[发明专利]一种河道最小非生物需水计算方法

说明书

本发明公开了一种河道最小非生物需水计算方法。该方法包括：通过分析河道非生物环境径流和河床的关系，确定河道非生物环境指标河道流量与水面宽的关系；通过分析各河床横断面形态对河道流量与水面宽关系的影响，确定枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点；通过分析枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点，将枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点对应的流量作为最小非生物需水量。本发明在研究生态需水理论的基础上，探讨符合河流特点的生态需水计算方法，通过研究河道水生态系统的子系统——径流与河床子系统，径流与河床形态分析法，分析各种河床横断面形态与水面宽关系，研究U形河道最小非生物需水计算的方法。

技术领域

本发明涉及生态需水领域，更具体的涉及一种河道最小非生物需水计算方法。

背景技术

生态需水是“保护水资源与水生态系统”和“开展生态系统保护与修复工作”的基础和关键。然而，生态系统究竟需要多少水？我们应该给生态系统配置多少水？现在都没有公认的答案，还有许多理论和方法值得研究。

对于河流，为维护生态系统的天然结构与功能，河流系统生态环境所需水量即是生态需水。最小生态需水是维系生态环境系统基本功能的一种水量，为维持天然条件下河道非生物环境的基本功能所需要的水分称为河道最小非生物需水。

发明内容

本发明实施例提供一种河道最小非生物需水计算方法，用以解决现有技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种河道最小非生物需水计算方法，包括：

通过分析河道非生物环境径流和河床的关系，确定河道非生物环境指标河道流量与水面宽的关系；

通过分析各河床横断面形态对河道流量与水面宽关系的影响，确定枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点；

通过分析枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点，将枯水段河道流量与水面宽关系中的突变点对应的流量作为最小非生物需水量。

进一步地，所述通过分析河道非生物环境径流和河床的关系，确定河道非生物环境指标河道流量与水面宽的关系，具体包括：

根据水面宽、水深和流速是径流与河床子系统的特征指标，确定径流与河床关系的数学方程包括：水流连续方程和水流运动方程、悬移质泥沙的紊动扩散方程和河床变形方程；

水流连续方程：

水流运动方程：

上式中，A为断面过水面积；Q为流量；Z为水位；q为旁侧来流；K为流量模数；t为时间坐标；x为空间坐标；

悬移质扩散方程：

上式中，S为悬移质含沙量；S*为悬移质挟沙力；ω为泥沙沉速；α为泥沙恢复饱和系数；B为水面宽度；

悬移质泥沙的紊动扩散方程采用窦国仁公式：

其中P_b为推移质粒径部分泥沙在床沙中所占比例；V₀为起动流速，

Δ为粗糙高度；γ、γ_s分别为水和泥沙的容重；d_cp为推移质平均粒径；

河床变形方程：

其中γ'为泥沙干容重；Z_b为河床高程；G_b、G_s分别为推移质和悬移质输沙率；G_b＝Bg_b，G_s＝QS；