红水河来宾段家鱼产卵期流量需求与生态调度研究.pdf
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1、分类号 TV697.il 密级UDC _专业学位硕士学位论文红水河来宾段家鱼产卵期流量 需求与生态调度研究专业学位名称工程硕士(水利工程领域)红水河来宾段家鱼产卵期流量需求与生态调度研究摘要河流自然水文情势下的生态流量过程对维持河道内外生物的生长和繁 殖至关重要。目前,大多数水库调度未考虑生物所需的生态流量过程,导 致河道内土著生物遭受生存威胁。因此,研究红水河下游来宾段河流自然 水文情势下的家鱼产卵繁殖所需的水文指标阈值,据此制定适宜家鱼产卵 期的生态调度方案,为缓解家鱼自然渔业资源下降问题有重要的现实意义。采用线性倾向估计和M-K趋势检验法分析迁江水文站的年月径流趋势 变化并结合已有的流域
2、内年月降雨趋势变化结果分析,表明水电站建设运 行对月径流变化影响显著,而年径流变化主要受降雨影响。采用变动范围 法分析龙滩水库建设前后迁江水文站径流的32个水文指标,结果表明迁江 站水文情势改变度为86.25%,属于高度改变;其中,13月和78月的月 平均流量、不同历时的最小流量、不同历时的最大流量、基流指数、高低 流量发生次数和其平均延时、流量平均减少率以及年流量逆转次数等22个 水文指标发生高度改变。为了进一步研究水电站运行对水生生物的影响,分析具有生态学意义 的环境流量组分,对比其建库前后的变化情况,尤其是在四大家鱼产卵期,结果表明四大家鱼产卵期的主要流量组分为高流量脉冲,与建库前相比,
3、建库后高流量脉冲的最大值、持续时间、发生频率和涨落水率均发生显著 性差异,且大小洪水消失。以高流量脉冲为基础,界定适宜家鱼产卵的有 效涨水过程,并提取有效涨水过程中的出现时间、起涨流量、起涨涨幅、日均涨幅、峰值流量、涨水历时、波动次数、年发生次数和峰值间隔时间9 个水文指标,采用t检验分析建库前后家鱼产卵期的各水文指标的差异显著 性,结果表明起涨涨幅、日均涨幅、峰值流量、波动次数呈现显著差异。将建库前家鱼产卵期的有效涨水过程视为适宜鱼类产卵的条件,采用统计 I学原理统计建库前鱼类产卵期第一次有效涨水过程、有效涨水过程的不同 旬以及不同来水年的水文指标特征,总结制定适宜家鱼产卵的水文指标阈 值,
4、并将其作为鱼类产卵期的调度约束适应范围。通过构建生态调度模型,制定丰、平、枯3个典型年的生态调度方案,采用DP算法进行求解,调度 结果表明该生态调度方案可以更好的兼顾发电和生态需水的需求,并且可 以改善自然径流的涨水过程的不足。关键词:红水河水文情势家鱼产卵期有效涨水过程生态调度IISTUDY ON THE F LOW PROCESS AND ECOLOGI CALOPERATI ON F OR THE SPAWI NG PERI OD OF F OUR MAJ ORCHI NESE CARP SPECI ES I N THE LAI BI N SECTI ON OFHONGSHUI RI V
5、ERABSTRACTThe ecological flow process under natural hydrological conditions in rivers is essential for maintaining the growth and reproduction of organisms inside and outside the river.At present,most reservoirs do not take into account the ecological flow processes required by organisms,resulting i
6、n threats to the survival of indigenous organisms in the river.Therefore,I t has important practical significance to the sudy based on the threshold of hydrological indicators required for spawning and breeding of domestic fish in the natural hydrological situation of the river in the lower reaches
7、of the Hongshui river to formulate an ecological scheduling scheme in the spawning period of four major Chinese carp species(F MCCS)for relieve the downward trend of natural fishery resources of domestic fish.The result of the annual and monthly runoff trend of the Qianjiang hydrological station ana
8、lyzed by using the linear tendency estimation and M-K trend test combines with the studied result of the annual and monthly rainfall trend in the same watershed,which is found that the hydropower station construction has a significant impact on the change of monthly runoff trend,and the change of an
9、nual runoff trend is affected by rainfall.The variation range method was used to analyze the 32 parameters of the runoff of the Qianjiang hydrological station before and after the construction of Longtan reservoir.The results show that the hydrological situation change degree of Qianjiang station is
10、 86.25%,in which the monthly average flow from J anuary to March and frominJ uly to August,the minimum flow of different durations,the maximum flow of different durations,the base flow index,the number of occuiyences of high and low flow and its average delay,the average flow reduction rate and the
11、number of annual flow reversals has changed hightly.There is the ecological flow components of ecological significance analyzed and compared the changes before and after the construction of reservoir,especially in the spawning period of the F MCCS,in order to further study the impact on aquatic orga
12、nisms after the construction of reservoir.The results show that high flow pulses is the main ecological flow components in the spawning period of the F MCCS.Compared with before the construction of reservoir,the peak flow,duration,frequency,rise and fall rates of high flow pulses after the construct
13、ion of reservoir are significantly different.Meanwhile,the small flood and the large flood have disappeared.The effective flow increase process in the spawning of the F MCCS is defined based on the high flow pulses,from which the eight hydrological indicators that timing,the first rising flow,the fi
14、rst rate of the rising flow,the average daily rate of the rising flow,peak flow,duration,frequency during each water year,the time interal between the peak flow and the next peak flow and number of fluctuations are extracted.The t-test was used to analyze the significant differences in the hydrologi
15、cal indicators during the spawning period before and after the construction of reservoir.The results show that the first rate of the rising flow,the average daily rate of the rising flow,peak flow and number of fluctuations are significantly different.The effective flow increase process in the spawn
16、ing of the F MCCS the construction of reservoir is regarded as the suitable condition for the F MCCS to lay eggs.The statistical principle is used to calculate the characteristics and the thresholds of the first effective flow increase process and the effective flow increase process of the fish in d
17、ifferent ten-day and different precipitation patterns before the construction of reservoir.The thresholds are used as the scheduling restrictions of the spawning period.An ecological scheduling model constructed is used toivformulate the ecological scheduling schemes of three typical years of the we
18、t,the normal and the dry,which is solved by the DP algorithm.The scheduling results show that the ecological scheduling scheme can better balance power generation and ecological demand and improve the shortage of natural runofEKEY WORDS:Hongshui river;Hydrological conditions;The spawning period of f
19、our major Chinese carp species;The effective flow increase process;The ecological schedulingv目录摘要.IABSTRACT.I ll第一章绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 国内外研究现状.21.2.1 河流生态需水研究.21.2.2 洪水脉冲理论研究.31.2.3 水库生态调度研究.41.2.4 家鱼产卵相关的水文指标研究.61.3 研究内容与技术路线.71.3.1 研究内容.71.3.2 技术路线.7第二章研究区域概况及渔业资源.92.1 红水河流域概况.92.1.1 工程概况.92.1.2
20、水文气象.102.2 红水河渔业概况及问题.122.2.1 渔业概况.122.2.2 渔业现存问题.122.3 红水河家鱼生活习性.132.4 本章小结.14第三章 水电站运行影响下红水河下游水文情势分析.153.1 研究方法.153.1.1 Mann-Kendall 统计检验方法.153.1.2 变动范围法.163.2 红水河下游年径流变化特征.173.2.1 年径流的趋势变化特征.173.2.2 年径流的突变特征.18VI3.3 红水河月径流趋势变化特征.203.4 龙滩水库运行前后红水河下游水文情势影响程度分析.233.4.1 I HA指标计算.233.4.2 水文情势分析.233.5
21、本章小结.29第四章 建库前后红水河下游环境流量组分变化.304.1 EF Cs及其生态学意义.304.2 电站运行对红水河下游河流环境流量组分变化影响.324.2.1 EF Cs水文参数特征计算.324.2.2 EF Cs水文参数特征变化分析.324.3 建库前后家鱼产卵期EF Cs对比.374.4 本章小结.39第五章 红水河来宾段适宜家鱼产卵的有效涨水过程.415.1 家鱼产卵期的有效涨水过程界定.415.2 建库前后水文指标变化分析.425.2.1 水文指标均值差异显著性分析.425.2.2 建库前后水文指标变化分析.435.3 建库前有效涨水过程特征分析.475.3.1 第一次有效涨
22、水水文指标特征分析.475.3.2 有效涨水水文指标特征分析.515.3.3 不同来水条件水文指标特征分析.565.4 家鱼产卵期有效涨水过程特征总结.665.4.1 第一次有效涨水水文指标特征.665.3.2有效涨水水文指标特征.675.5本章小结.67第六章生态调度方案与评价.696.1 生态调度模型构建.696.1.1 目标函数.696.1.2 约束条件.696.2 DP算法模型求解.71II6.3 不同来水年生态调度方案.716.3.1 丰水年生态调度方案.726.3.2 平水年生态调度方案.73633枯水年生态调度方案.746.4 结果与分析.756.5 本章小结.;.78第七章结论
23、和展望.797.1 结论.797.2 展望.80参考文献.82致谢.87攻读学位期间发表论文情况.89III广西大学工程硕士学位论文红水河来宾段家鱼产卵期流量需求与生态调度研究第一章绪论1研究背景及意义河流自然水文情势在维护生物多样性,为水生动物提供栖息地中发挥着重要作用比叫 水 电工程促进了当地社会经济的发展,同时也在城市防洪、城乡供水等方面作用显著。但人类 只考虑自我受益却忽视了水生生物生存所必需的自然水文情势,水电站运行造成水生生物繁 殖期的所需的环境流量不足等问题已成为领域内的热点问题。目前,在气候变化和人类活动(例如:水利工程建设,水土保持,农业实践等)的影响下河流生态系统发生恶化,
24、最后将 导致生态链被严重摧毁、大规模物种减少甚至消亡。这是人类发展和生态需求的矛盾问题,如何在满足生态需求的基础上进行人类事业的发展是我们当代人应该思考和解决的关键问 题。生态调度是水库调度的延伸和发展,不仅充分考虑经济效益以达到水库运行目标最优化,还考虑了河流生态系统的完整性,保证河内外生物的基本生存条件,最终实现“人水和谐”的健康发展局面。红水河是中国13个主要的水电开发基地之一,已建成的9座梯级电站总装机容量12 139 MW,控制流域面积128 500 kn?,占红水河流域面积的93.6%;同时,红水河也是多种鱼类 赖以生存的栖息之地,流域内分布有多个大型的鱼类产卵场。例如,红水河下游
25、来宾段分布 有珍稀鱼类自然保护区和老城厢等重要的大型鱼类产卵场,为主要经济鱼类的繁殖提供合适 的产卵环境。目前,红水河水电梯级开发阻碍了鱼类上下游涧游迁徙路线,并淹没了大部分 鱼类主要的栖息地和产卵场(西江干流产卵场已从历史调查的26个减少至14个),改变了河 流的水文情势和河床地貌演变规律,引发干流的鱼类群落结构发生显著的变化。2005-2008 年,李捷Hl等人通过采样分析和历史数据对比发现,西江鱼类资源的种类和种群数量发生显 著变化,例如:物种减少、捕捞物中重要经济鱼类减少、泡游性和半涧游性鱼类物种减少、定居性鱼类比例增加、外来物种增加等;2009年6月和11月,王崇等人通过对红水河梯级
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