南方平原河网河流生态需水研究进展

doi:10.11988/ckyyb.20240533

院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (9): 192-199.DOI: 10.11988/ckyyb.20240533

• 河流伦理建构研究专栏 • 上一篇下一篇

南方平原河网河流生态需水研究进展

姚仕明¹^,²(), 江宇琪²(), 丁兵²^,³, 范达福²

¹ ,武汉 430010
² 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室,武汉 430010
³ 河流研究所,武汉 430010

收稿日期:2024-05-16 修回日期:2024-07-02 出版日期:2024-09-01 发布日期:2024-09-20
通讯作者: 江宇琪
作者简介:
姚仕明(1974-),男,安徽合肥人,正高级工程师,博士,主要从事江湖演变与治理保护研究。E-mail:yzhshymq@163.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFC3202601); 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2022166/HL); 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2021530/HL)

Research Progress in Ecological Water Demand of Rivers in the Plain River Network of South China

YAO Shi-ming¹^,²(), JIANG Yu-qi²(), DING Bing²^,³, FAN Da-fu²

¹ Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010, China
² Key Laboratory of Ministry ofWater Resources on River and Lake Regulation and Flood Control in the Middle and Lower Reaches of theYangtze River,Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China
³ River ResearchDepartment,Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

Received:2024-05-16 Revised:2024-07-02 Published:2024-09-01 Online:2024-09-20
Contact: JIANG Yu-qi

摘要/Abstract

摘要：

生态需水是保障流域水生态环境科学调控和可持续发展的重要指标,是维系平原河网生态系统的基本要素。城市的加速发展及水利工程的兴建改变了河网河流的水文特征和河床地貌演变规律,可能导致河流生态功能减弱、生物多样性减少等问题,因此,生态需水逐渐成为研究热点。归纳总结了我国南方平原河网河流生态需水研究的最新进展,根据生态需水研究现状及重难点,系统地对水文学法、水力学法等计算方法在南方平原河网典型河流中的应用进行了分析总结,探究其优缺点及适用条件。针对南方平原河网河流条件复杂多样的情况,建议根据实际情况选择适宜的生态需水计算方法,持续完善河流生态需水分区分类研究,为促进水资源高效利用和生态环境保护提供科技支撑。

关键词: 生态需水, 南方平原河网, 计算方法, 水文学法, 水力学法

Abstract:

Ecological water demand, being essential for maintaining the health of plain river network ecosystem, serves as a crucial indicator for the scientific regulation and sustainable development of water ecological environment in river basins. However, accelerated urban development and the construction of water conservancy projects have altered the hydrological characteristics of river networks and the evolution of riverbed landforms, potentially weakening river ecological functions and reducing biodiversity. Consequently, ecological water demand has become a significant research focus. This review summarizes latest progresses in the study of ecological water demand of plain river network in south China. It examines the current status of ecological water demand research, identifies prevailing challenges, and systematically analyzes hydrological and hydraulic calculation methods applicable to typical rivers in this region. By exploring the advantages, disadvantages, and applicable conditions of these methods, the review emphasizes the need to select appropriate calculation methods based on the complex and diverse conditions, and proposes to refine the research on ecological water demand zoning. This tailored approach aims to enhance the effective utilization of water resources and provide technical support for ecological environmental protection.

Key words: ecological water demand, plain river network in south China, calculation method, hydrology method, hydraulics method

中图分类号:

TV1水利工程基础科学

姚仕明, 江宇琪, 丁兵, 范达福. 南方平原河网河流生态需水研究进展[J]. 院报, 2024, 41(9): 192-199.

YAO Shi-ming, JIANG Yu-qi, DING Bing, FAN Da-fu. Research Progress in Ecological Water Demand of Rivers in the Plain River Network of South China[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(9): 192-199.

目标需水量	描述	功能	计算方法	计算理念
环境需水量	在特定污染负荷条件下,为满足环境功能需求和相应水质标准所需的最低水流量	1.保持水体必要的稀释功能;2.保持水体必要的自然净化功能	7Q10法、水质目标法、稳态水质模型法	Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ 式中:Q₁为关联因素水量(万m³),Q₁=改善水环境质量的最小净化水量+维持河流输沙平衡最小流动水量+景观娱乐需水量;Q₂为河道渗透水量(万m³);Q₃为蒸发水量(万m³);Q₄为土壤储水量(万m³)
生态需水量	维护生态系统正常结构、功能与完整性所需要的水量	满足不同生态环境体系, 维持其正常生态体系健康的基本水量需求	湿周法、R₂-Cross法、增量法、组合法、生境模拟法	Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ 式中:Q₁为关联因素水量(万m³),Q₁=河道栖息地需水量+维持河流输沙平衡最小流动水量+景观娱乐需水量;Q₂为河道渗透水量(万m³);Q₃为蒸发水量(万m³);Q₄为土壤储水量(万m³)
资源需水量	水资源调度分配(供水、发电、航运、水产养殖、景观和休闲旅游等)	满足不同水资源分配调度要求,维持正常生存生活的基本水量需求	保证率法、年内展布法、RVA法、湿周法	—

目标需水量	描述	功能	计算方法	计算理念
环境需水量	在特定污染负荷条件下,为满足环境功能需求和相应水质标准所需的最低水流量	1.保持水体必要的稀释功能;2.保持水体必要的自然净化功能	7Q10法、水质目标法、稳态水质模型法	Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ 式中:Q₁为关联因素水量(万m³),Q₁=改善水环境质量的最小净化水量+维持河流输沙平衡最小流动水量+景观娱乐需水量;Q₂为河道渗透水量(万m³);Q₃为蒸发水量(万m³);Q₄为土壤储水量(万m³)
生态需水量	维护生态系统正常结构、功能与完整性所需要的水量	满足不同生态环境体系, 维持其正常生态体系健康的基本水量需求	湿周法、R₂-Cross法、增量法、组合法、生境模拟法	Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ 式中:Q₁为关联因素水量(万m³),Q₁=河道栖息地需水量+维持河流输沙平衡最小流动水量+景观娱乐需水量;Q₂为河道渗透水量(万m³);Q₃为蒸发水量(万m³);Q₄为土壤储水量(万m³)
资源需水量	水资源调度分配(供水、发电、航运、水产养殖、景观和休闲旅游等)	满足不同水资源分配调度要求,维持正常生存生活的基本水量需求	保证率法、年内展布法、RVA法、湿周法	—

类别	方法描述	典型方法	优点	缺点
水文学方法	基于历史流量信息, 选取简单水文指标或流量特征值	Tennant法、 7Q10法、 RVA 法	只需依据相关水文数据资料计算,原理简单, 应用方便	对于南方平原河网某些研究区域缺乏流量资料数据,适用性不强
水力学方法	采用水力学模型, 根据河道水力参数确定河流生态需水	湿周法、 R₂-Cross法	相关水力学资料数据容易获取,南方平原河网河流属于宽浅矩形河流,对该方法适用	未考虑丰平枯的年际变化和季节性因素,不具备普适性
栖息地模拟法	分析指示物种可用栖息地与水力、水文、水质等要素的关系, 确定一定数量物种栖息地对应的最优或者临界流量	IFIM 法、 Basque 法、 CASIMIR 法	对特定物种的适宜生存需水具有较强针对性,体现了特定物种与河道流量过程的生态联系	需要大量生物数据且仅针对特定物种,不能全面反映研究区域所有生物生态适应性,因南方平原河网某些区域缺少物种资料,故适用性差
整体法	采用多种方法系统分析流量与河流水文、水力、地貌、水质及生态等方面的量化关系, 综合确定生态需水	BBM法、 DRIFT法、基准法、整体评价法、 ELOHA法	考虑河流生态系统的整体需求,具有较好的科学性和可行性	因资料收集繁杂, 研究成本高, 专业性强,耗费时间长,目前在国内还未得到相关应用

类别	方法描述	典型方法	优点	缺点
水文学方法	基于历史流量信息, 选取简单水文指标或流量特征值	Tennant法、 7Q10法、 RVA 法	只需依据相关水文数据资料计算,原理简单, 应用方便	对于南方平原河网某些研究区域缺乏流量资料数据,适用性不强
水力学方法	采用水力学模型, 根据河道水力参数确定河流生态需水	湿周法、 R₂-Cross法	相关水力学资料数据容易获取,南方平原河网河流属于宽浅矩形河流,对该方法适用	未考虑丰平枯的年际变化和季节性因素,不具备普适性
栖息地模拟法	分析指示物种可用栖息地与水力、水文、水质等要素的关系, 确定一定数量物种栖息地对应的最优或者临界流量	IFIM 法、 Basque 法、 CASIMIR 法	对特定物种的适宜生存需水具有较强针对性,体现了特定物种与河道流量过程的生态联系	需要大量生物数据且仅针对特定物种,不能全面反映研究区域所有生物生态适应性,因南方平原河网某些区域缺少物种资料,故适用性差
整体法	采用多种方法系统分析流量与河流水文、水力、地貌、水质及生态等方面的量化关系, 综合确定生态需水	BBM法、 DRIFT法、基准法、整体评价法、 ELOHA法	考虑河流生态系统的整体需求,具有较好的科学性和可行性	因资料收集繁杂, 研究成本高, 专业性强,耗费时间长,目前在国内还未得到相关应用

流量叙述性描述	不同用水期推荐的基流标准(多年平均流量百分数)/%
流量叙述性描述	10月份—次年3月份	4—9月份
极限或最大	200	200
最佳范围	60~100	60~100
极好	40	60
很好	30	50
良好	20	40
一般或较差	10	30
差或最小	10	10
极差	0~10	0~10

南方平原河网河流生态需水研究进展

Research Progress in Ecological Water Demand of Rivers in the Plain River Network of South China

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河涌	不同频率Tennant法			R₂- Cross法	近10 a最枯月平均流量法
河涌	60%	30%	10%	R₂- Cross法	近10 a最枯月平均流量法
义沙涌	0.020	0.010	0.003	0.259	0.001
前进涌	0.042	0.021	0.007	0.362	0.003

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