三峡水库出库流量变化对洞庭湖定居性鱼类产卵生境的影响

为分析三峡水库消落期不同出库流量与洞庭湖定居性鱼类产卵生境加权可利用面积之间的关系，选取水深和流速作为定居性鱼类产卵生境的关键影响因子，建立生境适宜性曲线，基于物理栖息地模型定量评估鱼类产卵生境适宜性的空间变化特征，并量化鱼类产卵所需的适宜生态流量。结果表明：三峡水库消落期增加出库流量对洞庭湖的水位及流速有一定的提升作用，对东洞庭湖的影响明显，对南洞庭湖和西洞庭湖的影响较小；随着三峡水库出库流量的增加，湖区定居性鱼类产卵生境的加权可利用面积呈现先增大再减小的趋势，不同湖区的加权可利用面积变化趋势及对三峡水库出库流量的响应情况具有显著差异，东洞庭湖定居性鱼类产卵生境的加权可利用面积呈现逐渐上升的趋势，南洞庭湖加权可利用面积总体增长幅度不大，呈现双峰曲线，西洞庭湖加权可利用面积呈现先增大后减小的趋势；定居性鱼类产卵生境的适宜生态流量范围为18 500～24 500 m³/s,最适宜生态流量为22 500 m³/s。     

基于鱼类产卵场保护的汛期生态流量阈值研究初探—以锦屏大河湾为例

以锦屏大河湾减水河段圆口铜鱼产卵场为例,采用IHARVA法分析了锦屏一级和二级电站运行对产卵场汛期流量过程等水文情势的改变及其对产卵的影响。在此基础上,以产卵适宜性条件为依据,选取减水河段中圆口铜鱼各产卵场代表特征断面,通过改进的R2-CROSS法确定了汛期生态基流量为298 m~3/s,并优化了水电站汛期调度方案,更有利于鱼类产卵场保护。     

黄河中下游河道生态需水研究

 根据黄河流域生态需水的特点,将研究重点放在中下游河道,选择黄河中下游及部分支流的主要控制断面研究黄河流域河道内生态需水。以河流水体存在（不断流或干涸）、水生生物完整性以及河流系统的水沙平衡为保护目标,分别计算河道最小生态流量、适宜生态流量和洪水期生态流量,将不同生态流量耦合时间特征计算了全过程生态需水。研究结果表明,黄河中下游河道适宜生态流量、洪水期生态流量和最小生态流量的相对值分别为18%～29%、156%～187%、9%～15%,对应于汛前期（4-6月）、汛期（7-8月）和汛后枯水期（9-3月）的河道生态需水,据此算得黄河中下游流域年生态需水总量占多年平均径流量的35%～43%。从河流生态需水时间特征出发提出的全过程生态需水计算成果,将为黄河流域的水资源合理调度和管理,生态系统保护和恢复提供科学依据。     

洄游鱼类坝下集群的水动力学特征与行为预测

以青藏高原某高坝工程为案例,重点关注鱼类在坝下洄游过程中,生境水力学条件的变化及生态行为学响应．通过综合采用生态调查、原位观测和数值模拟的方法,定量识别鱼类集群效应与上溯路线,解构鱼类集群喜好水深、流速和紊动强度．通过对3—6月过鱼季节典型运行工况的反演,提出适宜鱼类洄游需求的生境水力学条件,实现对过鱼设施效果定量评估和对鱼群行为的预测．      

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

基于水功能区划的河流生态环境需水量计算研究

以北运河为例,根据河流功能区划及河流特点,基于分时段、分区域、分等级的思想,综合采用Tennant法、水质模型法、鱼类生境法进行北运河流域生态环境需水量计算,得出北运河各功能区河段的最小、适中、最佳生态需水量。研究结果表明:沙河闸—北关闸、北关闸—杨洼闸的河段水污染严重,仅依靠增加基流量无法满足河流水质功能要求,需要在满足河道一定基流的基础上最大程度削减河段的污染物排放量;土门楼—筐儿港、筐儿港—屈家店河段,采用鱼类生境法计算河道生态环境需水量分别为2.581亿m3/a、3.016亿m3/a,此水量是该河段恢复河流生态结构与功能健康的最佳需水量。     

调水工程河道内生态需水量研究及实例分析

生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题.南水北调西线工程调水河流牛态需水量的计算也是调水规模论证的基础.在对生态需水相关理论进行概括总结的基础上,应用国内外较为成熟的水文学和水力学方法,对西线调水工程的河道内生态需水量进行了分析计算,并根据南水北调西线工程调水区独特的生态环境保护目标,考虑主要保护两岸植被及河道内的水生生物,且结果能满足维持河流生态系统健康的需要,选取针对性的方法对河流生态需水量进行了分析与计算.结果表明:为满足不同保护对象对生态环境需水的要求,调水河段生态环境需水采用各月生态环境需水的外包线,即3-6月为4～55 m~3·s~(-1),7-2月为2～40 m~3·s~(-1).河道内各坝址下游的年均生态环境流量分别为:热巴40 m~3·s~1,阿安、仁达、珠安达、霍那均为6 m~3·s~(-1),洛若、克柯2均为2·7m~3·s~(-1).     

基于多种水文学方法的赣江下游生态流量估算

气候变化和人类活动改变了天然径流的时空分配过程,水文情势的改变成为水生态系统退化的主要原因之一。开展生态流量研究,可为赣江流域水资源的优化配置、可持续开发利用和水生态系统的恢复提供科学依据。运用RVA(range of variability approach)、90%保证率下月最小日平均流量法、最枯月平均流量多年平均值法、NGPRP法、Texas法、多年日流量排频法(90%)6种水文学方法对赣江流域60多年的逐日流量资料进行研究,分析了赣江流域的生态流量过程,利用Tennant法对比分析,最终选择结合汛期RVA和非汛期多年日流量排频法(90%)下的适宜生态流量为赣江下游各月的适宜生态流量值。其中4—6月为赣江的主汛期,所需生态流量值最大,分别为1 520、1 988、1 924 m~3/s。与外洲站实测流量对比发现,赣江下游枯水期河道生态流量难以得到保障,不达标比例高于13%,尤其以1月和11月最为严重。     

从生态学角度谈莒口拦河闸过鱼设施的设计

近年来,大樟溪由于大量水电站开发而导致鱼类生境遭受破坏,鱼类洄游通道不畅,鱼类繁殖受到一定影响。在莒口拦河闸建设过程中,为缓解工程对水生态系统造成的影响,决定修建仿生态旁道作为主要过鱼设施。该文通过现场调查与资料收集,明确过鱼对象主要为花鳗鲡、日本鳗鲡以及花鲈,主要过鱼季节为每年2-11月。过鱼孔口/竖缝流速建议取值为0.5m/s,进口诱鱼流速建议取值为0.45～0.5m/s,鱼道中最小感应流速建议取值0.18～0.25m/s。     

基于产卵场生境变化的四大家鱼生态补偿模型研究

产卵场的生境条件是影响四大家鱼产卵、鱼卵孵化和鱼苗存活的关键因素﹒由产卵场生境变化导致的产卵场萎缩、鱼类资源锐减的生态补偿研究相对缺乏,因此本文以湘江干流常宁张河铺至衡阳云集河段的四大家鱼产卵场为研究区域,从影响家鱼产卵、鱼苗孵化及存活所需的水力、水环境、水温等生境条件入手,以湘江干流四大家鱼产卵期(4～7月)各项数据为基础,利用RVA法(变动范围法)计算刺激家鱼产卵关键水力条件(月均流速、极值流速出现时间、高低流速频率和历时)的改变度,采用均值综合污染指数法计算水环境改变度,并以1990年水温为基准计算月均水温改变度;将所得各指标改变度值作为输入因子,以鱼苗(卵)减少量作为输出因子,利用BP神经网络建立基于产卵场生境变化影响下的四大家鱼生态补偿模型,并对生态补偿过程中的主客体进行了初步探究﹒研究表明,因生境变化而影响家鱼产卵量的生态补偿量系数为0.941 1,需补偿的鱼苗(卵)产量为13.72亿颗(尾).     

不同生态目标玉符河湿地生态需水量

为保护北方地区湿地生态环境健康、恢复物种多样性,首要任务是确定湿地的生态需水量,以确定所需补水量。针对北方地区的河道型湿地,以济南市玉符河湿地为例,考虑丰、平、枯水年不同降水频率下的水面净蒸发,结合植被、土壤、野生生物栖息地、地下水补给需水量,利用水量平衡法汇总得到针对不同生态目标的理想、适宜和最小生态需水量。计算结果表明:消耗型最低生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为5.976×10~6~7.018×10~6m~3、3.954~4.857×10~6m~3、1.937×10~6~2.837×10~6m~3;保护型合理生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为9.839×10~6~11.181×10~6m~3、5.817×10~6~6.922×10~6m~3、2.762×10~6~3.770×10~6m~3。计算成果为下一步玉符河湿地生态环境健康的保护和物种多样性的恢复提供了理论支撑。     

飞云江干流生态流量分析

由于人类活动对自然环境的影响日渐增加,天然水文情势也随之改变。本研究在飞云江流域首次采用多种水文水力学方法对生态流量进行综合分析,对维持当地水生态健康具有重要意义。本文根据飞云江65年实测径流资料及实测大断面成果选取湿周法、年内展布法、7Q10法、最枯月平均流量多年平均值法、Texas法和水生物基流法6种方法分别计算飞云江干流的生态流量过程,采用Tennant法对多种方法的计算结果进行分析评价,最终综合选择湿周法、最枯月平均法、7Q10法的生态流量计算结果作为飞云江干流各月的生态流量值,其中4~9月为飞云江汛期,8、9月所需生态流量值最大,分别为38.74、36.56m3/s。通过与实测多年月平均流量比较,发现飞云江2月和8月易出现生态流量不满足的情况,不达标比例为18.46%和16.92%。本研究明确了飞云江流域的适宜生态流量过程,为流域水资源优化配置及河道生境改善提供科学依据;同时,综合采用水力学及水文学两类方法为提高生态流量计算结果的可靠性提供了新思路。     

基于InVEST模型的宁夏生物多样性保护优先区域生境评估与生态廊道构建

以宁夏生物多样性保护优先区为研究对象,基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST)中生境质量评估功能模块和最小费用距离模型,定量评价土地利用-覆被变化情景下研究区的生境质量,进而开展优先区生境质量的空间分区和生态廊道的构建.结果表明,2010—2015年,研究区草地面积增加168.76 km²,建设用地面积增加59.38 km²,森林、农田、湿地及其他用地的面积分别减少1.26,115.17,13.72,98.0 km²;研究区生境质量较高等级的用地面积所占比例由2010年的75.76%降低到2015年的70.54%,较低等级的用地面积比例由2010年的24.24%增加到2015年的29.46%;研究区生境质量大范围出现轻微退化;构建生态廊道总长410.0 km,为动物迁移创造了条件.对优先区进行生境评估和廊道构建,可为生态系统的科学管理提供参考.     

城市生态环境需水量计算方法与应用

通过分析总结城市生态环境需水量的内涵、特征和类型,提出了城市生态环境需水量包括城市河流、湖泊、绿地、湿地需水量同时结合水质水量模型实现水量水质相统一.以常熟市城区为例,进行了生态环境需量计算和水质水量模型的建立,结果表明:常熟市城区用于消耗或置换的河湖蒸发需水量、湖泊换水需水量和绿地蒸散发生态环境需水量总计657.5万m~3;常熟市水质水量模型模拟研究表明,城区全面截污后,城区河道COD_(Mn)、NH_3-N改善幅度分别为66.7%和64.5%;在20m~3/s、30m~3/s、40m~3/s外来引水流量下,COD_(Mn)改善程度分别为30.3%、35.1%、42%,NH_3-N改善程度分别为19.7%、28%、36.7%.     

河道水力学模型及最小生态需水量的估算

为了维系和保护玉符河最基本的生态功能不受破坏,结合玉符河河道的几何特征,应用一维非恒定流数学模型,即考虑河床渗漏的圣维南方程组,通过程序模拟得到玉符河研究河段内46个典型过流断面的水位和流量过程。结合生态流速-水深法的技术指标,计算和分析整个河段不断流所需的最小生态需水量。结果表明,当上游来流量为2.9m3/s时,基本可以达到保护玉符河河道生态功能的目标。该结果可为玉符河河道的生态修复工作及水资源的合理调度提供参考。     

基于多种水文学法的生态基流计算

基于西江大湟江口站1960—2017年逐日流量数据,运用Mann-Kendall等3种突变点检验方法将该站流量序列划分为人类活动干扰前（1960—1991年）和干扰后（1992—2017年）2个时段．以干扰前流量序列为基础,采用Tennant、NGPRP等6种水文学方法对该河段逐月生态基流进行计算,并与相关研究中基于该河段鱼类产卵期生境模拟计算结果进行比较,分析结果表明NGPRP法在该河段适用性更强．将NGPRP法计算所得各月生态基流值作为基准,分析比较干扰前后河段生态基流保证程度,分析结果表明干扰后9—11月生态基流保证程度有所下降,其余月份均有所提高,但由于西江规划水利设施较多,河流生态环境保护工作仍面临一定挑战．本研究为计算该河段生态基流筛选、确定适用程度较高的水文学计算方法,以及为该河段生态基流计算提供一定参考,并据此对该河段干扰前后生态基流保证程度进行分析,其结果可以为该河段生态保护和评估工作提供技术支撑．      

东江干流(惠州段)水生生态系统关键物种的优先保护顺序

以东江干流(惠州段)生物调查资料为依据,根据东江干流(惠州段)水生生态系统的食物结构,计算水生生态系统中各类种群的关键性指数,比较各类种群的关键性指数的大小,识别出关键物种;然后在计算每种关键物种濒危系数、遗传损失系数和物种价值系数的基础上得出其优先保护的顺序.结果表明:东江干流(惠州段)水生生态系统的关键物种为鱼类,处于1、2、3和4级保护级别的物种分别有1、3、7和39种;鲤鱼的保护顺序系数最高;四大家鱼亦应作为优先保护物种.     

西沙赵述岛海域珊瑚礁鱼类物种多样性

2017年4月采用水下录像方式对西沙赵述岛潟湖内外珊瑚礁鱼类种类组成、密度和种类相似度以及造礁珊瑚覆盖率进行评估.共鉴定珊瑚礁鱼类58种,隶属于1纲3目18科37属,其中鲈形目占绝对优势,共55种,占总种类数的94.83%.潟湖内外的珊瑚礁鱼类平均密度存在显著差异,且潟湖内(1.712 3±0.273 2尾/m2)高于潟湖外(0.655 1±0.029 3尾/m2).胸斑眶锯雀鲷(Stegastes fasciolatus)、三斑海猪鱼(Halichoeres trimaculatus)、宅泥鱼(Dascyllus aruanus)和栉齿刺尾鱼(Ctenochaetus striatus)为西沙赵述岛的主要鱼类,前3种主要分布在潟湖内,而栉齿刺尾鱼主要分布在潟湖外.潟湖内外珊瑚礁鱼类的种类相似性系数为0.29,属于中等不相似.潟湖内外的造礁珊瑚覆盖率分别为(7.98±9.91)%和(12.35±6.21)%,不存在显著差异.调查区内珊瑚礁鱼类以小型种类为主,珊瑚礁鱼类中食用价值高的石斑鱼科和鹦嘴鱼科的鱼类密度均不高,这可能与日渐退化的珊瑚礁生态功能和日益增加的人类活动相关.     

鄱阳湖最小生态需水研究

基于鄱阳湖水文特征,建立鄱阳湖最小生态需水计算模型。研究将频率95%对应的水位为湖泊最低生态水位,根据鄱阳湖水位-面积关系曲线,得到对应的鄱阳湖湖区面积为1 503.9 km~2。通过折算将水面蒸发转换成湖面蒸发,得到湖面净蒸发量为483.09 mm,湖区年最小生态耗水为7.3亿m~3。采用计算河道内生态需水的方法计算出湖生态需水,运用最小月平均流量法、逐月最小流量法、Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法和90%保证率逐月流量法等,对出湖河道生态需水进行计算,并用Tennant法对结果进行评价,通过分析比较得出90%保证率逐月流量法更适合确定鄱阳湖出湖最小生态流量,得到出湖最小生态需水为777.1亿m~3,最终得到鄱阳湖最小生态需水为784.4亿m~3。研究结果对鄱阳湖流域生态保育、水生态与水环境保护及水资源管理,提供重要科学依据。     

黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下"1958"型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m~3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m~3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3. 68×10~8t和1. 33×10~8t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.