基于复杂水资源系统的水利工程生态调度研究

发布时间：2017-02-20 12:17

  本文关键词：大型水利工程的生态调度，由笔耕文化传播整理发布。

《中国水利水电科学研究院》 2015年

基于复杂水资源系统的水利工程生态调度研究

魏娜  

【摘要】：水利工程是实现水资源持续利用的重要手段,而现行水利工程调度对于河流生态环境流量的需求考虑较少,对河流生态系统造成一定威胁。为实现人水和谐健康发展,落实十八大提出的生态文明建设的具体要求,现有生态调度的研究和实践中尚存在“生态效应根源不明、生态环境需水底线不清、生态调度方法不灵”等问题,亟需开展研究。针对“生态效应根源不明”的问题,通过生态效应理论的分析,提出了水利工程三级生态效应,构建了可量化的水利工程三级生态效应评价指标体系；针对“生态环境需水底线不清”的问题,提出了利益相关者参与法确定河道内生态环境需水的计算方法,并提出了层次化用水分析方法；针对“生态调度方法不灵”的问题,提出了水利工程生态调度二层结构方法,构建了相应的模型,并对典型水利工程优化调度方案进行研究。论文的主要研究内容和结论如下：(1)水利工程生态效应评价指标体系研究从是否受到人类干预的角度将生态效应划分为自然生态效应和社会生态效应,构建了生态效应综合评价指标体系；分析了水利工程生态效应的概念和内涵,提出了水利工程三级生态效应及其作用关系,构建了可量化的水利工程三级生态效应评价指标体系。对陕西省渭河流域大型水利工程生态效应进行评价,结果表明：降雨量的减少以及温室效应导致的气温升高对流域的水文情势和水资源本底值有一定影响。水利工程上游支流站点受人类活动干扰较小,各项指标基本与自然状态接近,干流站点由于受上游工程调蓄作用,导致河流自然节律发生变化,各项指标均有显著改变,水利工程一级生态效应是所有生态效应的驱动力。(2)利益相关者参与法确定河道内生态环境需水基于利益相关者理论,提出了利益相关者参与法确定河道内生态环境需水的内涵,基于已有生态环境功能分区的研究成果,选取生态环境功能断面,在分析河流生态系统常规分项生态环境流量的基础上,考虑了支流汇入、干流重点断面取水以及水量平衡原理,并让政府部门作为生态系统公共效益的代表,参与利益相关者的讨论,最终确定断面生态环境需水的三级管理目标,为生态调度的实施提供边界条件和调度目标。以陕西省渭河干流为例,采用利益相关者参与法确定林家村、魏家堡、咸阳、临潼、华县5个重点断面的生态环境流量三级管理目标：一级管理目标分别为5.4m3/s、8.4m3/s、10.0m3/s、 12.0m3/s和12.0m3/s,二级管理目标分别为8.6m3/s、11.6m3/s、15.1m3/s、20.1m3/s和12.0mVs,三级管理目标分别为12.8m3/s、23.5m3/s、31.7m3/s、34.3m3/s和34.1m3/s。(3)竞争条件下的层次化用水分析基于成本效益理论,考虑用水过程不同阶段成本效益间的敏感性程度不同,提出了层次化用水的内涵,将用户的水量需求划分为三个层级,即最低需水量、适宜需水量和最大需水量,确定了不同层级用户用水的优先级别,为实现水资源的合理配置、保障河道内生态环境流量的实施提供科学的计算方法。以陕西省渭河流域九大灌区为例,分析了2020年九大灌区50%、75%、90%频率年最低灌溉需水量分别为11.17亿m3、13.34亿m3、15.78亿m3,适宜灌溉需水量分别为21.13亿m3、29.02亿m3、32.60亿m3,不同频率年最低灌溉需水量为适宜灌溉需水量的45%-60%左右。以宝鸡峡灌区为例,分析了不同层级灌溉需水、河道内生态环境需水、发电引水之间的优先级关系,第一级：极低限生态环境需水量最低灌溉需水量；第二级：适宜灌溉需水量低限生态环境需水量；第三级：适宜生态环境需水量,发电引水与灌溉用水相结合,不单独考虑其优先顺序。(4)水利工程生态调度二层结构方法与模型从复杂水资源系统水量影响关系入手,针对水利工程实际入流受全流域尺度多因素综合效应的影响,提出了水利工程生态调度二层结构方法。第一层结构为基于“二元水循环”理论的复杂水资源系统模拟,采用ROWAS模型分析了各类影响因素对于整个水循环系统的扰动,为水利工程生态调度的研究提供实际入流和供水范围；第二层结构是在上层边界控制条件下,以FORTRAN为开发工具编制的水利工程生态调度优化模型,该模型引入调度线对多目标进行供水约束,采用粒子群算法对调度线进行优化,直至得到符合各目标保证率要求下的最大供水量,拓展了河流生态调度的研究途径。(5)水利工程优化调度方案研究以陕西省渭河流域为例,构建了渭河流域水量模拟调控模型,根据全流域水循环影响因素设置水量模拟边界控制情景,为流域内宝鸡峡水库和魏家堡水利枢纽的优化调度研究提供实际入流和供水范围。根据供水目标优先级和河道内生态环境需水设置了工程调度策略,采用优化调度模型得到不同边界控制情景下宝鸡峡水库和魏家堡水利枢纽的推荐调度策略。分析发现考虑河道内生态环境需水后的优化调度其灌溉供水量与常规调度下的灌溉供水量基本相当,并且优化调度后的生态环境需水保证率较常规调度有所提高,验证了模型的可行性。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.4
【目录】：

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