水利工程对河网连通性的影响研究——以太湖西苕溪流域为例

河网连通性对维护河流生态系统的结构和功能具有重要作用,水利工程可改变天然河网的连通性,直接威胁到河流生态系统的健康与稳定。利用空间分析、连续性指标以及树状河网连通性指数等方法,深入探讨了闸坝对河网连通性的影响。结果表明,树状河网连通性指数能够较为全面地分析不同数量、可通过性及地理位置的闸坝对河网连通性的影响,可以广泛应用于流域规划过程中不同方案的比较,从而为水利工程设施的选址及设计提供参考。     

近60年长江流域河流纵向连通性演变特征

以长江流域为研究区,基于流域内水库、水电站、水闸和橡胶坝等4类拦河建筑物建设情况,采用阻隔系数法、最长连续河段占比法和区域整体法3种评价方法,探究近60年长江流域河流纵向连通性的演变特征。结果表明：基于阻隔系数法和最长连续河段占比法,2018年长江流域45条主要河流中评价等级为差、劣的河流数量皆为30条;在时间维度上,近60年长江流域主要河流的纵向连通性呈逐渐恶化的趋势,其中2000—2018年纵向连通性恶化最为显著;在空间分布上,评价等级为劣的主要河流集中分布在岷沱江、嘉陵江和洞庭湖水系水资源二级区;基于区域整体法,2000—2018年是长江流域二级区河流纵向连通性整体恶化的时期,2018年长江流域12个水资源二级区中有5个二级区的河流纵向连通性评价等级为优、良,其余7个二级区评价等级为中、差和劣。研究结果可为长江流域河流生态系统的保护修复提供参考。     

河流连通性及其对生态水文过程影响研究进展

为研究流域水资源开发利用对生态系统和水资源承载力的影响,梳理了河流连通性的内涵、分类及评价方法,并着重探讨了河流的纵向连通性,从水质、水量和生物3个方面剖析人工构筑物对水生态系统的影响机理。认为河流连通性是一个具有4维尺度的概念,即1个时间维度、3个空间维度,影响生态水文过程及群落结构的抵抗力与生态系统整体的稳定性,对其评价应该考虑时空变异性。指出后续的研究方向为:从指示物种层面进一步明晰河流连通性程度与生态水文过程的交互影响机理;统一河流连通性程度定量化评价方法和标准,增加不同河流、同一河流不同时期之间的可比性,为面向水资源承载力提升的河流可持续开发与保护提供理论基础。     

河流生态修复评价方法探讨

目前,有关河流生态修复评价指标体系研究中缺乏对经济可行性因素的考虑。在分析河流生态修复评价和相关经济可行性研究成果的基础上,通过识别河流生态环境的自然因素和社会因素,探讨了河流周边社会经济因素对河流生态系统修复产生的影响,并从修复必要性评价和经济可行性评价两方面着手构建了适用于河流生态修复评价的指标体系。采用层次分析法对河流生态修复评价指标赋予权重,建立了模糊综合评价模型,为河流生态修复评价研究提供了一种新的方法。最后,以河南省贾鲁河郑州段和周口段为例开展实际应用研究,结果证明本评价方法可行。     

水电规划的河流生态连通性研究

河流是人类繁衍生息之场所,河流生态系统包括河道、两岸及水体内的动植物群落、洪泛滩区和支流等,健康的河流生态系统需要保持其生态连通性以实现物质流、能量流、信息流交换和分配等生态功能。水电规划通过建设水工闸坝为人类社会发展带来福祉的同时也影响了河流的生态连通性,科学地进行河流水电规划需要以景观生态学、流域生态学理论为指导,遵循"生态优先、统筹考虑、适度开发、确保底线"的水电开发原则,以维护河流健康为目标,尽可能地保护河流生态连通性不被破坏。     

河流生态系统健康评价关键指标研究

在充分研究和详细总结国内外河流生态系统健康指标及其评价研究成果基础上,通过对河流生态系统结构、功能以及生态系统的物质和能量流等方面的进一步识别,从河流生态系统活力、恢复力、组织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响8个方面归纳总结了河流生态系统健康评价的理论、方法和标准,同时考虑河流生态系统强大的生态服务功能,在进行河流系统健康评价时增加了生态服务功能指标。通过系统分析河流生态系统健康指数系统,筛选了河流生态系统健康评价关键指标,提出了河流生态系统健康评价关键指标分级评价标准,并对河流生态系统健康总体评价进行了探讨,为河流生态系统健康评价提供了参考依据。     

水利水电工程维持河流连通性的思考

河流的连通性是河流生态系统的最基本特点,是河流生态系统保持其生态结构和执行其生态功能的重要前提条件和基础。近年来,水利水电工程对河流连通性的影响越来越受到社会各界的广泛关注和重视。文章阐述了河流连通性的概念与内涵,探讨了水利水电建设对河流连通性的影响,着重论述了恢复河流连通性的手段,结合我国水利水电工程在河流连通性恢复上存在的问题,提出了相关对策和建议。     

水利水电工程维持河流连通性的思考

河流的连通性是河流生态系统的最基本特点,是河流生态系统保持其生态结构和执行其生态功能的重要前提条件和基础。近年来,水利水电工程对河流连通性的影响越来越受到社会各界的广泛关注和重视。文章阐述了河流连通性的概念与内涵,探讨了水利水电建设对河流连通性的影响,着重论述了恢复河流连通性的手段,结合我国水利水电工程在河流连通性恢复上存在的问题,提出了相关对策和建议。     

基于图论的河道-滩区系统连通性评价方法

河流系统的连通性是维持河流生态系统健康的重要因素。基于图论连通度理论，将河道-滩区系统中的水流通道、鬃岗地形、小型封闭水域和牛轭湖等微地貌单元概化为图模型，并利用ArcGIS平台和DEM模型实现其表述。在此基础上，建立图的邻接矩阵，进行连通性分析和水流通道连通度计算，实现了河道-滩区系统连通程度分析的定量化。最后以瓯江丽水河段的河道-滩区系统为例，进行了一定水位条件下的连通状况模拟和连通程度定量分析。案例分析结果表明：通过确定关键性水流通道和水流通道汇合点，可对河流生态修复工程设计方案进行优化；利用本文所提出的方法对河道-滩区系统的连通性进行定量评价是有效可行的。该方法可用于河流健康评估、河流生态修复工程优化、河湖水网连通程度的定量分析等。     

永定河北京段生态系统健康评价及修复模式研究

针对永定河北京段生态系统存在的问题,分析河流健康与其主导功能间的响应关系,建立面向生态环境与社会经济服务功能的河流健康评价体系。采用层次分析法依次构建目标层、控制层、功能层与指标层,确定指标权重并计算河流生态系统健康综合指数,结合健康分级标准,最终确定永定河北京段的生态健康状况。计算结果表明:2015年永定河(三家店至卢沟桥段)处于基本健康状态,生态功能受损,建议优先采取水量补给措施,恢复河道生态基流,结合生境构建技术实现河流的综合修复与治理,对以永定河为代表的北方缺水型河流生态修复具有一定的参考意义。     

水系连通性的指标体系及其应用

水系连通指标是分析和评价连通性的关键。本文基于水系连通性的内涵、分析模式和连通机理,从河流边界、水流、泥沙、生态环境等方面提出河道(湖库)连通指标;根据连通指标的基本含义、计算过程和层次属性,将连通指标分为基本指标、过渡指标和功能指标,建立了水系连通性的功能评价指标体系;针对黄河下游河道的特点,建立了河道连通性的评价模型,对近几十年黄河下游河道连通性的变化过程进行了分析评价。评价结果表明,黄河下游河道连通性在1959年前为优等状态,1960年至1985年期间基本处于中等以上状态,1986至1990年代末由状态迅速恶化为差的状态,2000年以后河道连通性又逐渐恢复变为优良状态。     

Innovative approaches in river management and restoration

How research interacts with applications in river management and restoration is a critical question within the Anthropocene era. Improved knowledge regarding the socioecological effects of river management and restoration is therefore needed to establish compromises between water uses and riverine ecosystem requirements. This special issue tackles how river management and restoration activities have recently evolved to target cost‐efficient and more integrated measures. Some of the contributions showed monitoring feedbacks provide lessons to improve river status and assess success of restoration activities. The range of success indicators considered is continually widening, including more social factors in addition to existing ecological ones. Moreover, win‐win and adaptative strategies are also explored to make restoration projects successful and more appreciated by people. Upscaling approaches are also feeding into a growing research field to provide more robust diagnosis for evaluating river status, targeting improvement actions and considering integrative ecological issues in addition to chemical and morphological factors and even fluvial risk assessment.     

Changes in river connectivity indexes in the lower Yellow River between 1960 and 2015

Channel connectivity in the lower Yellow River has changed in recent decades as a result of climate change and human activities. Developing indexes that can be used to assess channel connectivity is a key issue in the lower Yellow River and beyond. We propose a suite of connectivity indexes based on several components of a river channel, including boundary, flow, and sediment indicators. Through an analysis of river connectivity over time in the lower Yellow River, we found that a decrease in precipitation was the main cause of poor river connectivity conditions in the 1990s. Since 1999, the year of impoundment of the Xiaolangdi Reservoir, river connectivity has improved, as shown by boundary, sediment, and ecology indexes, as a result of reservoir operation and regulation. However, water diversion may increase channel sedimentation, leading to a decline in sediment connectivity. The suite of river connectivity indexes developed in this paper and applied to the Yellow River can be used in similar sediment‐laden streams in other semiarid regions worldwide.     

Effects of dams in river networks on fish assemblages in non‐impoundment sections of rivers in Michigan and Wisconsin,USA

Regional assessment of cumulative impacts of dams on riverine fish assemblages provides resource managers essential information for dam operation, potential dam removal, river health assessment and overall ecosystem management. Such an assessment is challenging because characteristics of fish assemblages are not only affected by dams, but also influenced by natural variation and human‐induced modification (in addition to dams) in thermal and flow regimes, physicochemical habitats and biological assemblages. This study evaluated the impacts of dams on river fish assemblages in the non‐impoundment sections of rivers in the states of Michigan and Wisconsin using multiple fish assemblage indicators and multiple approaches to distinguish the influences of dams from those of other natural and human‐induced factors. We found that environmental factors that influence fish assemblages in addition to dams should be incorporated when evaluating regional effects of dams on fish assemblages. Without considering such co‐influential factors, the evaluation is inadequate and potentially misleading. The role of dams alone in determining fish assemblages at a regional spatial scale is relatively small (explained less than 20% of variance) compared with the other environmental factors, such as river size, flow and thermal regimes and land uses jointly. However, our results do demonstrate that downstream and upstream dams can substantially modify fish assemblages in the non‐impoundment sections of rivers. After excluding river size and land‐use influences, our results clearly demonstrate that dams have significant impacts on fish biotic‐integrity and habitat‐and‐social‐preference indicators. The influences of the upstream dams, downstream dams, distance to dams, and dam density differ among the fish indicators, which have different implications for maintaining river biotic integrity, protecting biodiversity and managing fisheries. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑水力连通性的水系连通评价指标体系构建与应用EI北大核心CSCD

在水系形态特征与水系结构连通性基础上,增加了包含水工建筑物数量、下游收水量和换水周期在内的水力连通性评价指标,构建了更加全面的水系连通评价指标体系。通过层次分析与熵权法相结合的综合评价法确定各指标权重,并利用该评价指标体系对廊坊市北运河-永定河区域水网3种水系连通方案进行了评价,得到最优水系连通方案。评价结果表明,构建的评价指标体系能够更加全面地表征水系连通情况,可用于河网水系连通评价。     

长江流域水系连通特征及其影响因素分析

水系的连通性是河流健康评价的一个重要指标,它影响到河道生态需水量、通航水深、湿地保留率等。在健康长江评价体系的14个指标中,水系的连通性作为一个重要指标被首次提出。通过对水系连通性基本概念的探讨,归纳了长江水系连通的基本类型,包括河流与河流连通、河流纵向连通和河湖连通3类;分析了长江流域水系连通基本特征和影响水系连通的原因。从地质历史时期及人类历史时期的时间尺度看,新构造运动、气候变化等自然因素在水系连通的阻碍方面是主导因子,但从100~10 a和年时间尺度上看,特别是近百年来,人类活动对水系的连通在很多地方起着决定性的作用。     

淮河流域水系盒维数与连通度相关性研究

在自然演变和人工干预双重影响下,河湖水系的发育程度和连通效果在不断变化,进而影响到流域水资源的合理开发利用。本文以淮河流域作为研究对象,从数字高程模型中提取了全流域水系结构图,并根据其他资料对结果进行修正;基于当地人工水系建设背景,运用分形理论计算了全流域13个水资源三级分区有、无人工水系情况下的水系分形盒维数;基于河道闸坝工程建设背景,运用图论方法计算了全流域13个水资源分区有、无闸坝工程情况下的水系连通度;最后,采用统计学方法研究了淮河水系盒维数指标与水系连通度指标之间的联系。结果显示,剔除人工水系后的各分区水系盒维数有不同程度的下降,且下降程度与区域水系个数、面积一定程度上成正比例关系;考虑有无人工水系、闸坝工程影响的各分区水系连通度,有的增大,有的减小;水系盒维数与连通度间大体上呈现正相关的趋势关系。研究成果可为有关部门开展淮河流域水系建设工作提供理论支撑,为摸清自然规律和人类活动对水系形态结构、发育情况和连通性的影响提供技术支持。     

太湖流域平原河网区水系连通性评价

河湖水系连通是流域及区域防洪、供水和水生态安全的重要基础。现有的基于水流阻力与图论的水系连通性评价方法并不适用于连通性受闸门工程调度影响较大的平原河网区,为此提出了改进的水系连通性评价方法,不仅考虑河网中不同类型河道的实际输水能力,还考虑了闸门启闭的开启度。以太湖流域平原河网区为例,运用太湖流域水量水质模型中的概化河网绘制河网图,结合模型计算出各河道水位及闸门开启度,构建出加权邻边矩阵,并利用MATLAB编程算出每个节点连通性,进行了平原河网区典型年时河网水系连通性评价。总体评价结论为太湖流域平原区总体水系连通性较高,但各水利分区的连通性有一定差异,其中阳澄淀泖区和太湖区水系连通性较高。评价结论符合太湖流域平原河网区的实际情况,和前期研究方法的结论基本一致。该方法实现了受闸门调度影响较大河网水系的连通性定量化评价,可用于河网水系连通性变化评估、改善水系连通工程设计等领域。