xiàn)期為1.5 年的洪水的洪峰流量為42. 38m7s，將其作為平灘流量；采用Q95法確定河流最小生態(tài)需水 (MEi)為0. 57m3/s ；并統(tǒng)計(jì)出多年自然日流量的第75百分位數(shù)對(duì)應(yīng)的流量為6. 43m3/S，其為 高脈沖流量的下限閾值。(2)河流生態(tài)流量過(guò)程確定該水庫(kù)所在區(qū)域用水緊張，將平灘流量42. 38m7s，作為洪水期的河流生態(tài)流量 (I1)；將第75百分位數(shù)對(duì)應(yīng)的流量6. 43m7s作為高脈沖期生態(tài)流量過(guò)程的起點(diǎn)(I2)，以保 證河道內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)健康。河流的生態(tài)流量過(guò)程為·當(dāng)水庫(kù)的入流量大于水庫(kù)規(guī)劃供水量(Q)和42. 38m3/s之和時(shí)，河流的生態(tài)流 量(Ei)為 42. 38m3/s ；·當(dāng)水庫(kù)的入流量(INi)大于6. 43m3/s并不小于水庫(kù)規(guī)劃供水量(Q)和42. 38m3/ s之和時(shí)，河流的生態(tài)流量為水庫(kù)的入流量與規(guī)劃供水量(Q)之差；·當(dāng)水庫(kù)的入流量位于河流最小生態(tài)需水0. 57m3/s和6. 43m3/S之間時(shí)，河流的生 態(tài)流量設(shè)為河流最小生態(tài)需水0. 57m3/s ；·當(dāng)水庫(kù)的入流量小于河流最小生態(tài)需水0. 57m3/s時(shí)，河流的生態(tài)流量等于水庫(kù)的入流量；(3)河流可供水量閾值確定河流年平均徑流量(AIN)為6. 85m7s。在0和6. 85m3/s之間，以0. 00 Im3/s為步 長(zhǎng)，逐漸增加規(guī)劃供水量(Q)，按照上一步中制定的生態(tài)流量過(guò)程，對(duì)各個(gè)規(guī)劃供水量下的 實(shí)際供水量和生態(tài)流量進(jìn)行模擬計(jì)算。得出能使實(shí)際供水量和生態(tài)流量之和不大于總徑流 量的最大的可供水量為2. 06m3/S。(4)水庫(kù)興利庫(kù)容的確定為提供最多的水給人類，這里選用2. 06m3/s作為規(guī)劃供水量(Q)。將確定的Q值 2. (^!^八，“值斗〗.281113/8，12值6. 43m3/s ；1^值0. 57m3/s 帶入式(1)-⑷、式(7)和式(8)， 即可得出所需的水庫(kù)興利庫(kù)容為2. 16X108m3。
權(quán)利要求
一種兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法，其確定步驟如下(1)河流平灘流量、最小生態(tài)需水和高脈沖流量的下限閾值的確定河流平灘流量可通過(guò)河流實(shí)地監(jiān)測(cè)、水力學(xué)模擬和水文統(tǒng)計(jì)等方法確定，其中，可運(yùn)用對(duì)數(shù)-皮爾遜III型概率分布函數(shù)得出重現(xiàn)期為1.5年的洪水的洪峰流量，作為平灘流量的初步估算；河流最小生態(tài)流量的確定可采用水文學(xué)、水力學(xué)和生態(tài)模擬等多種方法，其中，可采用Tennant法或Q95法初步估算河流最小生態(tài)需水；通過(guò)水文統(tǒng)計(jì)，確定多年自然日流量的第75百分位數(shù)，將其作為河流高脈沖流量的下限閾值；(2)河流生態(tài)流量過(guò)程確定在河流平灘流量和歷史最大日流量之間，選定一個(gè)流量，作為洪水期的河流生態(tài)流量(I1)；在高脈沖流量的下限閾值(多年自然日流量的第75百分位數(shù))和平灘流量之間，選定一個(gè)流量，作為高脈沖期生態(tài)流量過(guò)程的起點(diǎn)(I2)；在選定了洪水期的河流生態(tài)流量(I1)和高脈沖期生態(tài)流量過(guò)程的起點(diǎn)(I2)的基礎(chǔ)上，確定以下的河流生態(tài)流量過(guò)程●當(dāng)水庫(kù)的入流量大于水庫(kù)規(guī)劃供水量和I1之和時(shí)，河流的生態(tài)流量設(shè)為I1；●當(dāng)水庫(kù)的入流量大于I2并且不小于水庫(kù)規(guī)劃供水量和I1之和時(shí)，河流的生態(tài)流量設(shè)為水庫(kù)的入流量與規(guī)劃供水量之差；●當(dāng)水庫(kù)的入流量位于河流最小生態(tài)需水和I2之間時(shí)，河流的生態(tài)流量設(shè)為河流最小生態(tài)需水；●當(dāng)水庫(kù)的入流量小于河流最小生態(tài)需水時(shí)，河流的生態(tài)流量等于水庫(kù)的入流量；(3)河流可供水量閾值確定在0和河流年平均徑流量之間，以某一較小數(shù)值為步長(zhǎng)，逐漸增加規(guī)劃供水量，采用多年(N年)徑流歷史數(shù)據(jù)，按照上一步確定的生態(tài)流量過(guò)程，對(duì)各個(gè)規(guī)劃供水量下的實(shí)際供水量和生態(tài)流量進(jìn)行模擬計(jì)算；能使這N年的實(shí)際供水量和生態(tài)流量之和不大于這N年的總徑流量之和的最大的規(guī)劃供水量，即為河流可供水量的上限值；(4)水庫(kù)興利庫(kù)容的確定根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的需水狀況，在0和河流可供水量的上限值之間，選定出規(guī)劃的供水量；同時(shí)保證規(guī)劃的供水量和生態(tài)流量所需的水庫(kù)興利庫(kù)容可用下式確定Si＝min(0，Si-1+INi-Ei-Q)(1)SC＝-min(Si) i＝1，2，...，2T (2)其中Si為第i日的水庫(kù)庫(kù)容量(m3)，其中S0＝0；INi為水庫(kù)的第i日的入流量(m3/s)；Ei為第i日河流的生態(tài)流量(m3/s)；Q為水庫(kù)的規(guī)劃供水量(m3/s)；SC為保證規(guī)劃的供水量和生態(tài)流量所需的水庫(kù)興利庫(kù)容；T為所用的多年流量數(shù)據(jù)的總天數(shù)。
全文摘要
一種兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法，首先，確定出河流所需的生態(tài)流量的關(guān)鍵參數(shù)值(洪水期規(guī)劃生態(tài)流量，高脈沖流量起點(diǎn)，最小生態(tài)需水量)，并根據(jù)水庫(kù)入流量的大小將入流分為四個(gè)區(qū)間，當(dāng)流量位于不同區(qū)間時(shí)采取不同的生態(tài)流量過(guò)程，以滿足不同的流量時(shí)期的不同的生態(tài)流量需求；然后，通過(guò)模擬計(jì)算，確定出在滿足制定的生態(tài)流量過(guò)程的情況下，所能提供給人類的最大可供水量；最后在可供水范圍內(nèi)選定規(guī)劃供水量，并與制定的生態(tài)流量過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)采用人類和生態(tài)供水兼顧的連續(xù)尖峰演算法，得出同時(shí)滿足規(guī)劃的供水量和生態(tài)流量的所需的水庫(kù)興利庫(kù)容。該水庫(kù)興利庫(kù)容確定方法同時(shí)考慮人類需水和生態(tài)需水，能向人類提供規(guī)劃的供水量，并能提供河流生態(tài)系統(tǒng)所需的生態(tài)流量，有效的保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)健康。
文檔編號(hào)E02B1/00GK101831887SQ201010127110
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者尹心安, 楊志峰, 楊薇, 陳賀 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)