计算城市河湖内生态需水量的方法技术

本发明专利技术涉及一种计算城市河湖内生态需水量的方法，属于河道生态治理技术领域，可以在水环境治理、生态环保领域应用。本发明专利技术依托城市水系打造过程中建设堰坝工程的需求，通过雍水之后形成一定稳定河道宽度和库容，河道特点主要体现在河道汇流面积小、河道来水不足、水资源时空分布不均、水污染承载能力低、生态环境脆弱等问题。从生态环境的角度出发，河道生态环境需水量是指为改善河道生态环境质量或维护生态环境质量不至于进一步降低时河道生态系统所需要的最少水量和在这一水量下生态系统能够容纳的最小基流。总体而言，本发明专利技术在确保河道蒸发渗漏保障基础上，结合当今水环境河道建设模，进一步确保河道有一定微小流量。

Method of calculating ecological water demand in urban rivers and lakes

The invention relates to a method for calculating the ecological water demand of urban rivers and lakes, belonging to the technical field of river ecological control, and can be applied in the fields of water environmental control and ecological environmental protection. The invention relies on the requirement of dam construction in the process of urban water system construction, and forms a certain stable channel width and reservoir capacity after Yongshui. The characteristics of the river are mainly embodied in the problems of small confluence area, insufficient water supply, uneven spatial and temporal distribution of water resources, low water pollution carrying capacity, and fragile ecological environment. From the point of view of ecological environment, river ecological environment water demand refers to the minimum amount of water needed by river ecosystem and the minimum basic flow that the ecosystem can accommodate in order to improve the quality of river ecological environment or maintain the quality of ecological environment without further reducing. In general, on the basis of guaranteeing evaporation and seepage of river course, the invention further guarantees a certain small flow rate of river course by combining with the current water environment river course construction model.

【技术实现步骤摘要】
计算城市河湖内生态需水量的方法
本专利技术涉及一种计算城市河湖内生态需水量的方法，属于河道生态治理
，可以在水环境治理、生态环保领域应用。
技术介绍
水是地球生物赖以生存的源泉，是生命系统的基础。1988年联合国教科文组织(UNESO)和世界气象组织(WMO)定义水资源是“作为资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可靠质量，并可为满足某地的水资源需求而能长期供应的水源。”〔1〕过去人们只注重生活用水，生产用水的开发与研究，而今随着可持续发展观念的深入和生态环境建设的需要，生态需水研究在世界许多国家受到广泛关注，已经成为目前生态学、水文学和水资源学研究的前沿问题。因此，做好现状和规划状态下的生态需水估算，有利于水利规划，有利于生态环境调控与管理，更有利于水资源的优化配置。生态环境需水量的研究工作最早是在国外开展的，美国早在1908年便对生态需水量进行了研究，提出了流域管理的概念，认为流域水环境是一个整体，并且先后提出了关于河道最小生态流量核算的多种方法，如7Q10法，Tennant法，湿周法，R2CROSS法等。20世纪中叶的美国，随着大量水库的修建和水资源开发利用程度的不断提高，资源管理部门开始关注渔场的减少，并逐步开展了一些关于鱼类生长、繁殖及其产量与河流流量之间的关系研究，从而提出了河流最小环境(或生物)流量的概念。英国从20世纪60年代设立水资源局，70年代进一步实行集中管理，设立国家水理事会，在各流域水务局管辖范围内实行对地表水和地下水、供水和排水、水质和水量的统一管理，协调水资源在各部门之间的分配。法国也在20世纪后期也进行了相关的研究，1992年颁布水法：要保证河流的最低生物流量。在渔业法和乡村法中规定了水利工程施工建设和运用管理应当保证的河道内最小环境流量的底限，最小环境流量或最低生物流量即相当于目前通常认为的生态用水量。1940年，美国渔业与野生动物保护组织规定了维护河流的最小生态流量，后来随着河流污染问题的出现，河流生态恢复保护和水资源管理的需求，J.Sheail和P.H.Gleick等人对生态需水的概念、类别、生态需水范围等进行了探讨。1996年，Gleick明确给出基本生态需水(Basicecologicalwaterrequirement)的概念框架，即提供一定质量和一定数量的水给天然生境，以求最小化地改变天然生态系统的过程，并保护物种多样性和生态整合性。澳大利亚把“低地河流系统环境需水量”作为1996—1997年研究与发展计划项目；英国环境部2001年《面向未来的水资源》报告中，对未来25年英国的环境用水和社会用水需要进行了分析，提出了30个行动方案措施。预计在未来的几十年中，全世界范围内的生态环境用水量将明显增加。现在国内外对生态环境需水量的研究已经达到了比较先进的水平，计算方法多样且较为成熟，可是目前生态环境需水量的种类很多，包括城市生态环境需水量，湿地环境需水量，流域生态环境需水量等等，不同的类型应对应有不同的研究方法，只有区别的加以对待才能有的放矢，准确地指导实践。河道内生态需水量是生态环境需水的组成部分，是指维系河道生态系统健康所必须的水量,其对河流生态系统的结构、功能、形态的维护具有重要的意义。从结构功能上看,河道生态需水是由多元变量组成的一个有机整体,包含河道基流量、河道输沙需水、下渗与蒸发需水、净化需水、河滨带湿地需水、生态景观需水等各个结构功能需水量。其需水量的估算方法很多，有侧重水文学方面的，也有侧重水力学方面或生态学方面的方法。主要方法包括最常用的有Tennant法、水生物基流法、可变范围法、7Q10法、年最小流量法、流量持续时间曲线分析法、湿周法等。随着城市水系连通的兴起，在城市形成景观河道的趋势逐渐扩大，在进行城市河道生态景观的建设过程中，一方面会考虑设置跌水堰坝、水闸、丁坝等设施来形成雍水格局，形成良好的生态景观效果，另一方面，由于水系连通往往打破原有的汇水格局，使得河道无法按照天然河道来分析计算。特别是当城市河道规模小，汇流面积小的时候，按照水文学计算方法，按照径流量分析得出的结果很小，起不到生态景观所期望的效果；同时按照水力学计算方法，河道的生态水量往往计算出来较大，在当今水资源紧缺的情况下，无法真正得到水量补给和满足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：结合当今水环境河道建设模式，提供一种满足城市发展，同时对水资源利用适度的计算城市河湖内生态需水量的方法。为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是：计算城市河湖内生态需水量的方法，包括如下步骤：一、蒸发量计算：通过收集区域内典型的蒸发降雨过程，计算河道雍水之后形成的水面面积，以日、月为单位，计算每日或者每月的蒸发量和降雨量，最后按公式W蒸发＝F*Σ(Ej-Pj)计算蒸发量；其中，W蒸发为河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；E为河道逐月蒸发量，计量单位为mm；P为河道逐月降雨量，计量单位为mm；二、渗漏量计算：渗漏量采用库损法或者逐月渗漏量计算法进行计算；其中库损法为：按公式W渗漏＝V×α计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；V为河湖库容，计量单位为万m3；α为河道逐月库损系数；结合水库设计要求，α的值取为1％～5％；逐月渗漏量计算法为：取每日渗透系数作为设计参数值，结合水面面积，按公式W渗漏＝I×F×365计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；I为每日平均渗漏量，计量单位为mm/d；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；三、基流量计算：基流量采用瀑布水力计算法或者跌水堰水力计算法进行计算；四、生态需水量计算：按公式W需水＝W基流+W蒸发+W渗漏计算河湖内生态需水量；其中W需水为河湖内生态需水量；计量单位为万m3；W蒸发为步骤一计算得到的河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；W渗漏为步骤二计算得到的河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；W基流为步骤三计算得到的河湖水面基流量，计量单位为万m3。进一步的是：瀑布水力计算法以悬挂式瀑布进行计算，包括如下步骤：跌落时间的计算，瀑布的跌落时间为式中，t为瀑布的跌落时间，计量单位为s；h为瀑布的跌落高度，计量单位为m；g为重力加速度，取值为9.8m/S2；瀑布体积的计算，每米宽度的瀑布所需水体积为V＝αbh；式中，V为悬挂式瀑布每米宽度的水体体积，计量单位为m3/m；b为瀑身的厚度，计量单位为m；根据瀑布规模，选取不同的瀑身厚度，b的取值为0.01m～0.2m之间；h为瀑布的跌落高度，计量单位为m；α为安全系数，根据跌落过程的水量损失，α的取值为1.05～1.1；安全系数α的取值根据瀑布规模确定，大瀑布取上限，小瀑布取下限；瀑布流量的计算，每米宽度的瀑布设计流量为Q＝VB/t；式中，Q为每米宽度的瀑布设计流量，计量单位为m3/s；V为悬挂式瀑布每米宽度的水体体积，计量单位为m3/m；B为瀑布宽度，计量单位为m；t为瀑布的跌落时间，计量单位为s；瀑布年流量计算，计算得到河湖水面基流量；W基流＝Q×365×24×3600；式中，W基流为河湖水面基流量，计量单位为万m3；Q为每米宽度的瀑布设计流量，计量单位为m3/s。进一步的是：跌水堰水力计算法按照宽顶堰进行计算；堰上水头取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计算城市河湖内生态需水量的方法，其特征在于，包括如下步骤：一、蒸发量计算：通过收集区域内典型的蒸发降雨过程，计算河道雍水之后形成的水面面积，以日、月为单位，计算每日或者每月的蒸发量和降雨量，最后按公式W蒸发＝F*Σ(Ej‑Pj)计算蒸发量；其中，W蒸发为河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；E为河道逐月蒸发量，计量单位为mm；P为河道逐月降雨量，计量单位为mm；二、渗漏量计算：渗漏量采用库损法或者逐月渗漏量计算法进行计算；其中库损法为：按公式W渗漏＝V×α计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；V为河湖库容，计量单位为万m3；α为河道逐月库损系数；结合水库设计要求，α的值取为1％～5％；逐月渗漏量计算法为：取每日渗透系数作为设计参数值，结合水面面积，按公式W渗漏＝I×F×365计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；I为每日平均渗漏量，计量单位为mm/d；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；三、基流量计算：基流量采用瀑布水力计算法或者跌水堰水力计算法进行计算；四、生态需水量计算：按公式W需水＝W基流+W蒸发+W渗漏计算河湖内生态需水量；其中W需水为河湖内生态需水量；计量单位为万m3；W蒸发为步骤一计算得到的河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；W渗漏为步骤二计算得到的河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；W基流为步骤三计算得到的河湖水面基流量，计量单位为万m3。...

【技术特征摘要】
1.计算城市河湖内生态需水量的方法，其特征在于，包括如下步骤：一、蒸发量计算：通过收集区域内典型的蒸发降雨过程，计算河道雍水之后形成的水面面积，以日、月为单位，计算每日或者每月的蒸发量和降雨量，最后按公式W蒸发＝F*Σ(Ej-Pj)计算蒸发量；其中，W蒸发为河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；E为河道逐月蒸发量，计量单位为mm；P为河道逐月降雨量，计量单位为mm；二、渗漏量计算：渗漏量采用库损法或者逐月渗漏量计算法进行计算；其中库损法为：按公式W渗漏＝V×α计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；V为河湖库容，计量单位为万m3；α为河道逐月库损系数；结合水库设计要求，α的值取为1％～5％；逐月渗漏量计算法为：取每日渗透系数作为设计参数值，结合水面面积，按公式W渗漏＝I×F×365计算渗漏量；W渗漏为河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；I为每日平均渗漏量，计量单位为mm/d；F为河湖水面面积，计量单位为万m2；三、基流量计算：基流量采用瀑布水力计算法或者跌水堰水力计算法进行计算；四、生态需水量计算：按公式W需水＝W基流+W蒸发+W渗漏计算河湖内生态需水量；其中W需水为河湖内生态需水量；计量单位为万m3；W蒸发为步骤一计算得到的河湖水面蒸发量，计量单位为万m3；W渗漏为步骤二计算得到的河湖水面渗漏量，计量单位为万m3；W基流为步骤三计算得到的河湖水面基流量，计量单位为万m3。2.如权利要求1所述的计算城市河湖内生态需水量的方法，其特征在于，瀑布水力计算法以悬挂式瀑布进行计算，包括如下步骤：跌落时间的计算，瀑布的跌落时间为式中，t为瀑布的跌落时间，计量单位为s；h为瀑布的跌落高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃春乔，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51