黄河河口生态需水研究进展与展望

黄河河口生态需水包括河流生态需水、湿地生态需水和近海生态需水。系统梳理了近20年来黄河河口生态需水目标、需水类别和需水量计算结果;结合黄河河口演变特点,提出生态需水研究的重点和主要方向。河流生态需水以满足重要渔业物种生境为主,重点研究指示物种对天然径流量节律的响应特征,量化水文-生态响应关系,在某种程度上恢复自然水文情势的生态功能。湿地生态需水应深入研究植被、土壤、水体的水盐平衡和蒸散发规律,从植被和鸟类生态位的合理设计以及生物多样性维持出发构建生态系统结构,确定湿地合理规模。近海生态需水应研究入海冲淡水对渔业物种低盐产卵育幼场的塑造和维持机制,以及重要渔业物种习性、适宜营养盐水平与磷酸盐输送扩散机制。小浪底水库运用以来,利津断面径流量满足已有生态需水径流量各项研究成果要求的年份比例为37%～58%,春季经流过程经常缺乏流量脉冲。初步分析以湿地、河道鱼类和近海鱼类为主要目标的全年生态需水量为86亿m³,径流过程需要阶段性场次洪水。建议对小浪底水库调度方案进行多年优化调整,兼顾春季流量脉冲的塑造,在更大程度上满足河口生态需求。     

西江干流敏感生态需水量研究

西江干流是珠江流域内最重要的鱼类产卵场分布区和鱼类洄游通道,其敏感生态需水可由控制断面的鱼类繁殖期适宜生态流量来确定。针对西江干流河道实际情况,选取迁江站和梧州站作为控制断面,依据西江鱼类产卵繁殖所需流速,采用生境模拟法估算西江干流迁江站、梧州站断面生态敏感期的适宜生态流量分别为1 722 m3/s、5 213 m3/s,敏感生态需水量分别为183亿m3、575亿m3,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价。该研究结果为西江干流的鱼类生境保护及水资源配置提供了技术依据。     

长洲水利枢纽工程鱼道设计

长洲水利枢纽工程所处河段是中华鲟、花鳗鲡等6种洄游性鱼类洄游的必经通道,其中中华鲟为国家一类珍稀保护鱼类,花鳗鲡为国家二级水生野生保护鱼类.为了满足兴建长洲工程后洄游鱼类上溯的要求,保护珍稀鱼类,保持生态平衡,针对长洲工程对鱼类的影响、鱼类习性、长洲鱼道的布置、水力设计、进出口型式的选择、结构型式选择等进行论述,对长洲鱼道设计进行了较为详细的介绍.     

多目标协控下伊洛河自净需水流量研究

建立基于河道边界条件水动力学与水质相耦合模型,结合伊洛河生态系统特点及功能性需水组成,以河流水功能区水质目标作为协控因子,进一步考虑伊洛河河口黄河鲤繁殖期对水质的要求进行自净需水流量计算。结果表明,伊洛河在现状排污与控制排污条件下,黑石关断面达到水功能区水质目标Ⅳ类的自净需水流量分别为14.00 m~3/s和8.00 m~3/s;满足4—6月基本维持鱼类正常繁育水质要求的自净需水流量为13.62 m~3/s,维持鱼类良好繁育状态下水质要求的自净需水流量为35.80 m~3/s     

大坝泄水对鱼类洄游能力的影响研究

大坝的建设将天然河道分隔成上、下两个环境单元,改变了河道的流量、流速和水位等水文要素,使原有的水力条件及生态环境都发生了变化,对鱼类的洄游、繁殖和生长等都产生较大影响。以江河湖泊常见鱼种—成年鲤为研究对象,以0.02 m~3/s为基础流量,按照0.01 m~3/s的流量递增进行大坝泄水模拟实验;采用声学信号监测技术监测成年鲤在不同泄水量下的洄游能力及游泳轨迹,分析不同泄水量的河道流场并与鱼类游泳轨迹进行拟合,研究不同流速对鱼类洄游能力的影响。结果表明:成年鲤的洄游距离、游泳速度随着河道流速增大而逐渐减小,成年鲤洄游开始出现困难、开始出现逆流后退以及无法洄游时河道流速分别为0.42,0.48 m/s和0.62 m/s;泄水量每增加一个0.01 m~3/s流量梯度,成年鲤洄游距离约减少1.5 m,说明随着河道流速增大鱼类洄游轨迹变化是一个逐渐收敛的过程。大坝泄水过程同时还会造成氮气和氧气过饱和、改变水体温度和浊度从而对鱼类生存环境、繁殖及鱼类资源造成影响。     

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。     

关门嘴子水库鱼道进口河段水力特性数值模拟研究

鱼道进口是鱼类上溯的第一步,必须使洄游鱼类尽可能发现鱼道进口,鱼道进口附近水流条件至关重要,甚至可能成为影响过鱼设施运行成败的关键。本文以关门嘴子水库鱼道为例,结合枢纽的运行情况,采用二维数值仿真模型,对拦河坝下游河道水流条件进行研究。研究结果表明,研究区域附近水流流速均大于保护鱼类的感应流速0.20 m/s,小于保护鱼类的极限流速1.20 m/s,从水力学角度能满足鱼类洄游要求,原方案拟定的鱼道进口位置较为合理。研究结果可为鱼道进口的布置提供参考。     

基于生态水力半径法的武江流域生态流量研究

采用综合反映水生生物需求和河道断面信息的生态水力半径法,对武江河上北江特有珍稀鱼类省级自然保护区内的生态流量和生态水位进行估算。结果表明:生态水力半径法计算的生态流量过程线上存在明显的低流量、高流量和流量脉冲等水文要素,符合鱼类的自然需求;天然径流量下生态水力半径法估算的生态需水均可得到满足,但武江上梯级开发较多,需进行生态水位开展闸坝联合调度来保障河道的生态需水,确保犁市(二)站断面处各月份水深不小于平均生态水深。     

北部引嫩有坝渠首工程建设对嫩江中游鱼类的影响

新建北引渠首位于嫩江中游干流上,由无坝引水改建为有坝引水.文章通过对工程运行方式及嫩江中游鱼类生活习性的分析,论述了北引渠首工程运行后,对嫩江中游江段鱼类的产卵场和洄游通道等产生的影响.     

维持黄河下游中水河槽的小浪底调控指标分析

塑造和维持黄河下游中水河槽,是维护黄河健康生命的一项重要任务,也是对小浪底水库拦沙期运用的基本要求。通过分析黄河下游河道平滩流量的变化与进入下游的水沙量之间的响应关系,以及建立平滩流量与滑动平均汛期水量和洪水流量的关系,提出长期维持黄河下游中水河槽的调控指标为:流量不小于2 600 m~3/s,历时不小于6 d。通过分析当前4 000 m~3/s左右中水河槽的下游河道洪水冲淤特性,提出当前维持中水河槽对小浪底水库的运用要求为:汛前调水调沙尽可能塑造接近下游平滩流量的洪水过程,调控流量为3 500 m~3/s左右;汛期结合中游洪水过程塑造2 500m~3/s以上量级且具有一定历时的洪水过程。     

基于干旱河道生态修复的岳城水库生态调度

根据干旱风沙河道生态修复目标,结合水库的防洪、兴利、生态调度,建立了多目标水库生态调度模型,研究漳河岳城水库的生态调度。结果表明:枯水年岳城水库向下游河道生态供水0.277×10~8m~3,平水年岳城水库向下游河道生态供水0.327×10~8m~3,丰水年可以满足下游生态需水量2.66×10~8m~3。     

Use of a flow deflector to protect rheophilic fish spawning grounds during hydropeaking

Rheophilic fishes are one of the ecological groups of fishes declining most quickly in number due to various habitat modifications and discharge regulations. Artificial rapid increases and decreases in discharge (hydropeaking) can cause severe damage to the eggs of rheophilic fishes. We investigated whether the effects of a water increase in hydropeaking on a spawning ground may be mitigated by a deflector installed at the top of the weir that diverts flow to other sections. At the research site, rheophilic asp (Leuciscus aspius) spawn annually in early spring, and their success might be affected by hydropeaking, with base discharge ranging from 3 to 7 m³ × s⁻¹ and peak discharge ranging from 16 to 25 m³ × s⁻¹ occurring 4 to 7 times during the asp spawning season and egg development period. To protect the adhesive eggs from detachment during peak discharge, a flow deflector (a wooden wall at the selected part of the weir) was installed to regulate discharge on the protected spawning ground. This measure allowed normal discharge under base flow conditions. During peak flow, a significant portion of the additional water was directed to the part of the river channel where egg abundance was lower and to the mill channel, where asp spawning was not present. While the total discharge increased 4.1 times compared to the base flow, the water discharge in the protected spawning ground increased only 2.7 times. This resulted in more than half of the asp eggs being retained in the protected channel. Although the use of such a measure is limited to specific local conditions where eggs are located just downstream of the weir, it can be a valid solution in highly fragmented rivers with hydropeaking and can lead to higher recruitment of rheophilic fishes.     

断面生态流量指示鱼类的选取

 河道水能资源的开发会对天然径流产生影响,可以选取具有较好代表性的指示鱼类作为制定河流生态流量的依据之一。以宜宾断面为例,对长江上游干流分布的珍稀鱼类、主要经济鱼类的生活习性和资源现状进行介绍,并结合产卵环境、索饵环境和生长洄游环境,对珍稀鱼类和主要经济鱼类的代表性,从物种价值、产卵、索饵和生长洄游4方面的10个指标进行定量赋分。分析表明,白鲟对长江上游干流水生生物的水文需求具有较好的代表性,可作为宜宾断面生态流量制定的指示鱼类。     

黄河河口区生态需水量及流量过程核算

以保障黄河河口区三角洲湿地生态需水、河口及近海鱼类需水及河道泥沙输送为目标,针对不同需水目标的特点,基于生境模拟模型、函数型线性回归模型等方法,分别计算入海径流过程对三角洲湿地及河口区生物群落生境及生物量的影响,以及来沙系数对河道输沙的影响,遵循消耗性需水的加和性原则与非消耗性需水的最大性原则,提出满足三角洲湿地生态需...     

广西澄碧河水库下游河道年生态需水量的计算对比研究

针对河道生态需水量的计算问题,以广西澄碧河水库下游河道为例,分别采用了3种不同的水文学计算方法进行了概算,并对传统Tennant法和月保证率法进行了适当改进。针对传统Tennant法的不足,对用水期进行了重新划分,同时引入修正系数对流量百分比进行了重新修正,使其更适用于河道的现实情况;此外对月保证率法的部分缺点也进行了两方面的改进,使其计算结果更加合理可靠。计算结果表明:3种方法均适用于该河道的生态需水量计算,在平水年(P=50%)情况下,利用改进的Tennant法和改进的月保证率法计算得到的河道适宜需水量分别为4.99×10~8m~3、3.80×10~8m~3。利用径流年内展布法得到的计算结果为3.17×10~8m~3,较以上两种方法偏小,但尚属合理范围之内,仍具有一定的推广使用意义。     

乌裕尔河1951-2015年径流量变化对扎龙盐沼演替的影响

使用Mann-Kendall和滑动t检验方法探讨了乌裕尔河流域径流量的变化对扎龙湿地演替的影响。结果表明：扎龙湿地迅速退化与乌裕尔河流域径流量的变化密切相关。乌裕尔河中下游的径流量自20世纪80年代初显著性减少。上游来水进入湿地的径流量从20世纪60年代的8×10⁸ m³迅速减少至21世纪的不足3×10⁸ m³,最低年份不足1×10⁸ m³。径流减少导致扎龙湿地持续干旱缺水,并使湿地水质迅速恶化和大面积沼泽退化消失。1979年扎龙湿地盐渍土面积为150 km²,到2014盐渍土面积增加到245 km²以上。扎龙湿地大部分水体属于富营养化水体,部分区域达到极富营养化程度,并且整体上呈现恶化的趋势。长期干旱的胁迫将削弱扎龙湿地的生态功能,甚至影响整个松嫩平原西部的生态安全。     

基于生态补水的缺水河流生态修复研究

为研究河流生态修复所需的补水量和补水关键期,以永定河官厅山峡段为例,采用环境需水量和生态需水量两种方法,计算不同阶段河流生态修复所需的生态水量。结果表明:水文变异后,永定河生态严重退化,实施生态补水迫在眉睫;现状1. 7×10~8m~3补水水量具有一定的积极作用,但不能满足河流正常需水;未来3个典型年(75%、90%和95%)最低的生态补水量为4. 88×10~8、6. 11×10~8和6. 37×10~8m~3,同时推荐3-6月份为生态补水关键期。通过对生态补水量和补水时机的研究,为永定河生态修复提供一定的理论依据。     

基于生态安全的阿瓦提灌区生态需水量研究

阿瓦提灌区地处塔里木盆地西北边缘,气候极端干旱,降水稀少,蒸发强烈。近年来,由于大批开荒、水资源不合理利用、土壤盐渍化等导致灌区生态环境越发脆弱,阻碍其经济的可持续发展。在灌区实地考察、分析整理多年新疆统计资料的基础上,考虑灌区生态用水安全,针对不同植被生态需水特点,分别采用彭曼公式法、定额法和比值法等相适宜的生态需水研究方法,计算其生态需水量。结果表明:阿瓦提灌区生态需水总量为13. 37×10~8m~3,其中,河道外生态需水量为6. 8×10~8m~3,河道内生态需水量为6. 57×10~8m~3。通过生态需水量研究,提出适宜的用水建议,为阿瓦提灌区生态系统的健康与稳定提供一定的理论依据。     

Ecological Water Requirement (EWR) Analysis of High Mountain and Steep Gorge (HMSG) River—Application to Upper Lancang–Mekong River

As “corridor” in the south–north and “barrier” in the west–east direction, Lancang River, the upstream of Lancang–Mekong River, has an obvious spatial–temporal characteristic and unique regional attributes. Recently, the hydropower development of the mainstream along Lancang River has disturbed the regional ecosystem to have unstable factors, and threatened the ecosystem health. This paper used the couple model of Grading Coefficient of ecological water requirement (GCEWR) and the ecological runoff (ER) to simulate the ecological water requirement (EWR) of Lancang River, in a broad sense, this method belongs to hydrology–ecology methodology. In the GCEWR–ER, We adopted ecological characteristic indexes (ECI) and hydrological characteristic variables (e.g. variance index) to calculate the GCEWR, and used three methods to calculate the basic variable (e.g. ER) of EWR: the first method directly used annual average runoff as ER; the second method was used frequency method and took year as basic time unit, and the third method took season (e.g. flood season, non-flood season) as the basic time unit to evaluate ER. Finally, in order to demonstrate applicability of this developed methodology, this paper adopted GCEWR–ER method to calculate the EWR of Lancang River in the Longitudinal Range-Gorge Region. By the systematic analysis of the results, we could get the minimum, satisfying and optimal EWR for the Lancang River, which were 142.53 × 10⁸, 286.46 × 10⁸ and 385.96 × 10⁸ m³. The three EWR respectively occupied 25.10%, 50.46% and 67.98% of the average measured run-off (567.75 × 10⁸ m³) of the Lancang River, and respectively occupied 18.63%, 37.45% and 50.45% of the natural run-off (765 × 10⁸ m³) of the Lancang River.