环境流理论进展述评

本文回顾了环境流评价方法从简单的水文公式到水文变化生态限度方法(ELOHA)的发展历程。讨论了环境流的理论要点,如自然水流与径流调节水流的区别;水文情势改变-生态响应关系以及水生态系统阈值等问题。文章还评论了环境流方法应用的若干问题,包括生态需水概念;技术文件中引用国外文献的完整性和准确性;加强数值模型研究和软件开发;推行适应性管理策略。     

水文指数法确定河流生态需水

河流水文情势是河流生态系统的自然动力学特征，而径流情势是水文情势的重要特征。根据生物种群和环境因子之间的关系，从反映河流水文情势的径流情势中筛选水文指数，构建河流生态需水的计算方法。从径流情势中提取流量、频率、历时、发生时间、变化率5个水文指数确定河流生态需水。采用水文指数法实际计算了广东省河流的生态需水，并和Tennant法进行比较分析，结果表明，采用水文指数法计算河流生态需水是可行的。     

基于 IHA － ＲVA 法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站( 1956—2012 年) 逐日流量数据,采用 Mann － Kendall 法、累积距平法和滑动 T 检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法( ＲVA) 以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明: ( 1) 屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在 1997 年,表明 1997 年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧; ( 2) 金沙江下游屏山站的整体水文改变度为 51% 左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显; ( 3) 水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

基于IHA-RVA法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站(1956—2012年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(RVA)以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明:(1)屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在1997年,表明1997年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧;(2)金沙江下游屏山站的整体水文改变度为51%左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

基于生态径流指标的黄河上游贵德站水文情势变化研究

黄河上游不同时间尺度的生态水文情势变化程度是研究黄河治理方略、重要水利工程布局及联合调度管理的前提和基础。为此，提出了基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态盈余和生态赤字计算方法，并评估了各时间尺度的生态风险，形成了一套多时间尺度的河流生态水文情势变化评估方法。将其用于黄河上游贵德站，评估了龙羊峡水库在建库前后的生态水文情势变化。结果表明：该计算方法克服了通过月累加计算季、年尺度生态风险不真实的问题，贵德站9月和夏季的生态径流指标变化明显，9月的生态赤字相比建库前增大了537.3%,夏季的生态赤字增大了412.8%,建议河流管理部门重点关注这两个时段的水文情势变化，有针对性地采取生态调度措施。     

龙羊峡水库对坝下河段生态水文情势影响研究

选取1988—2016年黄河唐乃亥水文站逐日平均流量和龙羊峡水库逐日出库流量数据进行水文变化指标(IHA)计算,采用水文变化范围法(RVA)并结合水库运行特点及黄河上游生态特征,评估龙羊峡水库运行对其坝下河段水文情势的改变程度及生态影响。结果表明:龙羊峡水库的运行对其坝下河段水文情势的影响属于高度改变,河流整体水文情势改变度为68.31%;指标体系中1—3月、12月平均流量,年最大1、3、7 d平均流量,年最小7、30、90 d平均流量,最小流量发生时间,低流量发生次数及延时,流量改变率及频率等指标改变显著。     

太子河流域大型水库建设对生态水文指标的影响

水库的建设既是对当地生态水文环境的改善,又是保障当地农业、工业生产安全,促进社会经济发展的必要举措。文章采用数字滤波递归法、时段分析法以及IHA软件、AQUAPAK软件建立基流量、暴雨径流、断流等生态水文指标,选取本溪水文站、辽阳水文站、小林子水文站1955-2007年的水文观测数据,分析汤河、葠窝、观音阁水库建设对本溪河段、辽阳河段、小林子河段的生态水文指标的影响。结果表明:太子河流域大型水库建设进一步减少了河流汛期基流量,增加了汛前基流,减少了汛期洪水发生次数;增加了辽阳河段断流频次。可见,太子河流域大型水库建设对河流水文情势和生态系统的改善带来了显著效果,可为河流生态修复以及水库水量调度提供依据。     

基于RVA法的河流生态需水量研究

以河流生态水文变化的指标体系（Indicator of Hydrologic Alteration,IHA）为基础,立足整体河流水文情势的流量谱系,采用变异性范围法（Range of Variability Approach,RVA）,进行基于长系列历史流量资料的河流生态需水量估算,并以山西省5条较大河流的生态敏感断面为对象进行研究。结果表明,利用本方法估算的结果是合理的,可为河流生态需水量的估算和水资源的可持续开发利用提供科学依据。     

俄罗斯河流生态安全及其与输沙和河床演变的关系

河流生态安全与可利用水资源、水质和危险水文情势变化等因素密切相关，这些因素的变化会对社会、经济和生态产生危害，而河床演变是导致危害实际发生的原因。本文论述了俄罗斯河流的生态安全及其与河道输沙和河床演变的关系。     

黄河水量统一调度与调水调沙对河口的生态水文影响

从具有生态学意义的流量、频率、出现时间、持续时间和变化率等5种水文要素出发,采用水文变化指标体系定量评估了黄河水量统一调度与调水调沙对河口段生态水文情势的影响,讨论了河口环境水流需求以及调水调沙后水文情势对环境水流的满足程度。研究结果表明,与水量统一调度前相比,水量统一调度与调水调沙后利津断面水文情势有所改善,年极小值流量明显增加,但是水文过程变化率降低,洪水漫滩过程消失,水文过程趋于平缓。目前河口段水文情势能够满足枯水期适宜生态流量需求,汛前4—5月关键期无法满足适宜生态流量与流量脉冲过程,汛期除缺乏洪水脉冲过程外,基本能够满足高流量输沙需求。     

黄河生态水文评估指标体系的构建及案例研究

【目的】维持良好的生态水文联系是维持河流健康生命的基础，开展河流生态水文评估指标体系研究对进一步认识、量化和恢复河流系统健康状况具有重要指导意义。【方法】在总结、分析国内外相关研究成果的基础上，结合黄河生态水文特点，建立指标体系构建原则，通过因素分析提取可以表征黄河河流生态水文情势的50个指标，构建黄河生态水文评估指标体系，并将指标体系应用于黄河干流兰州断面的生态水文评估。【结果】实例研究结果表明，兰州断面的整体水文改变度为0.722，属高度改变。其中1、2、8、9月平均流量、逆转次数、高流量延时、枯季最大流量、丰季最大流量发生时间、大小洪水次数、涨水次数与延时等指标改变强烈，会对黄河兰州段的水沙关系、生物种群数量、幼苗比例、栖息地环境以及滩区、湿地、洪泛区的植被与动物种类产生较大的影响。与IHA指标体系对比，两者的评估结果基本一致。【结论】黄河生态水文评估指标体系在实际应用中可行，相对IHA指标体系更细致、更全面、更准确，可较好的反映黄河生态水文态势。     

河流管理的生态水文目标及其量化分析——以长江中游为例

河流生态目标决定河流管理与保护水平．但生态系统的复杂性导致生态目标难以确定并量化成可以实际调控的变量。由于水流是河流生态系统的主导变量，通过建立一系列指标或指标体系，对与生态有关的水文特征的变化进行分析。量化河流生态水文目标，可以作为实施河流管理的可调控变量，指导河流的管理与生态修复实践。采用这一思想．对受三峡工程影响的长江中游进行了河流生态水文目标的探索，提出了四大家鱼的生态水文目标．并进行量化分析，为三峡生态调度提供参考依据。     

考虑水文变异的东江流域河道内生态流量研究

基于变化环境下河流水文情势发生变异的特殊性,应用滑动秩和检验法系统分析东江水文变异及其变异成因,确定变异前各月平均流量序列最适概率分布函数,将概率密度最大的月平均流量定义为河道内生态流量。分析表明,考虑水文变异的生态流量计算方法是合理可行的。水文变异后,东江流域干流满足生态需水的频率大大提高,满足频率从变异前的60%左右提高到变异后的73%以上(6月除外),非汛期提高幅度比汛期大。所得成果可为河道水文生态变化的研究提供参考。     

长江中游水文情势变化及对鱼类的影响分析

为分析三峡水库蓄水后长江中游河道水文情势变化情况及其对鱼类产卵繁殖的影响,采用水文变化指标体系和变动范围法,对宜昌站水文情势变化进行了定量分析,得出了变化程度较为剧烈的水文参数。通过对照典型鱼类的历史产卵量与历史流量过程,归纳了典型鱼类四大家鱼的生态水文需求,得出了影响鱼类产卵繁殖的主要水文参数。提出了水文情势变化影响鱼类产卵繁殖过程的概念性模型。在分析的基础上,揭示了长江中游水文情势变化对鱼类产卵繁殖的影响。     

基于天然水文情势的水库调度规则研究

为了在水库生态调度中模拟天然水文情势,基于水文情势的主要特征设计了15个水文情势评价指标,并将某应用于水库生态调度模型的目标函数中;基于水文分期特征将水文年划分为不同时段,提出了参考各时段实时可利用水量的水库生态供水规则;通过分层分解水库不同供水任务,降低了水库生态调度模型求解的复杂程度,并将模型应用于万家寨水库。结果显示:①本文设计的水文情势评价指标及其在水库生态调度模型中的应用减少了生态供水与天然水文情势间的差异;②基于水文分期和实时水情的水库生态供水规则有效挖掘了生态供水潜力;③为了维护河流健康,万家寨水库上游水资源开发利用率不宜超过40%,而水资源开发利用率长期高于60%则会造成严重的生态破坏。     

黄河水量统一调度与调水调沙对河口的生态水文影响

从具有生态学意义的流量、频率、出现时间、持续时间和变化率等5种水文要素出发，采用水文变化指标体系定量评估了黄河水量统一调度与调水调沙对河口段生态水文情势的影响，讨论了河口环境水流需求以及调水调沙后水文情势对环境水流的满足程度。研究结果表明，与水量统一调度前相比，水量统一调度与调水调沙后利津断面水文情势有所改善，年极小值流量明显增加，但是水文过程变化率降低，洪水漫滩过程消失，水文过程趋于平缓。目前河口段水文情势能够满足枯水期适宜生态流量需求，汛前4—5月关键期无法满足适宜生态流量与流量脉冲过程，汛期除缺乏洪水脉冲过程外，基本能够满足高流量输沙需求。     

水文改变指标体系在生态水文研究中的应用综述

回顾了水文改变指标体系的发展历程,详细介绍了水文改变指标体系所包含的水文改变指标、变化范围法和环境流量成分3部分内容,总结了水文改变指标体系在水文情势改变评估、生态环境影响评估、生态环境流量估算等方面的应用;指出水文改变指标体系是一种简便有效的评估工具,在水文情势变化及其生态效应评估和水资源管理实践上具有广泛的应用前景,但水文改变指标体系也存在参数冗余问题,未来发展可以耦合生态水文模型。     

黄河生态水文评估指标体系构建及案例研究

在总结、分析国内外相关研究成果的基础上,结合黄河生态水文特点,提出其指标体系构建原则,借助Pearson相关分析法提取并确定了可表征黄河河流生态水文情势的50个指标,构建了黄河生态水文评估指标体系,并将该指标体系应用于黄河干流兰州断面的生态水文评估。实例研究采用变化范围法进行评价计算,结果表明,兰州断面的整体水文改变度为0.722,即发生高度改变。其中1、2、8、9月平均流量、逆转次数、高流量延时、枯季最大流量、丰季最大流量发生时间、大小洪水次数、涨水次数与延时等指标改变强烈,将对黄河兰州段的水沙关系、生物种群数量、幼苗比例、栖息地环境以及滩区、湿地、洪泛区的植被与动物种类产生较大影响。与水文变化指标体系进行对比,发现两者评估结果基本一致,表明本文方法在实际应用中是可行的。同时,微观结果表明,本文方法相对水文变化指标体系更细致、更全面、更准确,可较好地反映黄河生态水文态势。     

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。     

黄河下游河道与三角洲湿地生态用水安全调控

河流与下游湿地的水系连通性使得二者之间的生态用水安全联合调控十分必要。根据生态水文季节和生态标准河流理论,在分别建立保障河道和湿地自身生态用水安全调控规则的基础上,建立二者生态用水安全联合调控的分析框架。以黄河下游利津断面作为三角洲湿地的水源控制点,讨论不同条件下的主要自然湿地的面积变化,综合研究河流湿地连接系统的生态用水安全问题。结果表明:在平水年份,严格按照生态标准河流进行调度,可以保障两类天然湿地面积均大于保护区建立时的情况。