赣江下游河道适宜生态需水量计算

受气候变化及人类活动的影响,赣江下游河道生产生活与生态用水的矛盾日益增加。本研究采用Tennant法和生态流量阈值法分别计算外洲断面生态需水量,并采用基于四大家鱼为生态保护目标的湿周法进行筛选比对,确定赣江下游适宜和较适宜的生态需水过程。结果表明：Tennant法和生态流量阈值法计算得到的年均适宜生态需水量分别为845.44m³/s、1 041.30m³/s,占外洲断面多年平均径流的40%左右;年均较适宜生态需水量为626.60m³/s、561.16m³/s,占外洲断面多年平均径流的27%左右,为赣江下游适宜生态需水量的预留提供依据。     

四大家鱼产卵栖息地适宜度与大坝泄流相关性分析

为探究三峡—葛洲坝水库联合调度运行后,长江四大家鱼对不同大坝泄流工况下产卵栖息地水动力环境的适宜性,在构建长江四大家鱼主要产卵栖息地水动力数学模型及产卵栖息地适宜度评价模型基础上,针对大坝不同运行参数进行大坝泄流方式与四大家鱼产卵栖息地适宜度相关性分析。结果表明,大坝泄流量为10 000~15 000 m~3/s时,四大家鱼产卵栖息地具有较高的适宜度;在流量基数为10 000~15 000 m~3/s,日均流量增长率为1 000~1 500 m~3/s时,四大家鱼产卵栖息地同样有较高的产卵栖息适宜度。研究结果可为构建考虑家鱼自然繁殖的水库生态调度方式提供参考。     

水库生态调度模型及其应用

为了减轻水利工程对河流生态系统造成的不利影响,针对汉江中下游的主要生态问题,结合不同时期生态因子和水文观测资料,分析计算了汉江的最小生态流量、适宜生态流量以及四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲过程。通过建立丹江口水库生态调度模型,选取典型代表年,对丹江口水库进行河流生态需水量和人造洪水调度。计算结果表明,丰水年和平水年能满足最小和适宜生态流量的需求,典型枯水年能满足最小生态流量,特枯年份无法满足适宜生态流量过程。分析了生态调度对水库发电效益产生的影响,丰水年影响甚微,平水年和枯水年的影响逐渐加大。通过水库的人造洪水调度可以满足四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲环境。实施水库的生态调度有益于人水和谐的可持续发展。     

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。     

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。     

基于改进水文比拟法的新丰江生态流量计算

为减小水电站开发对下游河道生态环境的影响,以广东韶关新丰江为例,用改进水文比拟法计算流量,同时用水文学法进行生态流量计算。结果表明：运用改进水文比拟算法能较准确获得新丰江干流丰城、狮石滩、涧下和银潭4座水电站的月平均流量(分别为20.57 m³/s、21.80 m³/s、22.54 m³/s和22.97 m³/s);4座电站生态流量最终取值分别为3.62 m³/s、3.63 m³/s、3.73m³/s和3.93 m³/s;其生态流量的月满足程度均在99%以上,能满足设计保证率。研究成果可为新丰江等中小河流水资源开发利用与生态系统保护及中小河流水电站生态流量计算提供参考。     

基于四大家鱼生境需求的灌河生态需水过程研究

针对生态用水被严重挤占和鲇鱼山水库拦蓄作用造成的灌河中下游生物多样性减少及鱼类栖息地被破坏等生态问题,对灌河鲇鱼山水库下游至与史河交汇口90 km长的河段进行生态需水过程研究。分析确定以四大家鱼作为目标物种,计算鱼类生长繁殖所需的生态基流、敏感生态需水和触发鱼类关键生命活动的高流量脉冲过程。考虑到灌河实际情况,选择利用Tennant法计算生态基流,利用生境模拟法选择水深、流速和氨氮3个生境要素,借助MIKE21水动力水质模型计算敏感生态需水,根据历史流量资料计算产卵期所需的高流量脉冲特征值。结果显示:生态基流和敏感生态需水分别为3.4m~3/s和12 m~3/s,产卵期需要1～2次流量大于24 m~3/s且持续3 d以上的高流量脉冲过程。对比历史流量资料和研究结果发现,鲇鱼山水库生态基流和敏感生态需水过程不满足生态需要,高流量脉冲过程基本可以满足,需要通过生态补源建设和改进鲇鱼山水库调度方式等塑造适宜的生态需水过程。     

基于鱼类栖息地需求的雅鲁藏布江中游环境流量计算

针对水利工程影响下,河道下游天然水文情势改变造成鱼类产卵场面积减小和质量降低等潜在生态问题,通过数值模拟与统计建立拉萨裸裂尻鱼产卵期栖息地适宜度模型,采用栖息地模拟法计算了雅鲁藏布江中游藏木水电站坝下米林—尼洋河汇口处38.9 km河段的环境流量。结果表明:拉萨裸裂尻鱼产卵期适宜水深为0.7～1.0 m,适宜流速为0.4～0.6 m/s;研究河段内拉萨裸裂尻鱼产卵期环境流量为432 m~3/s。     

三峡初期蓄水对典型鱼类栖息地适宜性的影响

三峡工程是长江中游干流最大的骨干工程,蓄水后下游水文情势发生明显改变。分析水库运行后下游水文情势的改变情况,将为了解大型水利工程对河流健康状况的影响程度和开展生态保护提供有意义的信息和帮助。本文选择宜昌站作为研究对象,并以中华鲟和四大家鱼为典型代表物种,研究三峡工程初期蓄水对下游生态系统的影响。结果表明,三峡工程蓄水运行后,坝下宜昌站生态水文条件发生明显变化,主要表现为多年平均水温上升,多年平均流量、水位和含沙量下降;非汛期的水温以及汛期的流量、水位和含沙量月径流过程明显改变;下游生态水文条件的改变,导致中华鲟鲟卵孵化适宜度和四大家鱼产卵适宜度明显降低;栖息地内生态水文条件的变化是影响中华鲟鲟卵孵化和四大家鱼产卵行为的关键因素,而不是影响中华鲟产卵和四大家鱼鱼卵孵化的关键因素。     

考虑鱼类产卵场健康的生态需水核算 ——以西江东塔产卵场为例

产卵场是鱼类栖息地中敏感场所,具有特殊的水文水动力特征,对鱼类自然繁殖有重要的生态学意义。为有效缓解家鱼资源衰退趋势,开展针对四大家鱼自然繁殖的生态需水核算研究,保障家鱼繁殖的用水需求是一种有效的方法。首次以西江段东塔产卵场为研究区域、四大家鱼为目标物种,构建研究区水动力特征指标适宜性曲线,采用二维河流水动力学模型River2D,模拟不同流量下流速和水深等因素对鱼类产卵场的影响,建立流量与四大家鱼栖息地权重可用面积变化的关系,从而确定研究区生态需水量。研究结果表明:基于20种流量工况(1 000～20 000 m~3/s)模拟结果显示,东塔产卵场最大权重可用面积为101 935.48 m~2,适宜权重可用面积对应的生态需水量为10 277.54～12 546.61 m~3/s,该值可作为四大家鱼产卵期的生态需水峰值。基于历史月平均流量工况模拟结果显示,东塔产卵场1—12月可利用加权面积最小值对应的流量分别为:1 339.67、1 256.53、1 361.93、2 126.09、4 057.10、6 202.66、6 734.19、5 316.12、3 092.66、1 680.32、1 234.40、1 168.32 m~3/s,该系列值可作为维持东塔产卵场功能的最小生态需水量。利用维持四大家鱼产卵场健康确定河道生态需水量有利于鱼类种质资源的提高,在维持生物多样性乃至对整个生态系统具有重要的生态学意义。     

水库生态流量核定及保障措施研究

为推动江河湖库生态保护治理,以乌都河英武水库为例开展了生态流量核定及保障措施研究。英武水库作为乌都河干流的龙头水库,是流域内唯一的大型水库,其工程建设运行对下游水生态系统的结构和功能具有显著影响。在分析其坝下河段用水需求的基础上,综合采用水文学Tennant法、水力学R₂-Cross法等生态需水分析方法,结合坝址上下游梯级已批复的生态流量成果,综合研究确定英武水库生态流量以及保障措施。结果表明：按照取外包最大值的原则确定工程初期蓄水期和运行期,每年11月至次年3月下泄生态流量不应低于1.45 m³/s, 4～10月下泄生态流量不应低于2.9 m³/s。研究成果可为维持英武水库下游河流形态和基本生态功能、复苏乌都河流域生态环境提供参考。     

三峡初期蓄水对典型鱼类栖息地适宜性的影响

三峡工程是长江中游干流最大的骨干工程，蓄水后下游水文情势发生明显改变。分析水库运行后下游水文情势的改变情况，将为了解大型水利工程对河流健康状况的影响程度和开展生态保护提供有意义的信息和帮助。本文选择宜昌站作为研究对象，并以中华鲟和四大家鱼为典型代表物种，研究三峡工程初期蓄水对下游生态系统的影响。结果表明，三峡工程蓄水运行后，(1) 坝下宜昌站生态水文条件发生明显变化，主要表现为多年平均水温上升，多年平均流量、水位和含沙量下降；(2) 非汛期的水温以及汛期的流量、水位和含沙量月径流过程明显改变；(3) 下游生态水文条件的改变，导致中华鲟鲟卵孵化适宜度和四大家鱼产卵适宜度明显降低；(4) 栖息地内生态水文条件的变化是影响中华鲟鲟卵孵化和四大家鱼产卵行为的关键因素，而不是影响中华鲟产卵和四大家鱼鱼卵孵化的关键因素。     

黄河流域甘肃段河道生态需水阈值的探讨

研究河道生态需水阈值对于提升河流生态系统多样性、稳定性、持续性及河道生态需水管理具有重要意义。针对黄河流域甘肃段河流断流、水污染严重及泥沙含量高等水与生态环境问题,依据30个水文站1956—2016年的河流月径流资料,采用年内展布计算法确定生态基流量,并与自净需水量、输沙需水量按照“取大”原则整合为基本生态流量;采用逐月频率计算法确定目标生态流量。综合基本生态流量与目标生态流量分布特征,获得年内河道生态需水阈值,对其进行等级评价并分析满足程度。结果表明：年内水量较枯、较丰时段黄河干流河道生态需水阈值分别为74.78～393.29 m³/s、595.35～1 108.84 m³/s;玛曲至上诠段支流分别为8.97～26.81 m³/s、30.16～156.20 m³/s;上诠至安宁渡段支流分别为0.64～11.93 m³/s、3.50～124.61m³/s;安宁渡以下段支流分别为5.67～7.76 m³/s、14.77～30.53 m<...     

长江上游水文情势变化对保护区铜鱼产卵的影响

为研究向家坝、溪洛渡水电站运行后长江上游水文情势变化及其对保护区鱼类产卵繁殖的影响,以铜鱼为研究对象,采用水库下游朱沱水文站实测流量资料,基于IHA水文变化指标体系,重点选取涨水过程和高流量脉冲过程特征指标,定量分析了向家坝和溪洛渡水库蓄水运行后铜鱼产卵期的水文情势变化情况以及铜鱼产卵的变化情况。分析结果表明:水文特征指标都发生了一定程度的变化,高流量脉冲过程的特征指标变化明显;高流量脉冲发生次数增多,历时变短,起涨流量无明显变化,起始涨幅增大928 m~3/s,峰值流量显著下降了7 079 m~3/s,且发生时间提前,峰值流量对应历时缩短了10 d,平均日涨幅增大了963 m~3/s;铜鱼产卵量降低,产卵高峰期比蓄水前集中,初步提出了铜鱼产卵对高流量脉冲过程各特征指标的需求。研究成果可为长江上游水库生态调度及保护区内重要鱼类的保护提供参考。     

航道整治对东流水道四大家鱼栖息地适宜度的影响

为探讨长江下游东流水道二期整治工程对河段内四大家鱼繁殖水流条件的影响,根据平面二维水流数学模型和四大家鱼适宜度曲线,建立了四大家鱼栖息地适宜度模型,并对东流水道不同时期的四大家鱼适宜度分布情况进行了数值模拟,初步评估了东流水道二期整治工程对四大家鱼适宜度的影响。结果表明:东流水道二期工程能增加四大家鱼产卵期理想的适宜性区域,有助于四大家鱼的产卵繁殖;对四大家鱼在生长期的影响因时期不同而有略有差异,在二期工程施工刚完成时不利于鱼群生长,但在施工完成较长一段时间后则有利于鱼群生长。建议在进行航道整治工程的整体布局和尺寸设计时考虑工程对目标鱼群栖息地适宜度的影响,使航道整治工程对目标鱼群栖息地适宜度的影响达到最小,甚至增加目标鱼群的理想适宜度和范围。     

基于鱼类生境需求的生态流量过程研究

选用日涨水率和日落水率两个生态水文因子,构建裂腹鱼栖息地生态水文学特征指标。结果表明,产卵期日涨水率的适宜范围为0.005~0.015,日落水率的适宜范围为0.005~0.015;非产卵期(5~10月)日涨水率的适宜范围为0.01~0.05,日落水率的适宜范围为0.02~0.04。采用文献法和专家法得出裂腹鱼产卵期偏好水深范围为0.5~1.5 m、偏好流速范围为0.5~2.0 m/s。用不同方法计算了苏洼龙水电站坝下河段生态需水量,并结合金沙江上游天然河流的水文情势及裂腹鱼栖息地生态水文学特征,以生态水力学法的计算结果作为基流量,确定了苏洼龙水电站坝下河段的生态流量过程。     

三峡水库运行以来四大家鱼产卵的生态水文响应变化

水库对径流的调蓄作用,改变了天然河流的水文情势,从而破坏了鱼类原有的生长繁殖条件和对环境的正常行为响应。2011年以来,三峡水库在四大家鱼繁殖期采取了积极的生态调度运行方式以减缓这一不利生态影响。为分析三峡水库运行以来四大家鱼产卵的生态水文响应变化,本研究应用Weber-Fechner生物感知定律,新提出了鱼类感觉日流量涨幅和鱼类感觉累积流量涨幅两个生态水文指标,并借鉴前人提出的有效反映四大家鱼产卵响应的指标,利用2013—2019年多年水文、生物监测成果分析了鱼类产卵与当前水文过程的响应特性。结果表明:(1)当前刺激家鱼产卵的涨水关键生态水文指标为鱼类感觉日流量涨幅、鱼类感觉累积流量涨幅、流量日增长和流量总增长;(2)涨水过程中有效刺激家鱼产卵达全年产卵规模25%以上的生态水文指标阈值为鱼类感觉日流量涨幅8.37%～36.05%、鱼类感觉累积流量涨幅58.58%～180.23%、流量日增长1 295～2 825 m~3/s、流量总增长7 500～12 670 m~3/s;(3)总体上三峡水库生态调度对四大家鱼产卵具有较好的促进作用。     

碗米坡水电站生态流量的计算与分析

为做好已建水利水电工程生态流量核定工作,本研究采用Tennant法、Qp法和7Q10法三种水文学方法计算碗米坡水电站坝址断面的生态流量,计算成果分别为29.40m³/s、25.80m³/s(25.06m³/s)和25.20m³/s。研究表明酉水属于丰枯变化剧烈的山溪性河流,河道径流季节变异相对较大,Tennant法计算生态流量成果较Qp法及7Q10法偏大。上游水利工程运行调节进一步加大了枯水期河道内径流变异程度,宜采用Qp法核定碗米坡水电站生态流量。同时强化流域水资源统一调度管理,提高水利工程生态流量保障程度。     

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。     

面向河流生态完整性的黄河下游生态需水过程研究

提供适宜的生态流量对维护河流健康和支撑人类社会发展具有重要意义。尽管栖息地模拟法物理机制清晰、应用广泛,但对生物群落考虑不足、生命节律信号缺失等问题长期存在。以维护河流土著生物群落完整性为目标,本文将天然水文情势作为参照系统,结合栖息地模拟与水文参照系统特征值,建立了一种面向河流生态完整性的生态需水过程评估方法,兼顾指示物种生存繁衍和土著生物群落基本生存。黄河下游利津断面评估结果显示:利津断面年最小生态需水量119亿m~3,适宜生态需水量130～137亿m~3,涨水期需提供1～2次持续时间不低于7 d、流量不低于1220 m~3/s的高流量脉冲。对比历史实测流量过程与本文生态需水成果,发现利津断面水量充足,但流量过程不满足生态需求。黄河需加强水库群调度,协调径流年际和年内分布,塑造适宜的生态流量过程,并适时塑造高流量脉冲。