水库调度生态目标的设定及实践

由于河流功能的多重性和生态系统的复杂性，以及人们对河流健康认同的不完整性、不确定性，导致河流管理生态目标的多样性，主要包括水质控制目标，泥沙调控目标，水生动植物生态需求目标以及病虫害防止目标。其中水质控制主要是针对如何控制水体富营养化问题、如何控制海水咸潮入侵问题、控制水库低温水下泄问题以及水库下泄水体中氮气过饱和问题；泥沙调控目标主要针对多沙河流上防止水库和河道淤积以及冲刷问题等；水生动植物生态需求目标主要针对水生动植物的生活习性而采取有利于水生动植物的生长繁衍而进行的调度，其中针对鱼类产卵繁殖所需的生态水流条件，适时采取洪水脉冲调度达到促使鱼类产卵繁殖的需要；防止病虫害调度目标主要是针对防止血吸虫病、蚊子的生长以及其他病虫害而采用的水库调度，根据病虫害的生活习性，适时地通过调节水库下泄水流方式破坏其生产发育期。

根据以上分析，水库生态调度目标很多，而如何确定合适的生态目标并进行量化，是水库生态调度模型首先要解决的问题。本节综合国内外已有的研究成果，大致上从以下2个方面确定生态目标：①模拟自然水流情势；②水生生物种群健康。下面就这两个方面进行分析。

（1）模拟自然水流情势。自然水流情势被认为是维持河流生态系统完整性的重要驱动力，该目标不同于过去仅仅考虑最小环境流量和适宜环境流量，它综合考虑河流在水库拦蓄前后水流情势不同进行分析。目前在模拟自然水流情势研究中方法有生态缺失法、生态水文指数法和环境流量组成法等。其中生态水文指数法较为常用，该法根据生态水文指标建立生态控制目标，收集河流的历史数据 （通常指建坝前），分析指标的变化趋势，利用模糊集方法将指标量化成可以优化的目标函数形式。如果是服从正态分布，可以采用以下函数形式计算指标的隶属度

式中 x——某个水文指标或其统计值，如平均流量；

μ——生态水文指标的隶属度值；

m，σ2——建坝前生态水文指标的均值和方差。

（2）水生生物种群健康。用水生生物反映河流生态系统完整性时，水生生物可选择水生底栖动物、水生无脊椎动物以及鱼类等。因鱼类在河流生物群落中占有重要的地位，一般选择鱼类作为河道生物指示生物。河流生态系统中，鱼类生境健康与否对于鱼类生存繁殖具有重要意义，鱼类生境通常是指鱼类生存的环境，包括水文、水力以及水质条件，如流量、流速、水深、水温和溶解氧等。(www.xing528.com)

其中水质条件对于鱼类生存至关重要，而且水质具有容易监测、流量和水质之间关系容易定量等优点，因此，水质指标法通常作为定量生态调度生态目标设定的常用方法。当河流生态系统对水位、流速、水温等比较敏感时，同样可将某个断面水位、流速和水温变化值作为控制目标，其中水质指标法可以采用模糊理论对各个水质指标进行规范化处理，再进行综合，设定目标函数形式为

式中 μi——第i指标的隶属函数；

N——指标的总数目；

fn（Q）——第n时段流量为Q 时水质状况。

此外，通过对鱼类对水流变化（包括流速、水深、水面宽等要素）响应的研究，建立鱼类种群、数量与水流的关系，确定河流的流速、水深、水温、流量等合理的变化范围，其中鱼类加权可利用面积（WUA）常被用于生态目标设定。