一种水利水电工程生态调度方案的优化方法

摘要

本发明公开了一种水利水电工程生态调度方案的优化方法，根据生态流量要求，制定初步生态调度方案，并提出生态调度预期效果；根据生态调度方案开展生态调度试验；开展长期生态监测；对入库流量和下泄流量的水文节律进行分析，若水文节律不一致，对生态调度方案进行优化并开展下一轮的生态调度试验直至满足水文节律分析要求，若水文节律一致，则开展下一步的生态调度效果评估；若效果达到预期，可将初步生态调度方案作为最优生态调度方案长期执行，效果未达到预期，需对生态调度方案进行优化。本发明充分考虑了目前生态流量确定和生态调度效果保障的高度复杂性与不确定性，改进水利水电工程传统的生态调度方案确定方式，实现生态调度方案的最优化。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程生态调度，尤其涉及基于适应性管理模式的水利水电工程生态调度方案的优化方法。

背景技术

生态流量作为建设绿色水利水电工程、实现水资源可持续利用的关键环保措施之一，既影响河湖生态系统的健康稳定，也影响河流上修建水利水电工程的规模和效益，是工程方案审查与核准过程中的关键因素之一。目前我国生态流量理论方法体系尚不完善，对指示物种生态习性与水文水资源及水动力变化的关系研究十分薄弱，难以支撑水利水电工程生态流量的科学确定和生态调度的效果保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种水利水电工程生态调度方案的优化方法，以维持近自然的水文节律和保障生态调度效果为目标，通过不断地开展生态调度效果评估反馈和生态调度方案优化调整，实现生态调度方案的最优化，促进水利水电工程生态流量过程管理更加科学、有效。

本发明所采用的技术方案是：一种水利水电工程生态调度方案的优化方法，包括以下步骤：

第一步，根据生态流量要求，考虑水利水电工程的发电效益和防洪、航运综合效益，制定初步生态调度方案，并提出生态调度预期效果；

第二步，根据生态调度方案开展生态调度试验；

第三步，开展长期生态监测，涵盖流量监测、水质监测和水生生态调查，流量监测包括入库流量和下泄流量的监测，水生生态调查包括水生生境、水生生物和鱼类调查；

第四步，对入库流量和下泄流量的水文节律进行分析，判断生态调度方案实施后两者的水文节律是否一致，若水文节律不一致，需对生态调度方案中水文节律不一致时段的下泄流量要求进行优化，并开展下一轮的生态调度试验直至满足水文节律分析要求；若水文节律一致，则开展下一步的生态调度效果评估；

第五步，对流量监测、水质监测和水生生态调查数据开展生态调度效果评估，与第一步中提出的生态调度预期效果相对比，若效果达到预期，将初步或优化后的生态调度方案作为最优生态调度方案长期执行；若效果未达到预期，需根据长期生态监测结果形成的生态-流量响应关系和水质-流量响应关系对生态调度方案的下泄流量要求进行优化，并开展下一轮的生态调度试验，直至同时满足水文节律分析和生态保护效果评估的要求，最后作为最优生态调度方案长期执行。

所述水文节律是否一致是通过生态调度方案实施后的入库流量和下泄流量涨跌过程的对比情况来判断，具有长系列水文资料的情况下通过IHA水文指标的水文变异指数σ来判断。

所述水文变异指数σ的计算公式为：

式中，N

以水文指标的均值加、减标准差的范围，或25百分位数和75百分位数的水文指标值范围作为流量管理目标范围。

所述第五步中，从河流物理结构、水生生态、水质和涉水保护目标四方面，以定量为主、定性为辅的方式对工程生态调度效果进行评估，分析生态调度效果是否达到预期；河流物理结构的评价指标和评价方法依据SL/T 793-2020《河湖健康评估技术导则》，水生生态方面的评价指标和评价方法依据NB/T 10079-2018《水电工程水生生态调查与评价技术规范》，水质方面的评价指标和评价方法依据HJ 2.3-2018《环境影响评价技术导则地表水环境》，涉水保护目标方面的评价根据生态调度方案对涉水保护目标的预期和实施效果进行对比分析。

本发明的有益效果是，充分考虑了目前生态流量确定和生态调度效果保障的高度复杂性与不确定性，改进了水利水电工程传统的生态调度方案确定方式，以维持近自然的水文节律和保障生态调度效果为目标，通过不断地开展生态调度效果评估反馈和生态调度方案优化调整，实现生态调度方案的最优化，促进水利水电工程生态流量过程管理更加科学、有效。

附图说明

图1是本发明水利水电工程生态调度方案的优化方法的流程示意图；

图2是某水电站初步生态调度方案实施后鱼类繁殖期坝址处的入库流量与下泄流量过程图；

图3是某水电站优化的生态调度方案实施后鱼类繁殖期坝址处的入库流量与下泄流量过程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明水利水电工程生态调度方案的优化方法，包括以下步骤：

第一步，根据生态流量要求，考虑水利水电工程的发电效益和防洪、航运综合效益，制定初步生态调度方案，并提出生态调度预期效果；

第二步，根据生态调度方案开展生态调度试验；

第三步，开展长期生态监测，涵盖流量监测、水质监测和水生生态调查，流量监测包括入库流量和下泄流量的监测，水生生态调查包括水生生境、水生生物和鱼类调查；

第四步，对入库流量和下泄流量的水文节律进行分析，判断生态调度方案实施后两者的水文节律是否一致，若水文节律不一致，需对生态调度方案中水文节律不一致时段的下泄流量要求进行优化，并开展下一轮的生态调度试验直至满足水文节律分析要求；若水文节律一致，则开展下一步的生态调度效果评估；

第五步，对流量监测、水质监测和水生生态调查数据开展生态调度效果评估，与第一步中提出的生态调度预期效果相对比，若效果达到预期，将初步或优化后的生态调度方案作为最优生态调度方案长期执行；若效果未达到预期，需根据长期生态监测结果形成的生态-流量响应关系和水质-流量响应关系对生态调度方案的下泄流量要求进行优化，并开展下一轮的生态调度试验，直至同时满足水文节律分析和生态保护效果评估的要求，最后作为最优生态调度方案长期执行。

所述水文节律是否一致是通过生态调度方案实施后的入库流量和下泄流量涨跌过程的对比情况来判断，具有长系列水文资料的情况下通过IHA水文指标的水文变异指数σ来判断。

所述水文变异指数σ的计算公式为：

式中，N

以水文指标的均值加、减标准差的范围，或25百分位数和75百分位数的水文指标值范围作为流量管理目标范围。

所述第五步中，从河流物理结构、水生生态、水质和涉水保护目标四方面，以定量为主、定性为辅的方式对工程生态调度效果进行评估，分析生态调度效果是否达到预期；河流物理结构的评价指标和评价方法依据SL/T 793-2020《河湖健康评估技术导则》，水生生态方面的评价指标和评价方法依据NB/T 10079-2018《水电工程水生生态调查与评价技术规范》，水质方面的评价指标和评价方法依据HJ 2.3-2018《环境影响评价技术导则地表水环境》，涉水保护目标方面的评价根据生态调度方案对涉水保护目标的预期和实施效果进行对比分析。

所述第一步中，初步生态调度方案的制定可参考《水电工程生态调度方案编制规程》。

本发明秉持可持续性、适应性、反馈性、科学性、可操控性原则，遵循自然环境与经济社会协调发展的规律，以维持近自然的水文节律和保障生态调度效果为目标，以持续性监测、科学评估、调整反馈机制为手段，形成一种基于适应性管理模式的水利水电工程生态调度方案优化方法。

下面举例说明本发明方法计算的实例：

若已知：某水电站为引水式开发电站，引水发电将造成坝址～发电厂房之间的减水河段，对该河段保护鱼类的产卵繁殖有较大影响。该水电站需下泄45～280立方米/秒的生态流量。

第一步，制定初步生态调度方案。为了保障坝下减水河段水生生态的用水要求，综合考虑水电站的功能、任务、调节能力和来水条件，合理运用大坝过流设施，协调好各种需求之间的关系，在不显著降低发电效益的基础上，结合水文气象预报能力得出具有可操作性的初步生态调度方案，下泄流量要求见表1。生态调度预期效果是为维持水生生物生态系统稳定和河流水环境功能的生态需水量。

表1水电站坝址断面的下泄流量要求

第二步，水电站开展生态调度试验两年。

第三步，开展长期生态监测。水电站的生态监测断面和监测内容见表2。

表2生态监测断面和监测内容

第四步，开展水文节律分析。以第一年鱼类产卵繁殖期3月～8月水电站的入库和下泄日均流量(见图2)的水文节律为例进行分析。由图2可知，第一年水电站入库日均流量和下泄日均流量的水文节律存在较大程度的不一致，需对生态调度方案中水文节律不一致时段(3月～6月)的下泄流量要求进行优化，并重复第二步的生态调度试验和第三步的长期生态监测。然后再开展水文节律分析，以优化后第一年鱼类产卵繁殖期3月～8月水电站的入库和下泄日均流量(见图3)的水文节律为例进行分析。由图3可知，优化后第一年水电站入库日均流量和下泄日均流量的水文节律基本一致，继续开展下一步的生态保护效果评估。

第五步，开展生态调度效果评估，对生态调度方案优化后的河流物理结构、水生生态、水质和涉水保护目标四方面进行评价。

河流物理结构方面，参考《河湖健康评估技术导则》(SL/T 793-2020)中的河流纵向连通指数，水电站未建设过鱼设施，河流纵向连通指数为1个/100km，该指标评价结果较差。

水生生态方面，参考《水电工程水生生态调查与评价技术规范》(NB/T 10079-2018)的Shannon-Wiener指数评价水生生物多样性，生态调度方案实施前后的Shannon-Wiener指数分别为2.28和2.04，表明水生生物多样性变化不大，达到预期效果。

水质方面，通过对生态调度方案实施后的水质进行监测，结果表明水质满足预期的Ⅲ类水质标准，达到预期效果。

涉水保护目标方面，该水电站无特殊的涉水保护目标，即认为达到预期效果。

综上所述，该水电站的生态调度效果评估表明：除了河流物理结构方面未达到预期效果，其余方面均达到预期效果。下一步建议建设过鱼设施恢复河流连通性后，再进行下一轮的生态调度试验，直至生态调度方案同时满足水文节律分析和生态保护效果评估的要求，最后作为最优生态调度方案长期执行。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。