专利摘要
本发明提供一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，通过调查研究明确下游干流产卵场处目标鱼类产卵的生态水文需求，开展干支流与鱼类产卵相关的高流量脉冲遭遇分析，整理统计鱼类产卵期间干支流历年高流量脉冲特征指标，识别干流水库配合支流开展生态调度启动条件关键指标，依据历时水文资料确定河道演算重要参数，构建水库生态调度模型，实现考虑区间支流来水水库生态调度方法。本发明考虑区间支流来水可以解决常规调度造成下游河道高流量脉冲过程频次不够的问题，可有效改善下游河道高流量脉冲过程，满足产卵场产漂流性卵鱼大量繁殖所需水文条件。
权利要求
1.一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：确定区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比及产卵场断面生态调度启动时机，具体步骤如下：
(1)确定产卵场断面目标鱼生态水文参数：根据产卵场目标鱼类产卵监测资料、水文资料，确定产卵场控制断面目标鱼类生态水文参数，即确定起涨流量Q
(2)计算区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比：根据还原后的长系列水文径流数据，计算下游产卵场高流量脉冲过程频次，分析上游干流、区间支流来水分别对下游产卵场高流量脉冲过程的影响，确定区间支流来水对产卵场处高流量脉冲过程首日涨水贡献比β；
(3)确定生态调度启动时机：根据干支流控制站水文径流数据，利用IHA法模拟高流量脉冲发生过程，在鱼类产卵期间当区间支流来水对产卵场处高流量脉冲过程首日涨水贡献比β大于阈值θ，则选取区间支流起涨流量Q
步骤二：确定干支流汇合后河道演进方法及率定参数
根据历时水文资料，采用马斯京根法对上游水库下泄水量及区间支流汇合后的流量进行河道流量演算，考虑到还有其他小支流的汇入，采用考虑旁支汇入后的马斯京根法进行河道流量演算；
步骤三：确定考虑区间支流来水的干流水库生态调度方式，具体步骤如下：
(1)建立产卵场断面高流量脉冲频次模拟模型
根据产卵场断面高流量脉冲组成及区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比，确定干流水库生态调度方式，使人工高流量脉冲频次H最大，即max|H|，式中，H为确定的考虑支流区间来水的生态调度方法计算的产卵场控制断面高流量脉冲频次；
(2)确定干流水库配合区间来水的生态调度方式
为配合区间来水使控制断面高流量脉冲频次H尽量大，通过优化求解计算干流水库出库流量过程，反推出干流水库st+j+1时段出库流量Qout
Qsy
Qout
式中，Qsy
2.如权利要求1所述的考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，其特征在于：步骤一中生态调度启动开始时机st由支流来水涨水判断，即当区间支流出现持续涨水不小于D天、流量平均涨幅不小于d
3.如权利要求1所述的考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，其特征在于：步骤一中涨水历时D按鱼类产卵所需高流量脉冲中75％频率对应的高流量脉冲历时；起涨流量Qe、平均涨幅dQ按频率法与最大最小法取值，频率法是起涨流量Qe、平均涨幅dQ按产卵期间干流或区间高流量脉冲的75％定值；最大最小法是选出每年产卵期间干流或区间最大的平均涨幅及对应的起涨流量，选取持续涨水平均涨幅及对应的起涨流量最小值作为持续涨水平均涨幅值dQ及对应的起涨流量值Qe。
4.如权利要求1所述的考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，其特征在于：步骤二中河道流量演算的计算公式如下：
式中，Q
5.如权利要求1所述的考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，其特征在于：步骤三中根据考虑区间来水后干流水库补偿调度，计算考虑支流区间来水的生态调度方法计算的产卵场控制断面高流量脉冲频次H，当产卵场断面合成流量Qsy
式中，起涨流量Q
说明书
技术领域
本发明涉及水资源管理和水生态技术领域，具体是一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法。
背景技术
产漂流性卵鱼在产卵期产卵与否与河道内高流量脉冲过程息息相关，且产卵量大部分发生在高流量脉冲涨水过程中。随着河流上大规模水库的建成运行，水库承担了防洪、电网调峰等综合利用任务，改变了下游河道天然水文径流规律，河道原来的高流量脉冲持续时间、频率、峰值等参数均发生较大改变，对下游河段产漂流性卵鱼类产卵产生较大影响。同时，目前大多数水库生态调度研究与试验是基于干流水库入库流量与调度规则进行的，往往忽略区间支流来水作用，使水库下泄过程与区间涨水过程不匹配，导致下游河道产卵场断面不能产生理想高流量脉冲涨水过程，生态调度效果难以达到预期。为此，亟需确定一种为促进鱼类产卵期自然繁殖，在考虑区间来水过程基础上通过优化干流水库调度方式改善下游河道高流量脉冲过程，满足产卵场产漂流性卵鱼大量繁殖所需水文条件，维系河流健康。
发明内容
本发明的目的在于解决常规水库调度方式无法实现下游河道产生的高频次高流量脉冲过程的问题，其基于河道干支流多年天然高流量脉冲遭遇规律，确定一种考虑区间涨水的干流水库生态调度方法，通过优化干流水库调度方式最大程度提高下游产卵场高流量脉冲过程，改善产漂流性卵鱼大量繁殖所需水文条件，促进产漂流性卵鱼自然繁殖。
本发明提供一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，包括如下步骤：
步骤一：确定区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比及产卵场断面生态调度启动时机，具体步骤如下：
(1)确定产卵场断面目标鱼生态水文参数：根据产卵场目标鱼类产卵监测资料、水文资料，确定产卵场控制断面目标鱼类生态水文参数，即确定起涨流量Qe、水位起始涨幅Ze、峰值流量Qm、流量平均涨幅dQ、涨水历时D取值；
(2)计算区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比：根据还原后的长系列水文径流数据，计算下游产卵场高流量脉冲过程频次，分析上游干流、区间支流来水分别对下游产卵场高流量脉冲过程的影响，确定区间支流来水对产卵场处高流量脉冲过程首日涨水贡献比β；
(3)确定生态调度启动时机：根据干支流控制站水文径流数据，利用IHA法模拟高流量脉冲发生过程，在鱼类产卵期间当区间支流来水对产卵场处高流量脉冲过程首日涨水贡献比β大于阈值θ，则选取区间支流起涨流量Qe、流量平均涨幅dQ及涨水历时D作为生态调度启动控制指标，此时态调度启动开始时机st由支流来水涨水判断；当区间支流来水对产卵场处高流量脉冲过程首日涨水贡献比β不大于阈值θ，选取干流起涨流量Qe、平均涨幅dQ及涨水历时D作为生态调度启动控制指标，此时生态调度启动开始时机st由干流涨水判断；
步骤二：确定干支流汇合后河道演进方法及率定参数
根据历时水文资料，采用马斯京根法对上游水库下泄水量及区间支流汇合后的流量进行河道流量演算，考虑到还有其他小支流的汇入，采用考虑旁支汇入后的马斯京根法进行河道流量演算，干支流及产卵场位置示意图见图1；
步骤三：确定考虑区间支流来水的干流水库生态调度方式，具体步骤如下：
(1)建立产卵场断面高流量脉冲频次模拟模型
根据产卵场断面高流量脉冲组成及区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比，确定干流水库生态调度方式，使人工高流量脉冲频次H最大，即max|H|，式中，H为确定的考虑支流区间来水的生态调度方法计算的产卵场控制断面高流量脉冲频次；
(2)确定干流水库配合区间来水的生态调度方式
为配合区间来水使控制断面高流量脉冲频次H尽量大，通过优化求解计算干流水库出库流量过程，反推出干流水库st+j+1时段出库流量Qoutst+j+1，如式(3)
Qsyst+j+1＝d0(Qoutst+j+1+Qmjst+j+1)+d1(Qoutst+j+Qmjst+j)+d2Qsyst+j
Qoutst+j+1＝(Qsyst+j+1-d1(Qoutst+j+Qmjst+j)-d2Qsyst+j)/d0-Qmjst+j+1(3)
式中，Qsyst+j为产卵场控制断面合成流量，Qmjst+j为区间支流流量，st为生态调度启动开始时段，由干流或区间支流涨水决定，即在鱼类产卵期间β>θ时，当预测区间支流出现持续涨水不小于D天、平均涨幅不小于dQ及对应起涨流量不小于Qe的涨水过程干流水库在区间涨水第一日启动考虑区间来水的生态补偿调度；β≤θ时，当预测干流出现持续涨水不小于D天、平均涨幅不小于dQ及对应起涨流量不小于Qe的涨水过程干流水库在干流涨水第一日启动考虑区间来水的生态补偿调度。
进一步的，步骤一中生态调度启动开始时机st由支流来水涨水判断，即当区间支流出现持续涨水不小于D天、流量平均涨幅不小于dQ及起涨流量不小于Qe的涨水过程时，干流水库开始启动补偿调度，满足下游产卵场卵鱼产卵所需的高流量脉冲过程要求；生态调度启动开始时机st由干流涨水判断，即当干流出现持续涨水不小于D天、流量平均涨幅不小于dQ及起涨流量不小于Qe的涨水过程时，干流水库开始启动考虑区间支流的补偿调度，满足下游产卵场卵鱼产卵所需的高流量脉冲过程要求。
进一步的，步骤一中涨水历时D按鱼类产卵所需高流量脉冲中75％频率对应的高流量脉冲历时；起涨流量Qe、平均涨幅dQ按频率法与最大最小法取值，频率法是起涨流量Qe、平均涨幅dQ按产卵期间干流或区间高流量脉冲的75％定值；最大最小法是选出每年产卵期间干流或区间最大的平均涨幅及对应的起涨流量，选取持续涨水平均涨幅及对应的起涨流量最小值作为持续涨水平均涨幅值dQ及对应的起涨流量值Qe。
进一步的，步骤二中河道流量演算的计算公式如下：
式中，Q下，2为下游产卵场控制断面时段末流量，Q上，2为上游干支流汇合断
面时段末流量，Q上,1上游干支流汇合断面时段初流量，Q下,1下游产卵场控制断面时段初流量，Δt为计算时段，k为蓄流流量关系曲线，x为流量比重因素，α为区间支流来水对汇合断面贡献比，河道流量演算系数d0、d1、d2根据多年长系列实测流量用最小二乘法率定。
进一步的，步骤三中根据考虑区间来水后干流水库补偿调度，计算考虑支流区间来水的生态调度方法计算的产卵场控制断面高流量脉冲频次H，当产卵场断面合成流量Qsyst+j满足下式条件时，计为1次脉冲动作：
式中，起涨流量Qe、水位起始涨幅Ze、峰值流量Qm、流量平均涨幅dQ、涨水历时D取值来自步骤一。
本发明具有以下优点：(1)考虑区间支流来水可以解决常规调度造成下游河道高流量脉冲过程频次不够的问题，可有效改善下游河道高流量脉冲过程，满足产卵场产漂流性卵鱼大量繁殖所需水文条件；(2)建立的产卵场断面高流量脉冲频次模拟模型，可快速模拟各种调度方案下下游产卵场断面高流量脉冲过程，并通过优化求解计算出干流水库最佳生态调度方式。
附图说明
图1为河流干支流水系拓扑关系图；
图2为朱沱站2000年三种情形下脉冲流量过程；
图3为朱沱站2010年三种情形下脉冲流量过程；
图4为朱沱站1986年三种情形下脉冲流量过程。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
本发明以金沙江下游向家坝至重庆河段产漂流性卵鱼类生态调度为例，采用本发明确定的方法来进行详细说明，对于其它河流生态调度同样具有指导意义。
位于金沙江宜宾至重庆的川渝河段，是长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区，该河段全长约387km，上游建有溪洛渡、向家坝等水电站，区间有岷江、赤水河、沱江等较大支流。该河段产漂流性代表性鱼类有鲖鱼、长薄鳅，其产卵场在该河段下游朱沱站附近。随着向家坝和溪洛渡水电站2012年相继建成投入运用，很大程度改变了下游川渝河段径流规律，特别是对保护区河段产卵期5-7月生态水文过程影响大，不利于产漂流性卵鱼自然繁殖。
本发明实施例提供一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法，包括如下步骤：
步骤一：确定产卵场断面生态调度启动指标及支流来水贡献比
1.确定产卵场断面生态水文参数。
根据目前掌握的2009-2015产卵场鱼类产卵监测资料及水文资料，朱沱站需分别在5月份及6月中旬至7月上旬各产生一次高流量脉冲过程，才能满足卵鱼产卵。具体的生态水文需求：干流朱沱站高流量日流量增幅，即流量平均涨幅dQ：5月份取值700，6月中旬至7月取值760；高流量脉冲持续涨水的时间，即涨水历时D：5月份取值2，6月中旬至7月取值3；首日涨幅，即水位起始涨幅Ze：5月份取值900，6月中旬至7月取值1200；起涨流量Qe：5月份取值3900，6月中旬至7月取值6500；峰值流量Qm：5月份取值6200，6月中旬至7月取值14000。
2.计算区间支流来水对高流量脉冲过程首日涨水贡献比
支流中岷江控制流域面积较大，1954-2012年4-7月来水量占朱沱站的34.93％。在长江干流朱沱站发生高流量脉冲247次中岷江高场站处同时发生高流量脉冲的次数有240次，占朱沱站高流量脉冲次数的97.17％。经计算，4～7月岷江对朱沱站高流量脉冲首日涨水平均贡献比β为36.7％。历年实测资料显示岷江每年至少有一次高流量脉冲与朱沱站高流量脉冲发生遭遇，且对朱沱站高流量脉冲首日涨水率贡献较大。
3.确定生态调度启动时机。
对1954年～2012年金沙江屏山站(现向家坝站)、岷江高场站水文径流过程，利用IHA方法模拟出高流量脉冲发生过程。因4～7月岷江对朱沱站高流量脉冲首日涨水平均贡献比36.7％大于阈值30％，生态调度启动开始时段st由岷江出涨水判断，即：当预测区间岷江5月份出现持续涨水不小于2天、流量平均涨幅不小于290m
步骤二：干支流汇合后河道演进方法及参数率定
以1954～2012年4月至7月向家坝站(原屏山站)、高场站、朱沱站日径流资料为依据，因向家坝站与高场站至金沙江、岷江汇合点距离相差不大，故在用马斯京根模型演算下断面朱沱站处流量时，将向家坝站(原屏山站)、高场站处径流直接相加后作为上断面流量。因除金沙江、岷江外，朱沱站上游还有赤水河、沱江、横江等支流，对考虑旁支汇入后的马斯京根模型采用最小二乘法计算演算参数d0，d1，d2，得到d0＝0.150，d1＝0.495，d2＝0.437，拟合相关系数R＝0.994，拟合效果较好。
步骤三：确定考虑区间支流来水的干流水库生态调度方式
1.建立产卵场断面高流量脉冲频次模拟模型
为使产卵场朱沱站处人工高流量脉冲频次H最大，即max|H|。式中，H为确定的考虑支流岷江来水的生态调度方法计算的产卵场控制断面高流量脉冲频次。当产卵场断面合成流量Qsyst+j满足下式条件时，计为1次脉冲动作。
式中干流朱沱站高流量日流量增幅dQ：5月份取值700，6月中旬至7月取值760；高流量脉冲持续涨水的时间day：5月份取值2，6月中旬至7月取值3；首日涨幅Ze：5月份取值900，6月中旬至7月取值1200；起涨流量Qe：5月份取值3900，6月中旬至7月取值6500；峰值流量Qm：5月份取值6200，6月中旬至7月取值14000。
2.确定干流水库配合区间来水的生态调度方式
为配合区间来水使控制断面高流量脉冲频次H尽量大，通过优化求解计算干流水库出库流量过程，反推出干流水库st+j+1时段出库流量Qoutst+j+1，如式(3)
Qsyst+j+1＝0.15*(Qoutst+j+1+Qmjst+j+1)+0.495*(Qoutst+j+Qmjst+j)+0.437*Qsyst+j
Qoutst+j+1＝(Qsyst+j+1-0.495*(Qoutst+j+Qmjst+j)-0.437*Qsyst+j)/0.15-Qmjst++1j(3)
式中，Qsyst+j为产卵场控制断面合成流量，Qmjst+j为区间支流岷江流量，st为生态调度启动开始时段，由岷江涨水决定，即当预测区间岷江5月份出现持续涨水不小于2天、平均涨幅不小于290m
选择朱沱站2000年、2010年及1986年作为典型丰水年、平水年及枯水年，根据上述模型，通过优化求解计算干流水库出库流量过程，得出生态调度方式。
对天然情形下、常规调度和考虑区间支流来水的生态调度方式3种情形，依次计算朱沱站产卵场控制断面高流量脉冲频次H0、H1和H。具体的，根据长系列水文资料分析天然情形下产卵场控制断面来水组成规律，计算天然情形下产卵场控制断面高流量脉冲频次H0；根据干流水库常规调度规则，计算常规调度产卵场控制断面高流量脉冲频次H1；根据考虑区间来水后干流水库补偿调度，计算考虑区间来水的产卵场控制断面高流量脉冲频次H。计算结果见表1～3，脉冲过程见图2～4。
2000年：天然情况下朱沱站处有2次高流量脉冲发生，常规调度方案未出现高流量脉冲，而生态调度方案保障了2次高流量脉冲的发生，且高流量脉冲的各项指标满足鱼类产卵的连续涨水过程要求，保留住了朱沱站高流量脉冲发生频次。即，H0＝2，H1＝0，H＝2。
2010年：天然情况下朱沱站处有3次高流量脉冲发生；常规调度方案在5月至7月上旬期间未发生高流量脉冲；生态调度方案保障了2次高流量脉冲的发生，且高流量脉冲的各项指标满足鱼类产卵的连续涨水过程要求，朱沱站高流量日均涨幅整体上高于天然情况下的高流量日均涨幅。即，H0＝3，H1＝0，H＝2。
1986年：天然情况下朱沱站处有4次高流量脉冲发生；常规调度方案出现1次高流量脉冲；生态调度方案启动了2次生态调度，产生了朱沱站4次高流量脉冲过程，且高流量脉冲的各项指标基本满足鱼类产卵的连续涨水过程要求。即，H0＝4，H1＝1，H＝4。
综上述所，与常规调度相比，本发明确定的干流水库生态调度方案有效提高了高流量脉冲过程频次，有利于产卵场产漂流性卵鱼类自然繁殖。
表1 2000年朱沱站高流量脉冲特征指标统计表(丰水年)
表2 2010年朱沱站高流量脉冲情况统计表(平水年)
表3 1986年朱沱站高流量脉冲情况统计表(枯水年)
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
一种考虑区间支流来水的干流水库生态调度方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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