汾河中下游生态流量研究

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汾河流域是山西省严重缺水的区域,汾河中下游是汾河流域生态环境问题最为突出的河段,而水资源量不足和水质恶化是导致汾河中下游流域生态脆弱的主要原因,对汾河中下游流域的生态流量进行研究,对汾河中下游流域的生态治理工作具有现实意义。本研究以汾河中下游流域兰村~柴庄河段为研究对象,首先,采用年内展布法、基流比例法及湿周法计算各断面的生态流量过程并通过合理性分析给出汾河中下游河段各断面的生态流量推荐过程;其次,结合水质调查情况与Mike模型,建立汾河中游河段的水质水量耦合模型并预测水质达标情况下所需要引入的生态流量过程;最后,根据实测与天然流量对研究得出的各断面生态流量推荐过程进行保障性分析,并提出生态流量保障措施建议,以期为汾河中下游流域的生态治理与修复提供科学的参考。主要研究内容与成果如下:(1)年内展布法计算得到汾河中下游各断面的生态流量年内过程,可以很好地反映天然径流的年内过程;基流比例法计算得到的汾河中下游各断面的生态流量年际过程相对稳定,能够在相当长的时间内维持河流生态系统稳定不受到破坏;湿周法计算的汾河中下游生态流量基本符合天然径流规律,且取曲率最大法计算的生态流量作为汾河中下游各断面的湿周法生态流量年均值是合理的,可以为河流水生生物提供较好的生境条件;根据三种方法的计算结果,结合汾河流域的实际情况,给出汾河中下游流域的生态流量推荐过程,为汾河中下游流域生态治理工作提供一定的理论依据。(2)通过Mike11模型建立汾河中游河段水质水量耦合模型,通过率定与验证基本可以认为在误差范围内能够反映汾河中游河道的水质变化过程;假设兰村断面以上有引水工程可以为汾河中游提供一定的水量,运用该模型预测水质指标达标时兰村断面的流量过程,NH3-N浓度达到目标要求每个月都引入一定的水量,6月份需要引入的水量最多,3、4月需引入的水量最少,实测流量过程无法提供水生生物良好的栖息环境;COD浓度在现状排污条件下有5个月可以达标,不需要引水,6、7月需要引入很大水量,其他月份需引入的水量相对较少。(3)实测流量状态下,汾河中下游5个断面生态流量年际保障率趋势大体相同,80~90年代呈波动变化且降幅较小,90年代末~00年代初期保障率大幅下降,00年代中期之后呈明显的上升趋势;天然流量状态下,赵城及柴庄断面保障率维持在90%以上,兰村及汾河二坝断面除2009年外也基本高于90%,义棠断面保障率波动变化较大,但也都超过50%,说明汾河中下游流域在天然状态下生态流量的满足程度较好,天然状态下河道生态系统的健康不易遭到破坏,可以提供水生生物较好的生存环境。(4)实测流量状态下,汾河中下游各断面生态流量年内保障率波动起伏很大,兰村断面3月、6月、11月保障率明显高于其他月份,汾河二坝及义棠断面汛期保障率基本大于非汛期且冰冻期1月、2月及12月保障率较低,赵城及柴庄断面除3月外各月保障率相对稳定;兰村及汾河二坝断面3月生态流量保障率较高,义棠、赵城及柴庄断面3月生态流量保障率很低甚至为0;天然流量状态下,除义棠断面外,汾河中下游各断面的天然流量能够很好地满足各月的生态流量,起伏波动变化较小,维持在90%~100%,而义棠断面生态流量保障率波动变化,但非汛期维持在70%以上,汛期达到90%以上,说明天然情况下汾河中下游流域的河流生态健康不易遭到破坏,可以为水生生物提供较好的生存环境。
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