基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法与流程

本发明涉及属于水利计算技术领域，尤其涉及基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法。

背景技术：

水位衔接是梯级开发布置的重要问题，关系到河流生态环境安全、水能资源的利用及河流航运等方方面面。目前，河流梯级开发的上下游水位衔接主要有上游梯级尾水位与下游梯级正常高水位的齐平衔接、下游梯级正常高水位高于上游梯级尾水位的重叠衔接和下游梯级正常高水位低于上游梯级尾水位的不衔接等三种方式。

随着社会进步和人民生活水平的提高，对生态环境的保护意识进一步加强，为保证绿水青山，要求河流保证足够的生态流量成为梯级开发最基本的要求。三种梯级水位衔接方式中的齐平水位、重叠水位是否满足生态要求，缺乏相应的准确定量方法；不衔接的梯级如何通过运行调度满足生态要求是梯级开发中不可回避的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法，满足梯级开发设计和调度运用中的生态需求。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法，包括生态控制断面选择方法、生态衔接水位计算方法、梯级水位衔接设计方法和梯级水位衔接调度运用方法；

所述生态控制断面选择方法：在梯级开发设计阶段，选择坝轴线或枢纽退水口水文监测断面作为生态控制断面；

在梯级运行阶段，选择枢纽退水口水位监测断面或坝下游水文站作为生态控制断面；

所述生态衔接水位计算方法：利用河流生态流量的计算成果，通过所述生态控制断面的水位流量关系转换，从而计算得出生态衔接水位；

所述梯级水位衔接设计方法：设计下游梯级的上游特征水位在所述生态控制断面处的水位应不低于所述生态衔接水位；若不满足所述生态衔接水位要求，应研究所述梯级水位衔接调度运用方法；

即，设计下游梯级b的上游特征水位zb在生态控制断面c处的水位z应不低于生态衔接水位zc；若不满足生态衔接水位要求，应研究梯级水位衔接调度运用方法。

所述梯级水位衔接调度运用方法：在满足梯级自有调度运行规则的前提下，若下游梯级的上游运行水位在生态控制断面处的水位低于生态衔接水位时，通过加大上游梯级的下泄流量，以满足生态控制断面处水位高于生态衔接水位的要求。

即，在满足梯级自有调度运行规则的前提下，若下游梯级b的上游运行水位在生态控制断面c处的水位低于生态衔接水位zc时，则通过加大上游梯级a的下泄流量，以满足生态控制断面c处水位高于生态衔接水位zc的要求。

其中，a、b分别为上游和下游梯级，za、zb分别上游梯级和下游梯级的特征水位，c为生态控制断面，zc为生态控制断面处的生态衔接水位。

进一步，所述梯级开发设计阶段或所述梯级运行阶段，所述生态控制断面选择有水文或水位资料的断面时，且与坝轴线或枢杻退水口相邻；即，距离坝轴线或枢杻退水口不能太远。

当所述生态控制断面选择无水文或水位监测资料时，利用附近水文河道信息准确推算生态控制断面的水位。

进一步，所述枢纽退水口包括电站、枢纽泄流孔洞和船闸等尾水口；所述生态控制断面的位置选择依梯级开发的主要任务而定。

进一步，所述河流生态流量可采用水文学方法、水力学方法、水文-生物分析法、生境模拟法或综合评价法。但最终应获得审批部门的批复。

进一步，所述生态控制断面的水位流量关系采用《水文资料整编规范》和《水利水电工程水文计算规范》规定的各类方法拟订。

所述《水文资料整编规范》和《水利水电工程水文计算规范》规定的各类方法包括但不限于单一曲线法、改正水位法、改正系数法、切割水位法、等落差法、落差指数法、校正因子法、抵偿河长法等。

所述河流梯级开发生态水位衔接，应采用生态控制断面衔接，其下游梯级b的上游特征水位zb应推算至生态控制断面c。

进一步，所述下游梯级的上游特征水位包括下游梯级的正常高水位、死水位和通航水位等各种水库特征水位。

进一步，所述下游梯级的上游运行水位指下游梯级调度运行中的实际水位；所述生态控制断面处的水位指生态控制断面的实测或准确推算的水位。

进一步，所述利用附近水文河道信息准确推算生态控制断面的水位，可采用水文学方法或水动力学方法。

本发明的有益效果为：1)该方法通过提出河流生态衔接水位，能在梯级开发设计和调度运用中最大限度地满足河流生态环境的需求；2)通过该方法能够最大准确地计算出河流生态衔接水位，填补了梯级开发中河流生态衔接水位计算的空白。

附图说明

图1为本发明梯级开发生态水位衔接原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法，包括生态控制断面选择方法、生态衔接水位计算方法、梯级水位衔接设计方法和梯级水位衔接调度运用方法；

所述生态控制断面选择方法：在梯级开发设计阶段，选择坝轴线或枢纽退水口水文监测断面作为生态控制断面；

在梯级运行阶段，选择枢纽退水口水位监测断面或坝下游水文站作为生态控制断面；

所述生态衔接水位计算方法：利用河流生态流量的计算成果，通过所述生态控制断面的水位流量关系转换，从而计算得出生态衔接水位；

所述梯级水位衔接设计方法：设计下游梯级的上游特征水位在所述生态控制断面处的水位应不低于所述生态衔接水位；若不满足所述生态衔接水位要求，应研究所述梯级水位衔接调度运用方法；

所述梯级水位衔接调度运用方法：在满足梯级自有调度运行规则的前提下，若下游梯级的上游运行水位在生态控制断面处的水位低于生态衔接水位时，通过加大上游梯级的下泄流量，以满足生态控制断面处水位高于生态衔接水位的要求。

所述梯级开发设计阶段或所述梯级运行阶段，当所述生态控制断面选择有水文或水位资料的断面时，且与坝轴线或枢杻退水口相邻；当所述生态控制断面选择无水文或水位监测资料时，利用附近水文河道信息准确推算生态控制断面的水位。

所述枢纽退水口包括电站、枢纽泄流孔洞和船闸等尾水口；所述生态控制断面的位置选择依梯级开发的主要任务而定。

所述河流生态流量可采用水文学方法、水力学方法、水文-生物分析法、生境模拟法或综合评价法。

所述生态控制断面的水位流量关系采用《水文资料整编规范》和《水利水电工程水文计算规范》规定的各类方法拟订。

所述下游梯级的上游特征水位包括下游梯级的正常高水位、死水位和通航水位。

所述下游梯级的上游运行水位指下游梯级调度运行中的实际水位；所述生态控制断面处的水位指生态控制断面的实测或准确推算的水位。

所述利用附近水文河道信息准确推算生态控制断面的水位，可采用水文学方法或水动力学方法。

请参阅图1，

1)生态控制断面的选择

假定梯级开发枢纽a、b，a位于上游，b位于下游，则a、b梯级生态控制断面应选择在a枢纽下游至b枢纽上游之间，并尽可能靠近a枢纽的位置，如图c。

在梯级开发设计阶段，一般会在枢纽坝轴线a处或枢纽退水口(如电站尾水口)设立水文水位观测站点，故生态控制断面一般选择为坝轴线或枢纽尾水口水尺处。

在梯级运行阶段，为梯级调度运行方便，常在梯级坝轴线或枢纽退水口不远的c处，设立水文站或水尺，故在运行期生态控制断面一般选择为梯级a枢纽退水口水尺或坝下游水文站。

2)河流生态衔接水位计算

所述河流生态衔接水位，指选定生态控制断面c处的满足河流生态流量要求所对应的水位zc。

河流生态流量qc的计算方法种类较多，包括水文学方法、水力学方法、水文-生物分析法、生境模拟法以及综合评价法等5大类，具体采用何种计算方法，可根据河流特性、基本资料情况选择并进行多方案的比较分析，但最终应采用审批部门批复的成果。

将生态流量qc转换成生态衔接水位zc，需用到生态控制断面的水位流量关系(h～q关系)，即将计算的生态流量qc通过h～q关系求得生态控制断面的生态衔接水位zc。

关于h～q关系的确定，则需依据生态控制断面的实测流量q、水位h资料率定而得，率定可采用《水文资料整编规范》和《水利水电工程水文计算规范》规定的各类方法，包括但不限于单一曲线法、改正水位法、改正系数法、切割水位法、等落差法、落差指数法、校正因子法、抵偿河长法等。具体采用何种方法应根据河流特点和资料条件确定，生态控制断面的水位流量关系可采用图解法或数学方程式表达。

3)河流梯级开发生态水位衔接设计方法

梯级开发生态水位衔接设计的目的是为了在各种情况下都能保证河流的生态需求，即通过抬高下游梯级b的特征水位或制定上游梯级a的调度运用方式实现目标。

对于采用正常高水位齐平衔接方式的梯级，应保证在生态控制断面的衔接水位不低于生态衔接水位zc。当下游梯级b在正常高水位以下运行时，则在上游梯级a设计调度规程时，增加下泄生态流量qc以确保生态控制断面c的生态衔接水位zc要求。

对于采用正常高水位重叠衔接方式的梯级，在生态控制断面的重叠水位应不低于生态衔接水位zc。当下游梯级b在正常高水位以下运行时，且消落后水位低于生态衔接水位zc时，则在上游梯级a设计调度规程时，增加下泄生态流量qc以确保生态控制断面c的生态衔接水位zc要求。

对于采用正常高水位不衔接方式的梯级，若上游梯级a与下游梯级b存在脱水河段，则在梯级开发设计时，制定的上游梯级a的调度规程要保证每时每刻均下泄生态流量qc，以保证生态控制断面的生态衔接水位zc。

4)河流梯级开发生态水位衔接调度运用方法

在满足梯级自有调度运行规则及实际需要的前提下，若下游梯级b的上游运行水位在生态控制断面c处的水位低于生态衔接水位时，则通过加大上游梯级a的下泄流量，以满足生态控制断面c处水位高于生态衔接水位的要求。

在实际运行调度中，一般要求控制断面有实测水位资料，若生态控制断面缺乏实测水位资料，可采用水文学方法、水动力学方法等各类方法推算，具体方法视水文河道特性确定，但方法成果必须经过审查并达到精度要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。