以提升下游河流水质为目标的水库生态放流量的核算方法技术

以提升下游河流水质为目标的水库生态放流量的核算方法，涉及水库生态放流量的核算方法。它是要解决现有的放流量不足、个别断面水质在个别月份不达标，造成河道流量衰减、河流污染严重及河流生态系统脆弱的技术问题。本方法：一、目标河段确定与数据搜集；二、河流水质断面时空变化分析；三、用水文学方法计算最小生态流量；四、水动力和水质模型建立与验证；五、模拟预测；六、比较和确定方案。本发明专利技术的方法易于实施，计算结果更加精确，具有操作性。可用于水资源管理技术领域。用于水资源管理技术领域。用于水资源管理技术领域。

【技术实现步骤摘要】
年内第i个月多年平均流量(m3/s)；
[0014]四、水动力和水质模型建立与验证：
[0015]选择二维水质水动力模型MIKE系列软件中的MIKE21模型对目标河段进行水质水 动力模拟，建立模型所需的地形、流速、水深、流量、水位数据，进行前处理，导入MIKE 软件，进行网格划分，地形差值，在此基础上，建立水质水动力模型，并进行模拟误差分 析，使模拟相对误差在
±
30％以内，纳什系数(NSE)>0.5，拟合优度(R2)>0.6；达到 该标准的模型的模拟结果是可靠的；
[0016]五、模拟预测：
[0017]在水质水动力模型的基础上，以步骤二的丰水期、平水期、枯水期的超标污染物组分 浓度边界输入值作为边界条件，通过WQ
‑
水质模块模拟在不同的水库放流量下，下游河 道监测断面的污染物的迁移规律，当断面污染物组分浓度满足该断面的水质目标时，将输 入模型的水库放流量作为模拟生态放流量；
[0018]六、比较及确定方案：
[0019]将模拟生态放流量与步骤三得到的最小生态流量比较，以模拟生态放流量与最小生态 流量中较大者作为水库生态放流量，完成以提升水质为目标的水库生态放流量的核算。
[0020]更进一步的，步骤二中所述的筛选河水中的超标污染物，是将河水中实测污染物浓度 与相应类别的水质标准比较，如果浓度超过相应类别的水质标准中对应的浓度值，则为超 标超标污染物。
[0021]更进一步地，所述的水质标准为《地表水环境质量标准》(GB3838<br/>‑
2002)和/或国控 断面的饮用水水源水质目标。
[0022]更进一步地，步骤三中所述的推荐流量百分比为10％。Tennant法对河流流量状况的 描述中，推荐基流占平均流量的10％时，河流流量状况为差或最差；所以，以占河流10 年以上平均径流量的10％作为最小生态流量，即N
i
为10％。
[0023]更进一步地，步骤三中所述的多年平均流量是指自有监测资料以来的3～70年的平均 流量。统计的年份越长，数据越具有代表性。
[0024]更进一步地，步骤四中所述的前处理是指将数据整理成模拟模型所需要的输入格式。
[0025]更进一步地，步骤四中所述的水质水动力模拟采用水动力模块及WQ
‑
水质模块中的 对流扩散模块，选取步骤二河流水质分析得出的主要超标污染物浓度指标进行模拟，得到 反映河流水质与放流量之间的响应关系。
[0026]更进一步的，步骤四中所述的超标污染物浓度指标为COD、NH3‑
N和/或TP三个指 标。
[0027]更进一步的，步骤四中所述的水质水动力模型的基本方程及求解方法如下：
[0028][0029]式中：H为水深，H＝h+l，其中l、h分别为水位(m)和水深(m)；
[0030]p、q分别为x、y方向上的流通通量(m3/s)；
[0031]c为谢才系数；
[0032]g为重力加速度(m/s2)；
[0033]f为科式力系数；
[0034]ρ为水的密度(kg/m3)；
[0035]W、W
x
、W
y
为风速及在x、y方向上的分量(m/s)；
[0036]f
w
为风阻力系数；
[0037]τ
xx
、τ
xy
、τ
yy
为有效剪切力分量(N)。
[0038]水质模型基本方程及求解方法如下：
[0039][0040]式中：C
i
为污染物浓度(mg/L)；
[0041]U、V为x、y方向上的流速分量(m/s)；
[0042]E
x
、E
y
为x、y方向上的扩散系数；
[0043]K
i
为污染物降解系数；
[0044]Si为污染物底泥释放项。
[0045]更进一步的，步骤五中所述的水质目标是指GB3838
‑
2002《地表水环境质量标准》和 /或国控断面的水质目标。
[0046]本专利技术的以提升下游河流水质为目标的水库生态放流量的核算方法，先搜集整理分析 和调查目标河流的水位、流量及水质等相关数据，掌握流域水资源规划相关资料，分析目 标河段的水生态环境现状特征，明确目标流域的水资源禀赋条件和河流生态过程，查明流 域河湖流量和水环境质量的现状特征，确定河流的主要生态功能并分析现存的主要问题； 再明确目标河段污染组分种类及浓度的时空变化特征。如果水库已有生态放流或补水泄放 方案，对比放流方案执行前后各监测断面水质的变化特征,评价水库原有的生态放流方案 对河流水质的改善效果。接着采用MIKE21模型对河流的水动力和水质进行拟合，对相 关参数进行率定。依据丰、平、枯水期具体的生态保护目标，筛选河水中的主要污染组分， 计算在设计工况下各国省控断面水位、流速、水质和生态等特征指标，模拟其沿程输移和 变化过程。揭示河流流量与水环境质量之间的响应关系。再确定各断面地表水的目标水质 标准，根据模型模拟结果反演水库生态放流量，科学测算水库的下泄水量和补水时段。将 模拟生态放流量与现行的最小生态流量比较，以模拟生态放流量与最小生态流量中较大者 作为水库生态放流量，完成以提升水质为目标的水库生态放流量的核算。
[0047]本专利技术的优点如下：
[0048]一、本专利技术采用一种以提升水质为目标的水库生态放流量核算方法，原理清晰、易于 实施，计算结果更加精确。
[0049]二、本专利技术比现有流域管理更加科学准确，更具有操作性。
[0050]三、本专利技术明确放流量与水环境质量的响应关系，相比于传统河流水资源规划或水量 分配带来的生态环境问题，实现了流域内水体的可持续利用与水质的提升。
[0051]本专利技术可用于水资源管理

附图说明
[0052]图1是实施例1中东辽河主要污染组分浓度时空变化；
[0053]图2是实施例1中饮马河主要污染组分浓度时空变化图；
[0054]图3是实施例1中东辽河模型计算范围及网格划分图；
[0055]图4是实施例1中饮马河模型计算范围及网格划分图。
[0056]具体实施方式
[0057]采用下面的实施例验证本专利技术有益效果：
[0058]实施例1：中国科学院东北地理与农业生态研究所在东辽河、饮马河流域承担吉林省 生态放流方案设计相关工作，在水环境保护与水资源管理的方面，对二龙山水库和石头口 门水库下游的东辽河和饮马河干流开展水库生态放流量的核算工作。本实施例的以提升水 质为目标的水库生态放流量的核算方法，按照以下步骤进行：
[0059]一、目标河段确定与数据搜集：
[0060]以东辽河及上游的二龙山水库、饮马河及上游的石头口门水库为目标河流，选定城上 子、周家河口、四双大桥、长吉高速饮马河本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.以提升水质为目标的水库生态放流量的核算方法，其特征在于该方法按照以下步骤进行：一、目标河段确定与数据搜集：确定目标河流和上游水库，搜集河流流域各目标河段监测断面的位置、地形、5
‑
10年内各时段的流速、水深、水位、流量、污染物组分和污染物浓度，以及年径流量、多年平均流量；搜集上游水库的位置、水位和流量数据；二、河流水质断面时空变化分析：根据步骤一搜集的污染物组分和污染物浓度，采用单因子评价法确定河流的超标污染物，并确定超标污染物浓度的时空分布规律，计算出丰水期、平水期、枯水期的超标污染物浓度，作为超标污染物组分浓度边界输入值；三、水文学方法计算最小生态流量：采用水文学法中的Tennant法计算目标河段各断面逐月的生态流量，河道生态流量的计算公式如下：W
B
＝M
i
N
i
式中：W
B
为河道生态流量，单位为m3/s；N
i
为对应的第i月份的推荐流量百分比；M
i
为一年内第i个月多年平均流量，单位为m3/s；四、水动力和水质模型建立与验证：选择二维水质水动力模型MIKE系列软件中的MIKE21模型对目标河段进行水质水动力模拟，建立模型所需的地形、流速、水深、流量、水位数据，进行前处理，导入MIKE软件，进行网格划分，地形差值，在此基础上，建立水质水动力模型，并进行模拟误差分析，使模拟相对误差在
±
30％以内，纳什系数NSE&gt;0.5，拟合优度R2&gt;0.6；五、模拟预测：在水质水动力模型的基础上，以步骤二的丰水期、平水期、枯水期的超标污染物组分浓度边界输入值作为边界条件，通过WQ
‑
水质模块模拟在不同的水库放流量下，下游河道监测断面的污染物的迁移规律，当断面污染物组分浓度满足该断面的水质目标时，将输入模型的水库放流量作为模拟生态放流量；六、比较及确定方案：将模拟生态放流量与步骤三得到的最小生态流量比较，以模拟生态放流量与最小生态流量中较大者作为水库生态放流量，完成以提升水质为目标的水库生态放流量的核算。2.根据权利要求1所述的以提升水质为目标的水库生态放流量的核算方法，其特征在于步骤二中所述的筛选河水中的超标污染物，是将河水中实测污染物浓度与相应类别的水质标准比较，如果浓度超过相应类别的水质标准中对应的浓度值，则为超标污染物。3.根据权利要求2所述的以提升水质为目标的水库生态放流量的核算方法，其特征在于所述的水质标准为...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔庚，王珊，佟守正，刘言，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：