人与河流的生态发展分析

新世纪,如何兼顾人类和生态的可持续发展是世界各国都必须面对的挑战.本文介绍了南非的建块法和澳大利亚的基准测量法.两种方法的目标都是,通过使河流水流接近河流平均的天然水流过程的途径来保证所确定的河流生态目标.他们的概念和方法与大家所熟知的"最小生态流量"、"生态基流"等概念、方法存在着一定的区别.     

考虑天然水流模式的多目标水库优化调度模型及应用

充分考虑水流条件对河流生态环境的重要性,将水流模式作为河流生态要求的重要目标进行量化。根据水流模式与常规水库兴利要求对水流的不同利用方式,从天然水流模式和水库的配水方式2个方面设立目标函数,建立兼顾水库兴利要求和河流生态环境要求的多目标水库调度模型。将该模型应用于丹江口水库中,采用非劣解分类遗传算法(NSGA-II)进行优化求解。结果表明:对河流水流模式进行仿天然性优化后,可以有效改善水文模式中变化较大的指标,使其值尽量贴近天然流量的变化范围,进而降低河流生态环境所受水库调蓄作用的负面影响。优化结果对水库兴利功能的影响程度不大,偏好于生态环境目标的调度方式更有利于南水北调实施调水。     

浅谈河流生态修复的理念、措施与实践

河流是构成人类生存环境和经济社会建设的一个重要组成部分,自古以来,河流就承担起为人类发展和自然生态延续服务的双重功能,同时也承担来自这两方面的压力。但是人们在开发利用河流时并没有很好的遵循它的自然规律,使得目前全世界绝大多数河流都处于"病态"之中。对于不同的部门来讲,河流健康意味着不同的含义,我们在了解河流生态修复的研究进展、指导思想以及原则后,根据河流生态修复的目标,运用河流生态修复措施对"病态"的河流进行修复,并且在国内外都取得了喜人的成果。     

大洋河河流生态需水研究

从水生生物保护的角度出发,应用重点关注水生生物敏感期的方法对大洋河进行河流生态需水研究,即生态需水量在生物保护目标敏感期由水文断面资料、水位流量关系、生物产卵期所需水流条件共同计算确定,在非生物敏感期采用最小月流量法计算.应用该方法分别计算大洋河8~9月濒危鱼类马苏大麻哈鱼产卵期、4~6月多种鱼类产卵期、枯水期非生物敏感期所需生态流量,并根据计算结果建议在对河流开展调水工程时应考虑对生态需水量的影响及对水生生物的保护.     

河流水资源结构分析研究

针对河流中水体的功能和作用,从生态保护、兴利运用和防洪减灾的角度出发,提出了河流水资源结构分析的思想和方法.河流水资源可划分为生态水量、安全水量、风险水量和灾害水量四部分,各部分水量由特定的流量来界定.以北方河流为背景,在对4种水量的概念及其功能与作用深入分析的基础上,提出了各类水量的计算方法;研究了松花江哈尔滨水文断面的水资源结构划分和各类水量分配规律.结果表明,所提出的方法可以对河流水资源进行定量分析,进而实现分类管理、高效利用.     

河道内生态需水量估算的生态水力半径法

界定了生态流速和生态水力半径的概念,提出了一种同时考虑河道信息(水力半径、糙率、水力坡度)和维持某一生态功能所需河流流速的水力学方法．找出了该方法的关键参数是确定生态水力半径所对应的河道过水断面面积,重点推导了抛物线形过水断面与水力半径之间的关系.这种新方法的计算不仅能更好的适应鱼类对流速的要求,而且可用于其他生态问题有关的生态水流(如泥沙和污染自净的计算等)．以估算雅砻江支流泥曲的朱巴站河道内生态需水量为例,说明了计算过程,同时用Tennant法作为对比．结果表明:水力半径法计算朱巴站河道内生态流量基本处于Tennant法所计算的最小和适宜生态需水量之间,由于该方法考虑了生态流速(如鱼类洄游流速),故所得的结果符合实际情况．     

基于生态的城市河流水量水质联合调度模型

针对城市河流河道淤堵、过流能力下降、水质恶化、生态环境破坏等问题,根据城市河流的基本特点和功能,从满足城市河流生态需水量出发,建立了基于生态的城市河流水量水质联合调度模型,模型中水流运动方程和水质模型分别采用圣维南方程和一维对流扩散模型,并分别采用Perissmann四点隐式离散法和有限控制体积显式算法进行求解.将该模型应用于郑州市七里河水系的闸坝生态调度,分析不引用黄河水和引用黄河水2种方案下生态需水量调度效果.计算结果表明,在引用黄河水量的情况下,河道生态需水量能基本满足要求,而在不引黄河水的情况下,其生态需水量无法满足要求.基于生态的城市河流水量水质联合调度模型可为城市河流水量水质联合调度方案的制订、河流生态修复提供技术支持.     

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义.基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析.试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失.对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶前,较大流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动.     

河床演变的最小阻力趋向

本文通过一个简单的实验证明无论是冲积性河流还是游荡性河流,都遵循"最小阻力趋向"法则运动,揭示了实际河床演变并不是按照"最小能耗率"来发展.只有通过系统的物理实验进行深入研究,才能揭示河床演变甚至水流运动的真正本质.     

基于流量恢复法的黄河下游鱼类生态需水研究

运用流量恢复(the flow restoration methodology)方法研究黄河下游鱼类生态需水,其基本思路是:首先获得所保护鱼类生态习性相关的流量信息,包括水深、流速、水量等.然后建立概念性模型,确定鱼类和特定流量组分之间的联系.在此基础上,确定流量目标,每一个流量目标被赋予一些水力指标,作为获得满足这个目标的环境流量计算的依据.运用水文学、水力学模型确定满足这些流量目标需要的水流条件,包括数量、持续时间、频率和发生时间,给出满足鱼类生长需要的生态流量.最后给出不同水资源管理情景下可接受的鱼类生态需水.     

基于流量恢复法的黄河下游鱼类生态需水研究

运用流量恢复(the flow restoration methodology)方法研究黄河下游鱼类生态需水,其基本思路是:首先获得所保护鱼类生态习性相关的流量信息,包括水深、流速、水量等.然后建立概念性模型,确定鱼类和特定流量组分之间的联系.在此基础上,确定流量目标,每一个流量目标被赋予一些水力指标,作为获得满足这个目标的环境流量计算的依据.运用水文学、水力学模型确定满足这些流量目标需要的水流条件,包括数量、持续时间、频率和发生时间,给出满足鱼类生长需要的生态流量.最后给出不同水资源管理情景下可接受的鱼类生态需水.     

幼发拉底河生态径流计算

根据生态径流的概念和计算方法,利用幼发拉底河流域上的3个代表水文站在流域大规模建坝前的流量资料,计算了各个站点的最小生态径流和适宜生态径流,提出了幼发拉底河维持河流生态健康所需的生态径流量.     

三峡大学沙河生态环境需水量研究综述

河流系统的生态需水是指维持河流正常的生态结构和功能所需要的一定水质最小水量,具有明显的时空变化特征.对河流生态环境需水,在国外已经引起了政府管理部门的重视,并有了一些计算方法.结合三峡大学沙河河道环境需水,介绍了国外的生态环境需水量研究方法.     

受损河流的生态修复

基于人类与河流关系的发展与变化,划分了原始自然、工程控制、污染治理和生态修复等4个阶段,以此为前提来分别审视不同阶段河流系统诸功能与河流健康之间的关系,分析各个阶段河流治理与生态修复的基础。伴随着社会经济的发展和人类对河流系统的粗放式开发利用,许多河流系统都受到了严重损害。受损河流的修复需要对多目标、多层次、多约束条件的复杂系统进行优化,对河流功能及其阈值和受损状况准确把握,在此基础上提出不同阶段河流治理和生态修复的方法和技术。     

河流生态水文学研究进展

生态水文学是20世纪90年代兴起的一门新兴边缘学科,主要从流域尺度上研究水文与生态之闯的相互关系,探索实现流域生态平衡与水资源可持续利用的新途径.通过对生态学与水文学相关关系的分析,提出了河流生态水文学的概念与内涵,综述了河流生态水文学的研究进展,着重介绍了水文与生态的相互关系,水利工程的生态效应、河流生态需水量,以及河流生态系统的恢复,并在此基础上,结合中国实际情况,指出了河流生态水文学的研究重点,提出了未来的研究方向.     

国外典型河流生态流量管理实践及启示

 生态流量是河流开发与生态环境保护协调发展的关键指标和难点问题。目前,河流生态流量理论方法体系尚不完善,不足以全面指导生态流量管理实践,导致部分河流、河段的生态系统服务功能退化。虽然生态流量的理论体系和计算方法已开展了较多研究,中国学者对国外生态调度也做了回顾和梳理,但是对生态流量的管理目标仍未形成统一认识。通过梳理国外7条典型河流的生态流量管理实践,从珍稀濒危洄游性鱼类、国际重要湿地、珍稀濒危鸟类等多种生态保护目标,以及流域综合管理机制、水权交易、国际投资等政策管理的多个方面,分析了不同河流的生态流量实施过程和效果,归纳总结了7条典型河流生态流量管理实践的成功经验和不足,进而提出了对政府、管理部门、研究机构、水电企业和非政府组织等多个利益相关方在生态流量研究与管理方面的启示。     

基于移动窗口的DEM河网提取

从DEM中提取河流网络,目前应用最普遍的是径向水流算法,但当DEM中存在平地时,径向水流算法会形成平行水流,而存在洼地时,径向水流算法又会造成水流无法流出,形成断流。本文提出基于移动窗口的算法,它需要用户创建一个初始的窗口,窗口边界位于河流的部分称为"河流段"。算法检测窗口边界与河岸的交点,如果没有交点,则扩大窗口,如果有交点,则检查河流段的数量,当只有一个河流段时,调整窗口的位置;有多个河流段时,将窗口逐个移动到这些河流段的中心点上并且继续检测交点。反复调整和移动窗口,直到它无法再移动,然后连接窗口的中心点就可以得到完整的河流中心线。此算法有效地利用了数据的局部特征,通过简单的阈值设置就可以获得良好的提取效果。     

基于DEM与遥感信息的秦淮河流域数字水系提取方法

利用数字高程模型DEM提取流域数字水系的方法存在精度差、提取出的流域水系与平坦地区和山区流域实际情况差别较大等缺陷.为了克服这一流域数字水系提取方法所存在的缺陷,引入了利用遥感信息来弥补DEM缺陷的方法;提出了一种利用遥感影像提取流域水系信息,采用基于数字河流和湖泊网络(DRLN)的水流方向修正法修正DEM中平坦地区主干河流及湖泊地区栅格的水流方向的流域数字水系提取方法,并以秦淮河流域数字水系提取为例对该方法进行了实验.实验结果表明,该方法能消除大量的平行河道,修正与实际偏差较大的主干河流,在平坦地区和山区均能提取出较符合实际情况的数字流域水系.     

基于生态修复治理下的茅洲河流域生态分区

近年来,随着城市化的不断推进,城市河流的生态系统出现破坏现象.目前多采用以生态分区为基础的区域生态环境管理和生态资源信息配置模式提供地理空间框架.深圳市茅洲河作为典型的城市污染河流,其生态分区可为城市生态资源管理及治理提供科学依据.本文针对茅洲河生态环境问题,提出城市河流实行"分项、分类、分区"三级划分体系.基于SPSS分层聚类分析技术,用水文、水质、河岸带及地貌和水生生物作为四大主要项目,构建涵盖各项目18个子指标的量化评分标准;通过对评分结果聚类,合并同质性子流域得出各项目的空间分类情况,并按照生态破坏程度将茅洲河流域分为一级生态红线区、二级生态黄线区及三级生态蓝线区.本文将聚类和定量分析运用于生态分区,为城市河流的治理提供新的方法.     

城市河流污染防治需水量研究——以成都南河为例

所研究的城市河流生态需水是属于河流生态环境需水的研究范畴。城市的产生、发展与河流息息相关。由于在工业化、城市化进程中对水资源的竞争使用,造成了一系列严重的生态问题。河流的持续发展是城市发展的基础,研究目的是明确城市河流生态需水的定义及特征,找出一套适合城市河流的污染防治需水量的计算方法。