长江中游典型河段底栖动物的物理栖息地模型构建与应用

考虑水生生物生境需求的物理栖息地模型被认为是评估河流流量变化对水生态系统影响的最可信的方法之一。本研究选取长江干流含有河漫滩的监利江段为实例,建立底栖动物各类群的物理栖息地模型,计算变化流量下栖息地适宜面积的时间序列,并据此进行生态流量决策。结果显示长江中游底栖动物最敏感的环境参数是流速,适宜范围为0～0.2 m/s;其次是水深,适宜范围为0～6 m。在考虑敏感环境参数的前提下,得出监利江段底栖动物的最佳生态流量为20 000 m3/s。三峡大坝蓄水后枯水期和平水期底栖动物适宜面积的低值部分减小,丰水期适宜面积增加。为了保护底栖动物栖息地,建议三峡大坝在防洪蓄水的同时能兼顾底栖动物的生态流量需求,调节枯水期和平水期的流量,让监利江段接近4000 m3/s,丰水期接近20 000 m3/s。在枯水年增大枯水期和平水期的流量,平水年增大枯水期的流量,丰水年减少丰水期的流量。本研究方法可以供长江其他河段目标物种的生态流量决策和生态修复方案设计参考。     

基于物理栖息地模拟的长江中游生态流量研究

将Delft3D水力学模型和栖息地模型组成物理栖息地模拟模型以研究鱼类的生态环境。以长江中游宜昌至枝江河段为研究区域,以长江的重要经济鱼类四大家鱼为目标物种,结合流速及水深两个栖息地限制因子计算研究区域内不同流量下四大家鱼4个产卵场的栖息地面积,得到了流量与栖息地面积关系曲线。分析该曲线,结果表明：长江中游四大家鱼4—6月份产卵期间的最小生态流量为4 570m3/s,适宜生态流量范围为12 000~15 500m3/s。计算结果在传统水文学法界定的生态流量范围之内,分析认为该计算结果更加合理,可为四大家鱼的保护和三峡及葛洲坝工程的生态调度提供参考建议。     

淮河流域环境流变化及其对洪泽湖鱼类栖息地的生态影响

为分析淮河流域环境流要素的变化趋势及其对洪泽湖鱼类栖息地的生态影响,以淮河中下游河段为研究区,采用IHA法,将蚌埠水文站1950—2015年径流序列划分为2002年蚌埠闸扩建前后两个时期,采用5种流量事件筛选出32种环境流评价指标,分析了水文变异条件下5种环境事件的生态效应;以鳜鱼为洪泽湖指示鱼类,综合考虑栖息地限制因子,运用PHABSIM模型得到栖息地加权可利用面积-流量曲线,计算了鳜鱼产卵期的生态流量。结果表明:淮河中下游环境流组成趋于单一化,大洪水事件减少,枯水流量增大,高脉冲流量持续时间缩短,出现次数增加,对下游生态环境不利;洪泽湖鳜鱼4—6月产卵期的最小生态流量为300 m~3/s,适宜生态流量为550 m~3/s;需合理调控环境流,增加鱼类补充和物质循环,并采取湖泊生态修复等措施,维持洪泽湖的生态平衡。     

滇中引水工程取水口下游金沙江生态流量研究

对拟建滇中引水工程大同取水口下游至虎跳峡前的43.5 km金沙江研究河段,采用流量历时曲线法和栖息地模拟法分别进行生态流量研究。栖息地模拟法选用目标鱼类长丝裂腹鱼,结合水动力学数值模拟与栖息地模型结合的方法,利用MIKE21建立研究河段的平面二维浅水水动力学模型。按长丝裂腹鱼对水深、流速的适宜度标准确定不同流量下的栖息地加权可利用面积(WUA),得到栖息地面积WUA随流量的变化趋势,最终确定目标鱼类产卵繁殖期适宜的生态流量值。比较2种方法的研究结果,取其中最大值作为最终生态流量值。     

干旱内陆河地区地表水和地下水集成模型及应用

基于水动力学基础建立了地表水和地下水集成模型,分析了地表水和地下水模型集成中的尺度耦合、转化量计算和移动自由液面法等关键技术问题.并采用该模型对一维明渠地表水流、一维和二维饱和一非饱和地下水流典型算例进行了模拟,计算结果符合实际.最后将模型应用于黑河干流中游地区地表水和地下水的转化分析,结果表明,黑河干流在黑河大桥以上约有17%的渗漏,在黑河大桥以下地下水向黑河的排泄量占莺落峡来水的30%左右,而地下水向黑河干流的河泉流量逐年减少.     

冲淤面积分配模式对黄河下游一维模型计算结果的影响

冲淤面积分配模式是一维水沙数学模型中需要处理的技术问题之一,合理选择冲淤面积分配模式能够保证一维模型的计算精度。本文首先建立了用于模拟实际游荡型河流复杂断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型。然后以黄河下游游荡型河段为研究对象,利用下游1992年实测高含沙洪水过程资料对所建模型进行了验证,计算值与实测值吻合较好。最后采用一维模型中常用的五种冲淤面积分配模式计算了该场次高含沙洪水过程,分析了不同分配模式对模拟结果的影响。结果表明:等厚度分配模式的计算效果相对较好,按子断面流量分配与按挟沙力分配两种模式的计算精度相当。冲淤面积分配模式对流量及水位影响相对较小,而对含沙量及河道冲淤过程影响较为明显,尤其对于淤积严重的河段。     

基于物理栖息地模拟的长江中游生态流量研究

利用Delft3D水力学模型和栖息地模型组成物理栖息地模拟模型，以长江中游宜昌至枝江河段为研究区域，以长江的重要经济鱼类四大家鱼为目标物种，结合流速及水深两个栖息地限制因子推求研究区域内不同流量下四大家鱼四个产卵场的栖息地面积。研究结果表明：长江中游四大家鱼4—6月份产卵期间的最小生态流量为4570m3/s，适宜生态流量范围为12000~15500m3/s。计算结果在传统水文学法界定的生态流量范围之内，而且比传统水文学法的计算结果更加合理，可为四大家鱼的保护和三峡及葛洲坝工程的生态调度提供参考建议。     

盘山闸对上下游河道冲淤的影响及防淤措施

盘山闸位于辽河干流下游的盘锦市,该闸修建后,闸上下河段的淤积明显增加,河槽过水面积普遍减小,河床高程的冲淤随距闸里程的增加而减小。防淤措施是:改建盘山闸;改善闸的运行方式,包括降低汛期闸前水位,调节闸下泄流量,增大闸下河道输沙能力。     

土地利用/土地覆被变化的水文效应模拟

通过SWAT模型数据库的建立、参数敏感性分析、率定、验证,模拟了泾河流域1992—2001年的月流量过程,并将构建的5种不同土地利用/土地覆被情景分别输入SWAT模型,模拟土地利用/土地覆被变化的水文效应。结果表明:随着草地和林地面积的增加,年均流量减小;地表裸露无植被时,年均流量比模拟期增大20.36%;地表全部为林地草地时,年均流量比模拟期减小7.68%;退耕还林和土地进一步退化时,年均流量均有所增大,但增幅不大。     

盘山闸对上下游河道中淤的影响及防淤措施

盘山闸位于辽河干流下游的盘锦市，该闸修建后，闸上下河段的淤积明显增加，河槽过水面积普遍减小，河床高程的冲淤随距闸里程的增加而减小。防淤措施是：改建盘山闸；改善闸的运行方式，包括降低汛期闸前水位，调节闸下泄流量，增大闸下河道输沙能力。     

水功能区水质响应系数计算研究

水质响应系数是计算水环境容量,进而明确排污责任主体的重要基础。以一维对流扩散方程为基础,基于线性叠加原理,推导了水质响应系数矩阵,探讨了基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法。基于HEC-RAS模型建立了辽河干流水动力水质模型,据此计算了辽河干流水功能区水质响应系数矩阵。结果表明:基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法可显著提高计算效率,而且HECRAS模型不仅在水动力模拟方面优势显著,在水质模拟方面亦表现出良好特性。较之公式法,基于综合水动力水质模型计算水功能区水质响应系数可以显著提高计算精度。     

中华鲟产卵栖息地的生态需水量研究

分析了葛洲坝坝下中华鲟产卵场近20年的水文资料和实测的产卵场地形和水力数据，用Tennant法通过历史水文资料计算得到了不同栖息地状况下的生态需水量范围，其中最佳范围为7800~13000 m3/s；采用IFIM法将中华鲟对栖息地流速、水深、底质的喜好性纳入考虑, 并利用地理信息系统技术结合中华鲟产卵场水动力模拟结果计算了不同流量边界条件下的适宜栖息地面积，并得到中华鲟产卵时生态需水量范围为5000~15000m3/s, 随后利用各年实测的中华鲟产卵日的流量数据验证了该结果的正确性；同时还得出当流量入口为葛洲坝大江电厂和二江电厂时，产卵场适宜栖息地面积比其它几种入口工况的大；且同流量下基于1999年地形得出的适宜栖息地面积远大于基于2003年地形得出的适宜栖息地面积。     

辽河干流中下游河段造床流量和平滩流量及有效流量分析

基于流量频率曲线呈皮尔逊Ⅲ型分布的特性,改进了马卡维也夫法。根据辽河水文站布设情况选取干流段福德店、通江口、铁岭、马虎山、平安堡、辽中、六间房等7个水文站为研究对象。首先将辽河干流段分成6个河段,分析了各河段的比降和蜿蜒度特征以及各水文站悬移质泥沙颗粒级配,然后选用1985-2013年水沙资料,逐年计算了各水文站造床流量、平滩流量和有效流量。结果表明,辽河干流中下游段是具有高蜿蜒度的平原河流;1985-2007年悬移质颗粒级配沿程总体呈减小趋势,而2008-2013年悬移质颗粒级配沿程总体呈增大趋势。通过3个特征流量的比较,指出平滩流量始终大于有效流量和造床流量,说明过去近30年间辽河干流中下游段主河槽的过流能力大于水流塑造河床的能力和远距离输沙能力。     

澜沧江中游河段中国结鱼栖息地模拟

为了定量化评估和预测不同水库流量下泄情况对生物栖息地变化的影响,选取澜沧江特有的经济鱼类——中国结鱼作为指示物种,构建栖息地模型模拟其适宜的生境范围。根据成鱼生活习性和产卵行为等关键因子建立栖息地适宜度评价指标(HSI),通过耦合一维水动力模型和HSI建立中国结鱼栖息地模型。基于模型模拟结果,得到成鱼加权可用面积(WUA_d)和产卵加权可用面积(WUA_s),并运用Mann-Kendall测试分析漫湾大坝建设前后WUA_s和WUA_d的变化趋势。结果表明:漫湾大坝建设期和运行期WUA_s和WUA_d分别发生突变。对中国结鱼的产卵场(WUA_s)而言,大坝对最低和中等级别的栖息地有显著影响,对最优级别的栖息地影响较小;对中国结鱼的成鱼(WUA_d)而言,大坝降低了中等和最优的WUA_d。产卵所需的最佳流量(2 200～3 200 m~3/s)大于成鱼生存所要求的最佳流量(510～760 m~3/s),因此为了给不同时期的鱼类提供适宜的生境,应尽量保持流量的多样性。     

信江白塔河柏泉站河段干流对支流顶托响应分析

河道的水位流量关系直接影响着水文资料整编的可靠性,合理而准确的水位流量关系可为水文预报和水利管理提供依据,精确的水位流量关系分析对河道水情分析和防洪管理有重要意义。以白塔河柏泉水文站河段为研究对象,借助Mike21软件建立河道水动力模型,模拟河道水流动力学过程,分析洪水顶托影响下站址断面水位流量曲线和干流沿程水面线,并通过情景模拟,剖析支流洪水对干流顶托作用。结果表明：水动力模型的模拟结果与实测值基本一致,相关系数为0.98,纳什效率系数为0.85,精度满足基本要求;河道水动力学模型可较全面分析干支流交汇处的水流变化状况以及干支流洪水过程的耦合响应;支流不同洪水的洪峰和洪量对干流顶托作用明显,而且与干支流洪峰到达时间的同步性关系较大。     

辽河干流河流生态需水评估整合计算研究

文中以辽河干流为研究区，选取干流上游福德店、铁岭水文站，中游马虎山水文站，下游六间房水文站为代表站，采用流量历时曲线法计算河流生态流量，并结合蒸发渗漏需水、河口湿地生态需水计算成果，进行辽河干流生态需水整合。在此基础上，以水文循环过程为主线，按消耗型生态需水及非消耗型生态需水2个类别，对各河段生态需水进行评估整合，求得辽河干流河流生态需水总量，可为辽河生态治理提供参考。     

三峡水库干流动防洪库容简化算法

基于三峡水库实测水文、地形资料,采用一维水流数学模型对三峡水库干流动库容进行了计算,在综合分析的基础上对水库各特征段动库容进行了拟合。结果表明,三峡水库干流动库容可通过其与各代表水文站水位的关系来近似简单表达,且具有良好精度;在坝前水位一定的情况下,三峡水库干流的动防洪库容随流量的增大而减小,动、静防洪库容差随着流量的增大而增大。     

平原感潮河网地区一维、二维水动力耦合模型研究

提供了一种复杂地形、水流条件下一维、二维水动力耦合模型的通用计算方法。根据感潮河流地形复杂、河岸弯曲多变、河道狭长的特征,采用有限元法求解一、二维水动力模型控制方程;在一、二维模型连接断面处．利用两种模型模拟的水位、流量相等的条件,实现一、二维模型的耦合。依据该原理,开发了大范围的上海市黄浦江上游地区河网一维与黄浦江干流二维水动力耦合模型,验证结果表明：一、二维耦合模型的设计是合理的。     

基于栖息地模型的新安江坝下生态流量研究

通过水力学模型与物理栖息地模型的耦合建立,揭示水文水力学与河流生物生命过程的响应关系,探索水生生物最佳生境所需的生态流量,为构建系统理论提供依据。基于物理栖息地模型,运用MIKE 21二维水力学模型模拟新安江坝下江段不同流量条件下的水深、流量分布,利用PHABSIM栖息地模型作出流量-WUA关系曲线,并得出虹鳟鱼适宜生态流量为160 m3/s,该值介于tennant评价标准极好与最佳之间,分析认为该计算结果更为合理,可为虹鳟鱼的保护和新安江水库的生态调度提供参考。     

辽河干流生态径流过程研究

本文从辽河干流实际情况出发,以特殊因子途径方法为基础,通过有针对性的生态目标识别来确定辽河干流的实际需求,最后通过耦合确定出辽河干流的年内生态径流过程,为实现河流健康发展提供借鉴.