雅砻江流域生态水文过程模拟及调水影响研究

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在水资源管理中水文模型是一种有力的工具,水文模型一直是水文水资源领域的研究热点,其先后经历了经验性、概念性、物理性模型的发展过程,现阶段以具有物理机理过程的分布式水文模型为发展方向。随着环保意识的提高和可持续发展的需要,越来越有必要考虑生态与水之间的相互作用和响应。如何把生态过程融合到水文过程中,并建立一种生态水文模型用以解决面临的与水相关的生态问题成为研究人员关注的重点。本次研究在相关研究现状基础上,试图在流域尺度上通过对流域生态水文过程内涵和驱动机制的分析,提出流域生态水文模型建立的耦合模式,并以雅砻江流域为实例,结合雅砻江调水工程,利用模型分析调水工程对调水区的影响。最后采用主因素分析方法和模糊优选方法,结合模型探讨了调水工程的方案选择。主要结果和结论如下:(1)采用统计学的方法对研究区的降雨、径流和气温特征进行了分析,并研究了调水后对相关下游河流的影响,利用空间分析技术对下游重点区域沼泽湿地受调水工程的影响进行分析。研究区的降雨年际变化较小,年降雨量范围为500-750mm,多年平均降雨量为630.8mm,没有明显周期性特征;径流年际变化不大,年内径流分布不均,道孚水文站流量有增加的趋势;区域气温有上升趋势,年均气温范围为-6.7℃-9.1℃,并且气温从北到南逐渐升高,北部气象站的变异特性较南部大;调水后坝址下游水文情势将发生变化,在不同水平年,甘孜、朱巴、道孚及雅江断面流量将会减小。若各月调水比例一致,将会导致在非汛期出现断流的情况,其中在枯水年表现严重,但在汛期调水后各断面仍保有较大的下泄流量;调水后下游沼泽湿地的影响将不大,研究区内的沼泽湿地大都远离河道,河道内的水量的减少对无水力联系的沼泽湿地影响不大。(2)通过分析流域生态水文过程的内涵和驱动机制,提出了流域生态水文模型的耦合方式,并根据相关的基础理论,构建了流域生态水文模型。以雅砻江流域为例,以已有观测系列年1976-1990年数据对模型的最大储留深、曼宁糙率、土壤饱和导水系数、含水层导水系数、土壤导水率、河床材料透水系数、相对湿度和气孔开度等8个参数进行了率定,率定后四个水文站断面流量实测和模拟结果显示相对误差为1.37%-5.79%、相关系数为0.91-0.93、纳什效率系数为0.82~0.88,满足模型下一步验证的要求。采用1991-2000年的观测数据进行了验证,结果显示四个水文站断面流量经过校验后相对误差范围2.97%-7.83%,相关系数0.91-0.94,纳什效率系数为0.89~0.93,模型经过校验后符合应用的基本要求。(3)利用流域生态水文模型分析雅砻江调水工程对调水区生态环境的影响,以及对干旱河谷、卡莎湖以及河道内典型鱼种受调水工程的影响。甘孜、朱巴、道孚三个断面的计算结果显示,水深、河宽、流量、流速会受到不同程度的影响。但在不同时期表现不一致,在汛期要比非汛期影响大,对流量、流速的影响大于对河宽和水深的影响。调水对汛期的流量、流速的影响程度范围为24.33%~55.6%,在非汛期的影响程度范围为15.12%~34.78%。对河宽和水深的影响程度范围为3.1%~28.16%。基于对干旱河谷分布的分析,干旱河谷所需的生态水量在非汛期占多年径流量的20.88%~52.19%,调水会对其产生较大的影响。调水区内的卡莎湖在枯水年,月净损失水量均为正值,其中在四月份损失最大达到19.35万m3。卡莎湖年损失量占湖泊入流量的3%,故卡莎湖受到调水工程的影响不大。典型鱼种裂鳆鱼在调水后生境面积会由于流量和流速的变化会产生较大的影响,利用PHABSIM模块计算其加权栖息地面积范围降低了58.23%~71.94%,影响程度较大,需要在调水运行过程中考虑对生物生境的补偿。(4)针对不同的调水方案利用模糊优选方法提出了不同条件下方案的选择。采用主因素方法分析了流域生态环境影响的因子,从水文、水力和生态三个方面建立了反应流域生态水文环境的指标体系,并探讨了指标的敏感性。通过改变调水量和调水过程,共设计了五个调水方案供试验研究。从调水规模和调水过程上分析,选择方案选择应以少调水为佳,目前调水规模为56.5亿m3,可以考虑调水50亿m3,调水过程中尽量选择在汛期调水,调水比例上可以考虑汛期和非汛期比例为7:3。
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