1、829青衣江流域生态环境需水量研究（节录）信息与工程技术学院 农业水利工程专业 李昌文（指导老师：倪福全 职称：副教授）摘要：随着人口与经济的迅速发展，人类过度的开发水资源生态空间，生态系统的平衡受到了严重地改变和破坏，水环境污染和水资源短缺问题日益严重，水资源开发利用与生态环境的矛盾愈显突出。河流系统是自然界最重要的生态系统之一。河流系统的功能通常包括生态功能、环境功能和资源功能等。然而，由于人类非理性活动，过度地开发河流水和占用水资源的生态空间，河流系统的结构和功能遭到破坏，对人和生态环境造成了极大的影响。因此，保护和改善河流生态环境，优先解决河流生态环境用水问题则成为我国社会经济可持续发
2、展的前提条件。同时，目前我国小水电项目开发中，河道生态环境需水长期被忽视，直接导致生态环境退化、生物多样性减少、河道断流等诸多问题。如何解决这些问题，给河道内水生生态系统以适宜的水量，保证生态系统的健康，是急需要解决的重大问题。为此，本论文对青衣江流域生态环境需水量问题进行了研究，重点探讨了以下内容：。（1）在分析近年来河流生态环境需水量研究进展的基础上，进一步讨论了河流生态环境需水量的概念内涵及其系统组成；比较全面地分析介绍了国内外生态环境需水的概念、内涵、分类、研究动态、研究内容及生态环境需水量的计算方法。（2）本文在前人研究工作的基础上，依据“尽最大限度维护和协调河流系统所承担的系统功能
3、” ，以流域这一有机整体的人口、自然和经济三者协调发展为目标，对流域系统的可度量性、区段差异性、结构和功能、稳定和进化以及流域系统生态环境需水量的理论基础进行了探讨。（3）根据雅安市青衣江流域水环境的时空差异，考虑区域完整性、研究因子代表性、资料的可获取性等多项因素，采用 Visual Basic 6.0 面向对象的编程思想、可持续发展思想和系统思想，借助 VB6.0、ArcGIS 等先进的系统平台，建立数学模型，对青衣江流域梯级水电开发的生态环境需水量论证决策支持系统进行设计和开发，通过对用户、人机交互界面、数据库子系统和模型库子系统的设计，开展四川雅安市青衣江流域生态需水量计算、评估、预警
4、与调控的理论与空间分析（GIS）系统的研究，对推动长江上游典型生态脆弱区水资源开发利用与规划管理方式的根本转变，加快水资源管理的现代化、信息化进程和生态的恢复与重建等均具有十分重要的理论意义与实践意义。（4）本文根据青衣江流域实际情况，对其河道内、河道外生态环境需水量进行了多种方法的计算与评价。并针对青衣江流域生态环境需水情况及生态环境问题，为改善其生态环境，提出了基于生态环境需水的青衣江流域水资源的可持续利用的830对策及建议。本文对青衣江流域生态环境需水量的研究，丰富了生态环境需水的研究内容，开发了青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统，为河流生态环境定量化研究提供新的思路，并为区域水资
5、源开发利用规划和可持续管理提供了科学依据。关键词：生态环境需水；青衣江流域；决策支持系统；梯级水电开发；河道内；河道外Research on Eco- environment Water Requirement for Qingyi Drainage BasinAgriculture hydraulic engineering C.W.LiTutor：F.Q.NiAbstractWith the rapid development of population and economy,water resource has been excessively exploited and the ba
6、lance of ecosystem has been seriously changed and destroyed.The problem of water resource pollution and shortage is becoming more and more serious.The contradiction between exploitation water resource and environment is becoming more and more acute.The river system is one of the most important ecolo
7、gical system.The function of river system usually includes ecological function,environmental function and resources function etc.However,because of the mankinds unreasonable activity that they exploit the river water and occupy the ecosystem space of water resource excessively,the structure and func
8、tions of the river system are destroyed and create tremendous influence to the people and the eco-environment.Therefore,we should protect and improve the river eco-environment and resolve the eco-environmental water requirement of river system,which become the prerequisite for the sustainable develo
9、pment of social economy of our country.At the same time,The long neglect of the problems on the ecological and environmental water requirement in the Hydropower Development results in a series of eco-environmental problems,for example,the degeneration of the environment,the decrease of the biodivers
10、ity,the drying up of the river channel etc.How to ensure water requirement of the aquatic ecosystem is a crucial factor for the ecosystem conservation.Therefor,this paper spreads out the research on the water requirements of the eco-environment of the Qingyi River. Main contents are as following.(1)
11、On the basis of analyzing the research headway of the eco-environmental water demand of river in recent years,the conception and its systemic composition of the eco-environmental water demand of river were discussed in the paper. Introduce and analysis the conception,connotation,sort,research conten
12、t,update research developments and latest calculation method about eco-environmental water requirement.(2)This paper based on the work of previous studies, according to “maximize to maintain and coordinate the system function which the river system commitment to “, As for coordinated development of
13、population, nature and economic in the drainage basin as 831an organic whole should be targeted, discussed metrizability, Section difference, structure and function, stability and ecological evolution, the theories of eco-environmental water requirement of river system of the watershed system.(3)Acc
14、ording to water environment differences in time and space of Qingyi Drainage Basin in Yaan city, Considering the regional integrity, factor representation,Information accessibility and many other factors,this paper adopted object-oriented programming ideas of Visual basic 6.0, Concept of sustainable
15、 development and System thought, builded the mathmatical model, Designed and Developed eco-environmental water requirement Decision Support System for Qingyi drainage basin On the basis of the Advanced platform of VB6.0、ArcGIS.By designing of the user interactive interface, the database subsystem an
16、d model base subsystem,this paper carried out the Research of calculateing, evaluation, Early warning and control for Qingyi drainage basin. It is of great theoretical and practical significance to promote water resources development planning and management to get a fundamental change in typical eco
17、logically fragile areas of upper Yangtze River, to Speed up the modernization and Information Process of water resources management,besides,it is good for ecological restoration and reconstruction.(4)According to the actual situation of Qingyijiang River, this paper carried out the calculation and e
18、valuation of the eco-environmental water requirement in instream and offstream in a variety of methods.According to eco-environment problems and eco-environment water requirement in Qingyi drainage basis,this paper put forward a lot of suggestions and strategy for sustainable water resource developm
19、ent in order to improve the eco-environment.The study on the eco-environmental water requirement of river system in Qingyi plain not only enriches the research contents of the eco-environmental water demand and Develops eco-environmental water requirement Decision Support System for Qingyi drainage
20、basin,but also supplies new thinking to quantificational study on the river eco-environment and raises scientific foundation to regional water resources developmental plan and sustainable management.Key Words：eco-environment water requirement；Qingyi drainage basis；Decision Support System；cascade hyd
21、ropower development；innerriver，outerriver ；GIS5 基于GIS的青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统研究5.10 青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统5.10.1 系统设计1、开发及运行环境。系统开发平台：Visual Basic 6.0，MapObjects 2.3、ArcView GIS 3.2。数据库管理系统软件：SQL Server 2000。运行平台：WINDOWS XP/ WINDOWS 2003/VISTA/ WIN 7。分辨率：最佳效果 1024768。2、系统结构青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统包括工程管理、图层管理
22、、图形操作、查询功能、数据管理、实用工具、统计制图、河道内生态环境需水量计算及其评价、河道外生态环境需水量计算及其评价、青衣江流域生态环境需水量查询系832统、水质健康风险评价、工具栏、窗口、帮助、流域基础数据查询更新子系统、需水专题评价子系统等 16 个模块，如图图 5.13 所示。大部分功能模块前面已经介绍，这里主要介绍河道内生态环境需水量评价子系统、河道外生态环境需水量评价子系统、生态环境需水量查询子系统、基础数据查询更新子系统 4 个模块。部分构架见图 5.31_1，图 5.31_2，图 5.31_3。输沙需水量计算生态基流量计算河道内生态环境需水量计算及其评价水生生物栖息地生态环境需
23、水量 水面蒸发损失需水量计算回补地下水生态环境需水量计算维持水盐平衡生态需水量计算防治水质污染的生态环境需水量湿地保护与恢复生态环境需水量Tennant 计算模型最小月保证法模型IFIM 法计算模型输沙需水计算模型模型 1 模型 2R2CROSS 法 张长春水面蒸发损失需水量计算模型达西公式计算模型卞戈亚计算模型模型 1：中国 10 年最枯月平均流量法 模型 2 水质目标法 模型 3：最小河道稀释净化水量最小水位法计算模型河道内生态环境需水总量计算及其评价图5.31_1 河道内生态环境需水量计算及其评价(1)河道内生态环境需水量计算及其评价模块。包括水生生物栖息地生态环境需水量计算及其评价、输
24、沙需水量计算及其评价、水面蒸发损失需水量计算及其评价、生态基流量计算及其评价、维持水盐平衡生态需水量计算及其评价、回补地下水生态环境需水量计算及其评价、防治水质污染的生态环境需水量计算及其评价、湿地保护与恢复生态环境需水量及其评价、青衣江流域河道内生态环境需水总量计算与评价等9个子模块。(2)河道外生态环境需水量计算及其评价模块。包括城市生态环境需水量计算及其评价、农业生态环境需水量计算及其评价、林牧渔畜生态环境需水量计算及其评833价3个子模块。农业生态环境需水量计算河道外生态环境需水量计算及其评价城市生态环境需水量计算林牧渔畜生态环境需水量计算城市工业需水量居民生活需水量公共生活需水量城市
25、自然环境需水量计算模型牧业生态需水量林业生态需水量畜业生态需水量城市生活需水计算模型基本模型城市工业需水计算模型其他模型2生态环境需水总量渔业生态需水量土生态环境需水田生态环境需水田土生态需水量农业需水总量河湖生态环境需水量计算模型绿地需水量计算模型 城市自然环境需水总量图5.31_2 河道外生态环境需水量计算及其评价(3)青衣江流域生态环境需水量查询系统。包括青衣江流域水资源供需分析、青衣江干流及一级支流生态流量分配成果、宝兴县各河流生态流量分配成果、芦山县各河流生态流量分配成果、天全县各河流生态流量分配成果、荥经县各河流生态流量分配成果、名山县各河流生态流量分配成果、雨城区各河流生态流量分
26、配成果、青衣江流域梯级电站生态流量分配成果、雨城区河道外生态环境需水量评价、芦山县玉溪河生态环境需水量调配、宝兴县大溪垴电站生态环境需水量调配等12个子模块。这12个子模块主要列举了本研究项目的一些计算性成果，通过表格图像的形式展示，便于理解青衣江流域生态环境需水量分配的实际情况。834青衣江流域生态环境需水量查询系统青衣江干流支流生态流量分配成果青衣江流域水资源供需分析宝兴县各河流生态流量分配成果芦山县各河流生态流量分配成果荥经县各河流生态流量分配成果天全县各河流生态流量分配成果名山县各河流生态流量分配成果雨城区各河流生态流量分配成果雨城区河道外生态环境需水量评价青衣江梯级电站生态流量分配成
27、果芦山县玉溪河生态环境需水量调配宝兴县大溪垴电站生态需水量调配5.31_3 青衣江流域生态环境需水量查询系统3、系统功能结构（见图 5.32）青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统功能结构专题图显示显示比例按图层显示图形显示小窗口浏览放大漫游缩小信息查询按图形查询点查询任意区查矩形查询按属性查询行政区查SQL 查询工具距离量算面积量算分析评价辅助评价系统参数设置专题图设置图层设置模型库管理方法库管理知识库管理图 5.32 青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统功能结构8355.10.2 数据库设计本系统在以前工作的基础上加设了 17 张表，共计 37 张表，这 17 张表分别是：宝兴县各河
28、流生态流量分配结果表、芦山县各河流生态流量分配结果表、名山县各河流生态流量分配结果表、青衣江干流及一级支流生态流量分配结果表、青衣江流域梯级电站生态流量分配结果表、天全县各河流生态流量分配结果表、荥经县各河流生态流量分配结果表、雨城区各河流生态流量分配结果表、雅安市分区用水量表、雅安市行政区主要用水指标表、青衣江流域水系基础信息表、荥经县电站信息表、荥经县各电站生态流量分配表等。下面是这 17 张表的具体构成，这里只列举了其中一个，其他表类似。表 5.1 宝兴县各河流生态流量分配结果表字段名称 数据类型 可否为空 说明河流名称 Nvarchar(50) Not Null 青衣江流域生态环境需水
29、量研究各点极好 103 Double Not Null 该河流此流量在 103 月评价级别极好极好 49 Double Not Null 该河流此流量在 49 月评价级别极好非常好 103 Double Not Null 该河流此流量在 103 月评价非常好非常好 49 Double Not Null 该河流此流量在 49 月评价级别非常好好 103 Double Not Null 该河流此流量在 103 月评价级别是好好 49 Double Not Null 该河流此流量在 49 月评价级级别好中 103 Double Not Null 该河流此流量在 103 月评价级别是中中 49 Dou
30、ble Not Null 该河流此流量在 49 月评价级级别是中差或最差 103 Double Not Null 该河流此流量 103 月评价级差或最差差或最差 49 Double Not Null 该河流此流量在 49 月评价级差或最差多年平均流量 Double Not Null 该河流的多年平均流量值5.10.3 系统界面设计青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统软件界面设计，主要包括雅安市青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统窗体（frmMain） 、宝兴县大溪垴电站生态环境需水量研究窗体（bxxdndz） 、宝兴县各河流生态流量分配成果窗体（bxxstllfp） 、城市生态环境需水
31、量计算窗体（caculate1csst） 、牧渔畜生态环境需水计算窗体（caculate1lmyc） 、农业生态环境需水量计算窗体（caculate1ny） 、水生生物栖息地生态环境需水量计算窗体（caculater2） 、防治河流水质污染的需水量计算窗体（fangzhishuizhiwuran ） 、关于此系统窗体（frmAbout） 、角度量算窗体（frmAngle） 、面积量算窗体（ frmArea） 、frmDataBar 窗体、信息检索窗体（frmdetail） 、距离量测窗体（frmDistance） 、DPS 统计计算窗体（frmDPS） 、社会经济直方图窗体（frmEconom
32、ic ） 、数据修改窗体（ Frmedit） 、详细查询窗体（frmInfo） 、添加数据窗体（ Frminput） 、用户密码管理窗体（frmPasmanage ） 、打印836窗体（frmPreView ） 、地图属性窗体（frmProperty） 、降雨直方图窗体（frmRainChart） 、饮水资源安全评价窗体（frmSecurity） 、安全性评价标准窗体（frmSecurityRules） 、雅安市各区县水质查询窗体（frmshuizhi1 ） 、登录界面窗体（frmSplash） 、系统配置窗体（frmSysConfig） 、添加新用户窗体（ frmUseradd） 、用户名密
33、码和管理窗体（frmusermanage） 、改水情况窗体（ frmWaterLayout） 、水资源总量窗体（frmWaterQuantity） 、各污染物健康风险的直方图显示窗体（Frmzhifang） 、青衣江流域水资源供需分析窗体（gxfx） 、青衣江干流支流生态流量分配成果窗体（gzlstllfp） 、回补地下水的生态环境需水量计算窗体（huibush） 、健康风险评价窗体（jiankangfx） 、芦山县各河流生态流量分配成果窗体（lsxstllfp） 、芦山县玉溪河生态环境需水量计算及评价窗体（lsxyxh） 、名山县生态环境需水量计算、分析与评价窗体（msx） 、名山县各河流生
34、态流量分配成果窗体（msxstllfp） 、河道内生态环境需水量的总量计算窗体（neizongliang） 、生态基流量计算窗体（ shengtaijiliu） 、湿地保护与恢复生态环境需水量计算窗体（shidibaohyuhuifu ） 、水面蒸发损失需水量计算窗体（shuimianzhf） 、水系基础信息窗体（shuixi ） 、维持河流水盐平衡需水量计算窗体（shuiyanph） 、输沙需水量计算窗体（shusha） 、生态流量分配信息查询窗体（stll） 、青衣江梯级电站生态流量分配成果窗体（tjdzstllfp ） 、天全县各河流生态流量分配成果窗体（tqxstllfp） 、河道外生
35、态环境需水总量窗体（waizl） 、雨城区河道外生态环境需水量评价窗体（ycqhdw） 、雨城区各河流生态流量分配成果窗体（ycqstllfp） 、荥经县各河流生态流量分配成果窗体（yjxdndz）等。下面介绍雅安市青衣江流域生态环境需水量管理决策支持系统主窗体（frmMain）设计。5.10.4 河道外生态环境需水量计算子系统该模型主要实现评价范围内河道外林牧渔畜生态环境需水量计算、城市生态环境需水量计算、农业生态环境需水量计算。1、城市生态环境需水量计算与评价城市生态环境需水量是指城市生态环境需水量是指为了维持城市生态环境质量不再下降或改善城市环境而人为补充的水量，它以改善城市环境为目的。
36、主要是绿化植被以及风景观赏河湖需水量等。该计算评价模型包括两个子模型，分别为基本模型和其他模型。基本模型主要用生态需水定额方法计算城市生态环境需水量；而其他模型主要是根据实际情况，而做的一个评价模式，该子模型又包括 3 个小模型，分别为城市生活需水计算子模型、城市自然环境需水量计算子模型、城市工业需水计算子模型；而城市自然环境需水量计算子模型又包括绿地需水量计算子模型、河湖生态环境需水量计算子模型、城市自然环境需水总量子模型。这些子模型共同构建了城市生态环境需水量计算与评价体系。图 5.33_1、图 5.33_2 分别为城市生态环境需水量计算在系统中的实现。837图 5.33_1 城市生态环境
37、需水量计算与评价其他模型图 5.33_2 城市生态环境需水量计算与评价其他模型2、林牧渔畜生态环境需水量计算林牧渔畜生态环境需水量是指维持林、牧、渔、畜基本生存条件的的需水量。图 5.34 为林牧渔畜生态环境需水量计算在系统中的实现。5.34 林牧渔畜生态环境需水量计算3、农业生态环境需水量计算农业生态环境需水量是指维持农作物基本生存条件的的需水量。图 5.35 为农业生态环境需水量计算在系统中的实现。8385.35 农业生态环境需水量计算4、河道外生态环境需水总量计算只要完成上面 3 个类别的需水量计算，则可对河道外生态环境需水总量进行评价；同时，如果事先知道前面 3 个需水量，一样可以在此模型中输入相应参数，完成河道外需水量的评价。图 5.36 为河道外生态环境需水总量计算在系统中的实现。图5.36 河道外生态环境需水总量计算5.10.5 河道内生态环境需水量计算评价子系统1、水生生物栖息地生态环境需水量计算与评价水生生物栖息地生态环境需水量计算与评价模型包括r2cross和张长春2个子模型，图5.37_1、5.37_2为水生生物栖息地生态环境需水量计算与评价在系统中的实现。5.37_1 水生生物栖息地生态环境需水量计算r2cross 子模型
