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用变化范围法(RVA)确定河流环境流量

2021-03-22 来源:尚车旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 广西水利水电・GX WATER RKSOURCES&HYDRO1KgWER ENGINEERING 2007(3) 水环境・ 用变化范围法(RVA)确定河流环境流量 吴玲玲,蒋亚萍,陈余道 (桂林工学院资源与环境工程系,广西桂林541004) [摘要]介绍了确定河流环境流量的一种新方法——变化范围法(RVA)的形成、研究现状及应用进展。在分析水 文变化指标(IHA)的基础上,总结未受干扰的时间序列中的流量范围作为初始的环境流量范围,并通过监测生态影 响来修正该流量范围,并论述了水文变化指标与变化范围法的关系。 [关键词]环境流量;河流生态系统;变化范围法(RVA) [中图分类号]TV213.4 [文献标识码]B [文章编号]1003—1510(2007)03—0010—03 1 引言 河流水情对河流生态系统起着决定性的作用, 以河流流量的天然变化范围来确定合适的环境流量 对于保护天然的河道生物群和河流生态的完整性十 分必要。目前对于环境流量的研究还处于初级阶 段,概念、估算方法并不统一,本文所介绍的变化范 围法(Range of Variability Approach,RVA)是1997 年由Richter等人提出-1 J,该方法以天然的与生态相 于分析水文系列(如流量和水位系列)的变化情况, 利用长系列的日水文数据,通过将其转换为一种与 生态相关、更容易管理、具有代表性的、多参数的水 文指标系列,来评价水文变化的程度及其对生态系 统的影响。IHA法尤其适用于受人类活动影响的 河流,进行影响前和影响后的对比分析。 水文变化指标法以水文情态的5种基本特征为 基础:①量:即流量,水流通过河流某个断面的量;② 时间:描述特定流量出现的时间(日期),如洪峰或极 关的流量特征的统计分析为基础,得到初始的环境 流量目标,通过一系列的管理规则来实现该目标,同 时监测河流生态系统影响,并进一步修正环境流量 目标。变化范围法(RVA),是属于综合法的一种, 该方法分析33个水文变化指标在受干扰前后的变 化程度,以未受干扰情况下的流量变化范围确定初 始的河流环境流量,并通过监测该环境流量目标实 施后的河流生态系统影响来修正原有的环境流量范 端枯水出现的时间;③频率:描述某个特殊事件如洪 水、干旱出现的机会;④历时:指某个特定流量条件 持续的时间长度,如极端枯水出现的历时;.⑤变化速 率:表示流量随天数增加而上涨或下降的速度。在 此基础上,将33个IHA指标分为5个组: (1)第1组指标。反映了年内月平均流量的 变化,主要用于评价各月的流量大小,包括1月至 12月的平均流量,即12个指标; (2)第2组指标。反映了流量的频率及历时 特征,主要用于评价极端流量的状况,包括年最大及 最小1日、3日、7日、30日及90日的流量,河流的 围。由于该方法不依赖于大量的生态信息,并能不 断修正初始的环境流量范围,可以在一定程度上弥 补以上各种方法存在的某些不足。RVA在国外有 广泛的应用,引进该方法能对环境流量的研究起到 一定的推动作用。 基流(即连续7日年最小流量与年平均流量的比值) 以及零流量的天数,共有12个指标; (3)第3组指标。反映的是流量的时间特性, 主要用于评价极端流量的出现时间,包括年最大及 2变化范围法的研究现状 2.1 IHA法的提出 Richter等1996年提出了水文变化指标(Indi— cators of Hydrologic Alteration,mA) ̄E ,该方法用 [收稿日期]2007-03—12 最小1日流量的发生儒略日(从每年的1月1日算 起的第多少天),共2个指标; [作者简介]吴玲玲(1983一),女,广西桂林人,广西桂林工学院硕士研究生,主要从事水文学及水资源专业研究。 10 维普资讯 http://www.cqvip.com 广西水利水电GX WATER ̄URCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2007(3) (4)第4组指标。反映流量的频率及历时,主 要用于评价高流量脉冲及低流量脉冲的发生频率及 历时,包括每年高流量脉冲及低流量脉冲的发生次 数及历时,共计4个指标。其中高、低流量脉冲分别 指未受干扰前频率为25%及75%的日流量; (5)第5组指标。反映流量的频率及变化率; 主要用于评价日流量间的变化率及变化次数,包括 相邻两日流量的平均增加率、减少率,以及流量过程 转换次数(日流量由增加变成减少或由减少变成增 加的次数),共有3个指标。 IHA的各组参数及其对生态系统的影响见 表1。 表1 Ilia指标总结与它们的生态系统影响[ 】 *注:l、表中的儒略日表示的是在公历的一年中的第多少天,如1月1日的儒略日为1,最大值为366;2、表中的年指的是水文年。 poff[3]认为在当分析的数据的时间序列至少为 20年时,由年际气候变化等因素对IHA计算结果 的影响,基本上会减少或消除。因此,对于IHA分 析数据的时间序列通常不应少于20年。 2.2 RVA法的形成 前、后的33个生态相关的水文参数; (2) 以第一步计算的河流未受干扰前的33个 参数为基础,确定33个流量管理目标。通常该目标 的范围为平均值±1标准差或是以频率为75%~ 25%所对应的流量为可接受的环境流量范围; Richter等在1997年提出了变化范围法,该方 法在分析IHA指标的基础上,总结未受干扰的(如 建水坝前)时间序列中的流量范围作为环境流量范 围。RVA的应用通常有以下6个步骤: (1)用水文指标法(IHA)计算河流在受影响 (3)按确定的环境流量范围计算河流在受影 响后的水文改变度,帮助河流管理者设计管理规则 或管理系统,使河流所有年份或大多数年份的流量 能达到目标流量; (4)监测及评价新的管理系统对河流生态系 11 维普资讯 http://www.cqvip.com 吴玲玲,蒋亚萍,陈余道:用变化范围法(RVA)确定河流环境流量 统的影响程度; (5)在每年的年终,用同样的33个水文参数 总结实际的流量变化,用这些参数值与RVA流量 目标进行比较,查看达标情况; (6)重复第2~5步,结合以前各年的管理成 果与新的生态研究或监测信息,及其它相关的环境 改变,不断改进RVA目标或管理系统。 2.3 RVA法的应用及进展 Do=33%+去 (JJ D ~33%) i=1 (3) 其中: 为属于中度改变的IHA个数。按此 式计算的D0的数值将会介于33%--67%之间,代 表整体改变度中等。 (3)33个IHA计算结果中至少有一个指标属 于高度改变,此时采用下列的权重平均方式来计算: 1盥 Do=67%+ 22(D 一67%) JJf=1 (4) RVA在国外有十分广泛的应用,如:Richter 等l4]采用RVA法评价了美国科罗拉多河流域的天 其中: 度高。 为属于中度改变的IHA个数。按此 然水文变化损失,并用空间图形描绘了河流的水文 变化;Schulet等用IHA法评价了由于在Delaware 式计算的D0的数值将会高于67%,代表整体改变 以权重平均的方式来评估整体的水文特性改变 情况有以下两个优点:第一,可以突出IHA中属于 中度或高度改变,不会因为取平均值而消失;第二, 该法仍然将受影响程度分为3个等级,且3个等级 的分界与Richter等所建议的分界一致。 2.3.2 RVA与其它方法相结合 河干流修建引水坝而导致的支流的水情变化,并采 用RVA法分析了从该坝下泄到各个支流的合适流 量;Armstrong,D.S.等用RVA法帮助确定水体所 需要的环境流量;Richter等[ ]采用RVA法,并结 合专家进行讨论与目标监测确定了环境流量。国内 也有一定的应用,如萧政宗等【5, ]采用RVA法进行 了集集拦河坝最佳引水与河流生态流量的研究。通 过应用,RVA法得到了更进一步的完善,这主要表 现在两个方面。 2.3.1 IHA指标量化分析方面的进展 采用RVA法结合其他方法或模型来更好地确 定环境流量,如萧政宗用RVA法与多目标优选模 型相结合来确定集集拦河坝对河流水域影响最小且 供水率保证最高的拦河坝管理方案,在降低拦水坝 供水风险的同时,尽量维持河流原有的流量变化,将 河流水生态环境因拦河坝引水的负面影响降到 最低。 为量化各个IHA指标在受干扰后的变化程度, Richter等建议采用下式进行评估: J^T ^T I D:} 』l熹 l I x 100% (1) 其中:D为各个IHA的水文改变度;N0为在受 提高RVA分析中IHA指标改变度量化的准确 度,可以更好地定义环境流量并预测其达标情况。 将RVA方法与其它方法结合则可以更好地发挥 干扰后的观测年数中的IHA指标落入RVA目标内 的年数;Ne为预期受干扰后的IHA指标落人RVA 目标内的年数,Ne=r×NT,r为未受干扰前的 IHA落人RVA目标内的比率,NT为受干扰后的流 量时间序列记录总长度。当D值介于0~33%间时 属于零改变或低度改变;33%~67%间为中度改 变;67%~100%为高度改变。 Shiau等 ]建议以权重平均的方式来评估整体 的水文特性改变情况,分为3种情况来进行考虑: RVA方法的作用,扩大它的应用范围。 3 结语 (1)RVA法通过计算天然径流的量、历时、 出现时间、频率及变化速率,并以未受干扰条件下 河流的流量变化范围为基础来确定河流环境流量 范围,并且该范围可以通过监测和生态研究结果来 不断改进。相对于固定的流量目标较具有灵活性, (1) D值均小于33%,则整体水文改变度,以 D0来表示,取33个IHA的D值平均值: 1 同时通过流量来进行管理,对于河流管理者具有易 操作性。 (2)RVA的应用以IHA分析为基础,应采用 Do=意 DiJJ  i=1 (2) 尽量长的流量序列并收集尽可能多的生态资料,以 提高IHA结论的可靠性,从而使采用RVA确定的 环境流量更贴近天然的变化范围。 (3)灵活运用RVA。根据自己研究的需要, 计算的Do值将低于33%,代表整体改变度低。 (2)33个IHA中至少有一个指标属于中度 改变,但没有任何一个指标属于高度改变,采用以下 的权重平均方式来计算: 12 将RVA与其它方法相结合。 维普资讯 http://www.cqvip.com 广西水利水电GX WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2007(3) chtrB.D.,WarneerA.T.,Meyer J.L..ACollabom— [4] Ritive and Adaptive Process For Devdoping Environmental 参考文献 [1]RichterB.D.,Baumgartner J.V.,WigingtonR..How muchwatrdoese a riverneed?[J].FreshwatrBieology, 1997,37(1):231.249. FlowRecommendations.[J]RiverResearchandAppliea— tions,2006,(22):297—318. [2]Richtr eB.D.,Bam'ngarmer J.V.,Braun D.P..spatial assessa-neaat of hydrologic alteration within a river network [5] 萧政宗,吴富春.集集拦河堰最佳引水与河川生态流 量之研究[M】.新竹:交通大学出版社,2004. au,Jenq—Tmng,Fu—ChurlWu.compromise pro- [6] Shigrammingmethodologyfordetermiinginnsteramflowun— [J].R ̄ulated iverRs,1998,(14):329—340. [3]Poff N.L..A hydrogeography of unregulated streams in the United Stats and an examienation of s( e一&pen— der multiobjective watr eallocation criteria[J].Journal of The American Watr Resourcees Association.2006.42 dencein some hydrological descriptors[J].Frshwater eBidogy,1996,(36):71—91. (5):1179—1191. (责任编辑:列征湛) Application of RVA in estimating environmental flow of river WU Ling—ling,J IANG Ya—ping,CHEN Yu—dao (Remul ̄and Environmental Enghee ̄ng DeFamnent of Guilin Technology University,Guilin 541004,China) Abstract:An introduction was made on the formation,current study and application of RVA(Range of V 一 ability Approach),a new method used for estiatming environmental lfow of ifver.Based on the analysis of IHA, the environmental flow range of pre-impact perid waos taken s tahe initil falow range.The lfow range can be re— vised based on the monitoring of ecologic influence.A discussion was ade mon the relationship between IHA and . Key words:Environmental flow;river ecosystem;RVA(Range of Variability Approach) (上接第9页) River2D modeling and its preliminary application on the Lij iang river section in Guilin’s downtown area CUI Ling,CHEN Yu—dao,J IANG Ya—ping (Resource and Environmental Engineering Del阳蜘t of Guilin Teehnolcgy University,Guilin 41004,Chi5a)n Abstract:River2D modeling is the software used for simulating the river hydrdynamiocs and fish habitat that was developed based on Instream Flow Incremental Methodology(IFIM).The quantitative relationships be— tween the dichasrge and the fish habitat availability can be simulatd eby use of it.An intrductioon was ade mon the constitution and theory basis of the River2D modelig.A nRiver2D model was built for the Lijiang river so2一 tion in Guilin’s downtown area by use of the topographialc maps and the site survey data.The preliminary re— suits demonstratd tehat the model can reveal the distribution of river dichasrge.flow velocity and water depth under certain ondiction or at any moment.It can play a role in researches such as river restoration. Key words:River2D model;Lijiang river;simulate;Guilin city 13 

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