考虑河道输水损失的北方寒区季节性河流生态流量确定方法与流程

本发明涉及生态流量目标计算与保障领域，特别是涉及一种考虑河道输水损失的北方寒区季节性河流生态流量确定方法。

背景技术：

1、目前，国内外生态流量计算方法已有200余种，整体上可分为水文学法、水力学法、栖息地法和整体分析法等几大类。其中，以tennant法、qp法、湿周法等为代表的水文学法因其资料类型简单、计算简便而被广泛应用。依据《河湖生态环境需水计算规范》和《水利水电工程生态流量计算与泄放设计规范》等现行规程规范，生态流量的确定通常采用tennant法按月分配、q90法计算极端枯水期流量等手段，对单个控制断面进行独立核算。

2、然而，现行生态流量确定方法在应用于北方寒区季节性断流河流，特别是中下游流经河流时，存在显著的技术不足。首先，现有方法普遍忽视河道输水损失的客观物理规律。当河流流经渗透性强的砂砾卵石河床时，河水与地下水之间存在密切的水力联系，地表水沿程渗漏补给地下水，河道输水损失显著。若忽略这一物理过程，直接沿用上游断面的生态流量目标值或采用相同的计算方法独立核算下游断面，将导致下游断面目标值严重偏大，在实际调度中无法实现。其次，现有方法未区分常流水河段与季节性断流河段的差异化管控需求。现行规范对断流河流的生态流量确定缺乏针对性的技术路线，未根据河流不同河段的天然断流特征设置差异化的管控目标类型，导致管控措施缺乏针对性和可操作性。再次，现有方法未充分考虑不同水平年河道输水损失的差异，河道渗漏损失受来水量、水位、地下水位埋深等因素的综合影响，不同水平年条件下输水损失系数差异显著，缺乏对水平年差异的系统性考虑使得核算结果难以适应不同来水条件下的生态调度需求。最后，现有方法缺少系统性技术框架，不同断面间目标不协调，无法形成从目标确定到校核验证再到保障方案制定的完整技术闭环，难以实现流域层面的生态流量统一调度管理。

3、因此，本领域亟需一种能够充分考虑河道输水损失物理规律、区分常流水与季节性断流河段差异化管控需求、系统建立多水平年河道输水损失系数体系的生态流量目标完整构建方法，以解决现有方法在北方寒区季节性断流河流生态流量核定中目标偏大无法实现、管控类型单一缺乏针对性、不同断面间目标不协调等技术难题，为流域水资源统一调度管理和母亲河复苏行动提供科学可靠的技术支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑河道输水损失的北方寒区季节性河流生态流量确定方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种考虑河道输水损失的北方寒区季节性河流生态流量确定方法，包括如下步骤：

4、步骤1，采集目标河流流域的基础数据，所述基础数据包括各控制断面的天然月径流还原系列与实测日均流量系列、河道水文地质参数、已建水利水电工程运行数据、区间取用水数据以及生态保护对象需水要求；

5、步骤2，根据河床岩性、渗透系数及地下水与地表水水力关系，将目标河段划分为若干渗漏特征段，以水文站为分段节点，确定各河段的地表水-地下水转化关系；

6、步骤3，基于水量平衡原理，利用相邻水文站同期实测径流数据，结合区间取用水量，计算各渗漏特征段逐月河道输水损失系数，并按冰冻期、非汛期和汛期三个水文分期分别统计，同时按不同来水频率条件分类确定各分期河道输水损失系数；

7、步骤4，获取目标河流上游已批复生态流量控制断面的分期生态流量目标值，利用步骤3确定的河道输水损失系数，自上游向下游逐断面推算各下游控制断面的分期生态流量目标，当设定来水频率条件下某分期的河道输水损失系数为1时，该分期采用q90法确定生态流量目标；

8、步骤5，利用目标断面在人类高强度开发前的天然实测日均流量资料，统计各目标断面的断流特征，若某断面在天然条件下从未出现过断流，则判定为常流水河段控制断面，管控目标采用生态流量；若某断面在天然条件下存在周期性断流，则判定为季节性断流河段控制断面，管控目标采用基本生态水量；

9、步骤6，将步骤4确定的各断面生态流量换算为基本生态水量，反算各河段实际采用的河道输水损失系数，与步骤3中相同来水频率条件下的河道输水损失系数进行一致性校核，并对1956-2000年天然径流系列进行满足程度回溯校核，以及利用近期实测数据进行验证；

10、步骤7，根据校核验证后的生态流量或基本生态水量目标，制定各控制断面的监测预警方案与生态调度保障措施。

11、优选地，步骤4中所述q90法确定生态流量目标，具体为：以河流控制断面长系列（n≥30年）天然月平均流量或径流量为基础，用每年的最枯月排频，选择90%频率下的最枯月平均流量或径流量作为河流控制断面的生态基流。

12、优选地，步骤5中所述在人类高强度开发前的天然实测日均流量资料；所述断流的判定标准为日均流量为0。

13、优选地，步骤6中所述对1956-2000年天然径流系列进行满足程度回溯校核，具体为：利用1956-2000年天然月径流还原系列，分别统计目标断面在各分期的生态流量或基本生态水量满足程度，所述满足程度为各分期中达到或超过生态流量目标值的时段数与各分期总时段数的比值，若各分期满足程度均不低于90%，则判定生态流量目标合理；若某分期满足程度低于90%，则下调该分期生态流量目标值至满足90%保证率要求的水平。

14、优选地，步骤6中所述利用近期实测数据进行验证，具体为：获取生态调度实施后的实测日均流量数据，统计目标断面各分期生态流量或基本生态水量的实际满足程度，若受连续特枯来水条件影响导致实测满足程度低于90%，则结合来水频率分析综合判定目标的合理性。

15、优选地，步骤7中所述监测预警方案具体为：对于采用生态流量管控的常流水河段控制断面，设置蓝色预警和红色预警两个预警层级，蓝色预警阈值为生态流量目标值的100%-110%，红色预警阈值为低于生态流量目标值；对于采用基本生态水量管控的季节性断流河段控制断面，汛期过后按设定频次进行预警，蓝色预警阈值为基本生态水量目标值的70%-80%，红色预警阈值为低于基本生态水量目标值的70%。

16、优选地，所述方法适用于北方季节性断流河流的生态流量确定；所述冰冻期为12月至次年3月，所述非汛期为4月至5月及10月至11月，所述汛期为6月至9月。

17、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

18、本发明提供的一种考虑河道输水损失的北方寒区季节性河流生态流量确定方法，具有科学性强、可操作性好、在该类特定河流中具有高度适配性的特点。本发明通过采集基础数据、划分渗漏特征段，基于水量平衡原理，按水文分期和来水频率分类计算并确定逐月河道输水损失系数，利用该系数自上游已批复断面向下游逐段推算生态流量目标，同时配合q90法确定特枯期目标，有效避免了由于忽略河道渗漏损失导致的下游生态流量目标严重偏大而无法实现的弊端；通过利用人类高强度开发前的天然实测资料统计各目标断面所在河段的断流特征，并根据常流水河段与季节性断流河段的不同特征分别采用生态流量和基本生态水量两种管控目标类型，克服了现有方法对所有断面统一采用流量管控而导致季节性断流河段目标不可达的技术缺陷；通过对1956-2000年天然径流系列进行满足程度回溯校核并设定不低于90%的合格标准，以及利用近期实测数据验证目标实际可达性，构建了系统性的多维度校核验证技术流程，弥补了现有方法在“确定-校核-验证”完整技术链条方面的不足，形成了较为系统的闭环流程。本发明能够显著提升生态流量目标的科学性与可达性，使管控措施与河流天然水文节律相协调，可为同类北方季节性河流的生态流量核定工作提供标准化的技术方案，具有良好的推广应用前景。