本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)，具體涉及一種河流生態(tài)需水量的計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、全國5萬多條河流大部分為中小河流，其中平原地區(qū)河流約占1/4，山區(qū)河流約占3/4。山區(qū)河流河槽比降大、水位落差大，匯流速度快且歷時(shí)較短，流域?qū)涤甑恼{(diào)蓄功能弱，流量過程線陡漲陡落。季風(fēng)氣候區(qū)的山區(qū)河流大部分有明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，汛期流量大，水流湍急，易形成洪水；非汛期時(shí)，水流細(xì)小。山區(qū)河流沿岸的用水主要為耕作用水和植被用水，耗水主要為植被蒸騰和水面蒸發(fā)。因此山區(qū)中小河流沿程需水具有明顯的時(shí)間特點(diǎn)(春夏植被生長期和主要耕作需水期需水量遠(yuǎn)大于植被枯萎期和休耕期)。由于山區(qū)中小河流河槽比降大，河流難留住水，為了耕作用水，多在耕作區(qū)上游修建高度1-3m不等的小微型堰壩對河流水量進(jìn)行攔蓄，然后再將攔蓄水量引致耕作用水區(qū)。這類小微型堰壩特點(diǎn)是高水位為過水堰，低水位為擋水壩，堰壩大多不具備調(diào)節(jié)功能，其分布改變了多堰壩山區(qū)中小河流水文情勢，如枯水期延緩了山區(qū)河流水量的出流過程。

2、目前國內(nèi)外河流生態(tài)需水量的計(jì)算方法從類型上看主要有四種：水文學(xué)法，水力學(xué)法，棲息地法，整體分析法。

3、水文學(xué)法是利用水文指標(biāo)設(shè)定流量，建立河流流量與水生生物生存、河流內(nèi)基本功能等因素的關(guān)系，一般需要長序列的水文資料。代表方法有：tennant法、90％保證率法、7q10法、基本流量法等。有研究發(fā)現(xiàn)水文學(xué)幾種方法計(jì)算結(jié)果基本相同，而tennant法易于將計(jì)算結(jié)果與流域規(guī)劃相結(jié)合，對河流生態(tài)的管理具有宏觀指導(dǎo)意義，常用作檢驗(yàn)其他計(jì)算方法的一種粗略方法或評價(jià)方法。但tennant法作為一種經(jīng)驗(yàn)方法，在實(shí)際的應(yīng)用中存在局限性，沒有從流域特點(diǎn)和成因規(guī)律分析河流流量的特點(diǎn)，忽略河流流量的季節(jié)變化，不適用流量季節(jié)性變化大的河流。

4、水力學(xué)法是建立河流流量與河流水力學(xué)參數(shù)的關(guān)系，得到某一流量下總能滿足河流生態(tài)功能的流量要求，需要河流物理形態(tài)基本不變以及河流橫斷面的水力學(xué)資料。代表方法有：濕周法、r2-cross法。濕周法不需要太多的數(shù)據(jù)，并容易獲得數(shù)據(jù)，不受人類活動對河流徑流影響的限制，能對被人類活動嚴(yán)重干擾的河流進(jìn)行生態(tài)需水量估算。其缺陷是未考慮水流流速的變化因素和河流中具體物種不同生命階段的需求，體現(xiàn)不出季節(jié)變化因素，不適合用于確定季節(jié)性河流流量。r2-cross法包含了更具體詳細(xì)的河流信息，它綜合考慮了水力學(xué)、水文學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等，在沒有水文資料的情況下，在研究河流湖泊生態(tài)需水量領(lǐng)域被世界各國常用。但這種方法忽略了水流速度的變化，未能考慮河流中特定物種或生命階段的需要。同時(shí)，該方法假設(shè)河流在時(shí)間尺度上是穩(wěn)定的，選取的斷面能夠準(zhǔn)確表征整個(gè)河流的特征，與現(xiàn)實(shí)的情況存在差距。

5、綜上所述，由于現(xiàn)有的計(jì)算河流生態(tài)需水量的方法沒有從流域特點(diǎn)和成因規(guī)律分析河流流量的特點(diǎn)，體現(xiàn)不出季節(jié)變化因素和空間變化因素對河流生態(tài)需水量的影響，因此，不適用于多堰壩山區(qū)河流流量，從而不能準(zhǔn)確計(jì)算出多堰壩山區(qū)河流流量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服不能準(zhǔn)確計(jì)算多堰壩山區(qū)河流流量的不足，本發(fā)明提供了一種河流生態(tài)需水量的計(jì)算方法，包括如下步驟：

2、確定河流中無調(diào)蓄功能的堰壩上游控制斷面、堰壩下游控制斷面及河流其它控制斷面，所述堰壩上游控制斷面位于在庫水平面與河流水面交界處或淤積沙堆最上游；所述堰壩下游控制斷面位于沖刷坑尾或沖積江心洲尾；

3、通過河流其它控制斷面、堰壩上游控制斷面及堰壩下游控制斷面確定河流的多個(gè)特征斷面；

4、獲取影響河流需水量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用tennant法計(jì)算河流隨時(shí)間變化的逐月第一生態(tài)需水量；基于逐月第一生態(tài)需水量，采用濕周法計(jì)算多個(gè)特征斷面隨時(shí)間變化的逐月第二生態(tài)需水量；

5、根據(jù)所述逐月第一生態(tài)需水量及逐月第二生態(tài)需水量確定多個(gè)特征斷面逐月基本生態(tài)需水量；

6、根據(jù)多個(gè)特征斷面逐月基本生態(tài)需水量確定逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量；

7、結(jié)合多個(gè)所述特征斷面逐月基本生態(tài)需水量、逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量確定多個(gè)特征斷面逐月生態(tài)總需水量；

8、結(jié)合多個(gè)所述特征斷面逐月生態(tài)總需水量確定多個(gè)特征斷面之間各個(gè)河段逐月生態(tài)總需水量。

9、優(yōu)選的，所述其它控制斷面包括彎道控制斷面、河寬變化控制斷面、階梯-深潭控制斷面；所述彎道控制斷面及河寬變化控制斷面依據(jù)相鄰兩個(gè)特征斷面之間河段斷面變化不大的原則確定；所述階梯-深潭控制斷面取階梯開始前和深潭結(jié)束后的斷面作為特征斷面。

10、優(yōu)選的，所述影響河流需水量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：多年平均流量、逐月多年平均流量、堰壩分布及特征、特征斷面地形、耕作需水期、主要植被生長需水期及植被覆蓋率。

11、優(yōu)選的，所述逐月基本生態(tài)需水量q1的計(jì)算方法為：

12、q1＝qa1×50％+qb1×50％

13、式中，qa1為逐月第一生態(tài)需水量；qb1為逐月第二生態(tài)需水量。

14、優(yōu)選的，所述確定逐月植被生態(tài)需水量q2，包括如下步驟：

15、通過多個(gè)特征斷面的逐月基本生態(tài)需水量確定初始植被生態(tài)需水量q’2；

16、根據(jù)基礎(chǔ)生理需水量、光合作用需水量及蒸騰作用需水量與初始植被生態(tài)需水量的占比及基礎(chǔ)生理需水量、光合作用需水量及蒸騰作用需水量在不同月份的占比獲取逐月基礎(chǔ)生理需水量q21、逐月光合作用需水量q22及逐月蒸騰作用需水量q23；

17、通過所述逐月基礎(chǔ)生理需水量q21、逐月光合作用需水量q22及逐月蒸騰作用需水量q23獲取逐月植被生態(tài)需水量。

18、優(yōu)選的，所述初始植被生態(tài)需水量q’2的計(jì)算公式為：

19、q’2＝α2q1

20、式中，q1為逐月河流基本生態(tài)需水量；α2為植被生態(tài)需水量比例系數(shù)；

21、所述逐月植被生態(tài)需水量的計(jì)算公式為：

22、q2＝q21+q22+q23。

23、優(yōu)選的，所述確定逐月水面蒸發(fā)需水量q3，包括如下步驟：

24、通過逐月基本生態(tài)需水量確定初始水面蒸發(fā)需水量q’3，所述初始水面蒸發(fā)需水量q’3為逐月基本生態(tài)需水量的1％～10％；

25、根據(jù)初始水面蒸發(fā)需水量在不同月份的占比獲取逐月水面蒸發(fā)需水量。

26、優(yōu)選的，多個(gè)特征斷面的逐月生態(tài)總需水量q的計(jì)算公式為：

27、q＝q1+q2+q3。

28、優(yōu)選的，各個(gè)河段的生態(tài)需水量確定方法為：依次計(jì)算出每個(gè)特征斷面的生態(tài)總需水量，再將兩個(gè)相鄰特征斷面的生態(tài)總需水量的平均值作為對應(yīng)月份對應(yīng)河段的生態(tài)總需水量；其中，堰壩上游控制斷面和下游控制斷面不作為相鄰特征斷面，取堰壩上游控制斷面和下游控制斷面分別至堰壩位置為兩個(gè)不同河段，分別將堰壩上游控制斷面和下游控制斷面的生態(tài)總需水量作為對應(yīng)河段的生態(tài)總需水量。

29、本發(fā)明還提供有一種河流生態(tài)需水量的計(jì)算系統(tǒng)，包括：

30、控制斷面獲取模塊，用于確定河流中無調(diào)蓄功能的堰壩上游控制斷面、堰壩下游控制斷面及河流其它控制斷面，所述堰壩上游控制斷面位于在庫水平面與河流水面交界處或淤積沙堆最上游；所述堰壩下游控制斷面位于沖刷坑尾或沖積江心洲尾；

31、特征斷面獲取模塊，用于通過河流其它控制斷面、堰壩上游控制斷面及堰壩下游控制斷面確定河流的多個(gè)特征斷面；

32、基本生態(tài)需水量獲取模塊，用于獲取影響河流需水量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用tennant法計(jì)算河流隨時(shí)間變化的逐月第一生態(tài)需水量；基于逐月第一生態(tài)需水量，采用濕周法計(jì)算多個(gè)特征斷面隨時(shí)間變化的逐月第二生態(tài)需水量；根據(jù)所述逐月第一生態(tài)需水量及逐月第二生態(tài)需水量確定多個(gè)特征斷面逐月基本生態(tài)需水量；

33、植被及蒸發(fā)需水量獲取模塊，用于根據(jù)多個(gè)特征斷面逐月基本生態(tài)需水量確定逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量；

34、特征斷面需水量獲取模塊，用于結(jié)合多個(gè)所述特征斷面逐月基本生態(tài)需水量、逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量確定多個(gè)特征斷面逐月生態(tài)總需水量；

35、河流總需水量獲取模塊，用于結(jié)合多個(gè)所述特征斷面的逐月生態(tài)總需水量確定多個(gè)特征斷面之間各個(gè)河段逐月生態(tài)總需水量。

36、本發(fā)明提供的河流生態(tài)需水量的計(jì)算方法及系統(tǒng)具有以下有益效果：

37、本發(fā)明通過河流中堰壩上下游的在庫水平面與河流水面交界線、淤積沙堆、沖刷坑或沖積江心洲確定河流中無調(diào)蓄功能的堰壩上游控制斷面和下游控制斷面，能夠準(zhǔn)確表征出多堰壩山區(qū)的河流特征及流域特點(diǎn)；通過采用tennant法能夠粗略計(jì)算出河流隨季節(jié)變化的逐月第一生態(tài)需水量，在獲得的逐月第一生態(tài)需水量的基礎(chǔ)上，通過采用濕周法能夠精確計(jì)算出多個(gè)特征斷面隨季節(jié)變化的逐月第二生態(tài)需水量，即逐月第一生態(tài)需水量體現(xiàn)了河流需水量隨時(shí)間的變化，逐月第二生態(tài)需水量體現(xiàn)了需水量隨時(shí)間和空間的變化，從而與多堰壩山區(qū)的河流特征結(jié)合在一起，在此基礎(chǔ)上，通過逐月第一生態(tài)需水量和逐月第二生態(tài)需水量計(jì)算出的逐月基本生態(tài)需水量結(jié)果更準(zhǔn)確；

38、通過逐月基本生態(tài)需水量依次計(jì)算出逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量；通過結(jié)合基本生態(tài)需水量、逐月植被生態(tài)需水量及逐月水面蒸發(fā)需水量能夠計(jì)算出多個(gè)特征斷面的逐月生態(tài)總需水量；最后，通過多個(gè)特征斷面的逐月生態(tài)總需水量能夠確定出多個(gè)特征斷面之間各個(gè)河段逐月生態(tài)總需水量，從而得到整個(gè)河流的生態(tài)需水量。本發(fā)明適用于多堰壩山區(qū)河流，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出多堰壩山區(qū)河流需水量。