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。     

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。     

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。     

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。     

基于四大家鱼栖息地模拟的汉江下游生态流量研究

梯级水库运行显著改变了河流自然水文情势,对河流水生态系统产生不利影响。选择四大家鱼作为汉江下游的指示物种,考虑四大家鱼对栖息地流速和水深的喜好性,构建了产卵期和生长期适宜度指数曲线,采用River 2D水动力模型,模拟了不同流量下四大家鱼适宜栖息地状况的变化,提出维持四大家鱼产卵期与生长期需求的生态流量及高流量脉冲。结果表明：汉江下游四大家鱼产卵期最小和适宜生态流量分别为1 310,3 520 m³/s,每年提供至少2次持续时间不低于3 d、流量不低于1 310 m³/s的高流量脉冲,以刺激四大家鱼自然产卵,增加产卵规模;生长期最小和适宜生态流量分别为441,1 520 m³/s。与Tennant法和实际生态监测对比,River 2D水动力模型计算结果较为合理可靠。但与历史实测流量过程比较,产卵期生态流量满足率不高,需择机实施汉江中下游梯级水利枢纽联合生态调度,提高生态流量满足程度。     

考虑关键物种全生命周期的减脱水河段生态流量研究

针对引水式电站改变河流的水文水力学特性、地形地貌等天然状况,在电站与引水坝之间形成减脱水河段,使河流生态环境遭到破坏的问题,选取长江二级支流后溪河镇泉大坝下游作为研究河段,通过实地调研与资料收集,以当地土著、重点鱼类齐口裂腹鱼作为指示性物种,考虑其全生命周期的生态过程,归纳得到产卵期水深、流速适宜性曲线。在识别研究河段现状地貌单元分布的基础上,考虑水深、流速阈值与底质特征,建立了水深、流速与水力单元的关系,识别了不同流量下索饵场、越冬场面积变化,并结合蒙大拿法,分时期、分阶段确定了减脱水河段的最佳、适宜、最小生态流量。     

基于栖息地模拟的河道生态需水量多目标评价方法及其应用

本文提出基于栖息地模拟法的多目标评价法计算河道生态需水量,以加权可利用面积(WUA)最大和流量最小为目标,采用理想点法进行求解.该方法综合考虑了生态用水和经济用水,提供了一个栖息地保护和经济用水相协调的最优河流生态需水量.最后以鱼类作为指示物种,对新疆额尔齐斯河中游鱼类产卵期的河道生态需水量进行了计算.计算结果表明,其生态流量为78m3/s,占该河段多年平均流量的74%.该结果比直接采用栖息地模拟法计算的结果小,但该生态流量可以对河流栖息地提供足够的保护,且较好地协调了生态用水和经济用水的矛盾.     

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。     

基于水文学法的雅砻江中游河段生态流量研究

为推求雅砻江中段雅江站河段最适宜生态流量,对比分析了Tennant法、最小月平均实测径流法、Q90法、Texas法、逐月频率计算法、NGPRP法、ABF法共7种代表性生态流量水文学计算方法,从需水量、水文节律和生态流量满足度3方面对各方法计算结果进行了综合分析与比较。基于模糊优选法提出了生态流量计算方法适用性指数,并用该指数分析各生态流量计算方法在研究区的适用性。结果表明：(1) ABF法和逐月频率计算法计算的生态流量几乎与实测多年平均月流量相等,且在鱼类产卵期满足度较低;(2) Q90法计算的生态流量不能反映径流天然变化过程,不适用于该河段;(3)改进后的最小月平均实测径流法、NGPRP法在鱼类产卵期其适用性指数较小;(4) Texas法适用性指数最高,可用于雅砻江中段生态流量计算。研究成果可为雅砻江中段水利工程生态调度提供参考与数据支撑。     

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。     

确定河道内适宜生态流量的几种水文学方法——以沙颍河周口段为例

适宜生态流量是保障河流水生态系统健康的重要变量,合理评估适宜生态流量具有现实意义。以淮河流域典型河流沙颍河为研究对象,基于沙颍河周口水文站44年天然日流量数据,运用常用的5种水文学方法计算沙颍河的适宜生态流量,通过比较5种水文学方法在计算适宜生态流量方面的优劣发现:在水量需求方面,Q50_Q90法水量需求最大,Tennant法水量需求最小,Q50_Q90法会加重"三生"用水矛盾;在水文节律模拟方面,Tessman法、月流量变动法和Lyon法较Q50_Q90法和Tennant法有明显优势;在月流量满足率方面,Tennant法和Lyon法满足率最高,其中枯水期Lyon法满足率最高。综合考虑水量需求、水文节律和满足率三方面因素,Lyon法在计算沙颍河这类季节性河流的适宜生态流量结果最为合理。     

基于关键功能组的河道内生态需水计算

河道内生态需水是目前生态学、水文学和水资源学研究的热点领域,现有计算方法中从生态系统功能完整性的角度出发计算生态需水的较少。首先利用Ecopath模型对小清河流域2014年5月、8月、11月生态系统内群落间营养关系进行了模拟,分析得到了小清河流域生态系统关键功能组;然后,利用栖息地适应性指数(HSI)确定了各关键鱼类生存和繁殖的适宜流速及水位;最后,耦合多物种的适宜流速及水位,利用改进后的AEHRA法计算生态需水量。结果显示,小清河流域鱼类非产卵期(1月-3月、8月-12月)上、中、下游生态需水量分别为4.28m3/s、0.74m3/s、3.47m3/s;产卵期上、中、下游生态需水量分别为23.52m3/s、5.96m3/s(8.65m3/s)、37.38m3/s。与Tennant法比较,本方法计算结果可以将生态系统健康状况维持在"一般"水平以上,即可以满足流域内大多数水生物需水量,同时,该方法计算结果显示出鱼类产卵期与非产卵期的生态需水量差异,为流域内跨季节调水提供依据。     

长江中游四大家鱼发江生态水文因子分析及生态水文目标确定

基于长江中游四大家鱼发江量历次调查数据,采用宜昌站作为长江中游水文情势变化分析的控制站,基于其1900~2004年共105年的日径流资料,采用每年5~6月涨水过程数、总涨水日数、平均每次涨水过程日数等3项生态水文指标,分析了四大家鱼发江量与3项生态水文因子的变化关系,认为产卵场所处江段每年5~6月的总涨水日数是决定家鱼苗发江量多寡的一个重要环境因子。根据IHA方法,对宜昌站105年来的生态水文指标分析表明,长江宜昌站生态水文过程的改变并不明显,5~6月总涨水日数变化趋势不显著,显示长江中游影响四大家鱼苗发江量的生态流量过程改变不明显,与前人得出的葛洲坝枢纽修建后四大家鱼的产卵条件和卵苗江汛规律没有变化这一认识一致。但是,随着三峡水库的运行,下游河道的生态环境流量过程会有较大改变,本文建议三峡水库的调控以保障长江中游每年5~6月的总涨水日数维持在22.1±7.2范围内为生态水文目标,即可从生态环境流量过程方面补偿水利工程对中游四大家鱼鱼苗发江量的影响。     

基于黄河鲤栖息地水文-生态响应关系的黄河下游生态流量研究

本研究采用野外生物监测、栖息地同步观测和实验室控制实验等技术手段,应用生物学、鱼类生态学、生态水力学、水文学等多学科理论,基于河流栖息地模拟法,研究了黄河下游指示物种黄河鲤生态学特性及其栖息生境与流速、水深、水温等水文水环境因子之间的关系,将径流条件与目标物种不同生长阶段生物学信息相结合,建立了代表物种繁殖期、越冬期栖息地适宜度指数,构建了黄河下游重点河段河流栖息地模型,建立了指示物种栖息地状况与河川径流条件定量响应关系,提出黄河下游花园口和利津断面繁殖期最小生态流量为300 m³/s和100 m³/s、适宜生态流量为600～700 m³/s和190～250 m³/s。该研究在水生生物习性及其与河川径流响应关系方面实现突破,解决了黄河生态需水研究中关键技术问题。     

丰满水电站坝下河段生态水文特性分析

根据研究区域特点以及鱼类主要产卵场分布情况,选取丰满、吉林和松花江三个水文站作为代表来分析丰满大坝下游河道的生态水文特性。分析IHA的5大类32个生态水文指标在研究区域时空变化特性,结果显示大多数指标具有沿程增加的趋势和基本相同的逐年变化趋势。进一步分析产卵期影响产漂流性卵鱼类繁殖的涨水指标(有效涨水过程数、总有效涨水持续时间、断面初始流量、流量的日增长率、前后两个洪峰过程的间隔时间),结果表明:(1)通过丰满与永庆水库联合生态调度,可改善下游产卵场江段的水文条件;(2)丰满、吉林和松花江站的断面初始流量和流量的日增长率指标差别不大,逐年变化趋势一致;(3)比较有效涨水过程数和总有效涨水持续时间指标发现,松花江站明显比其他两站大,比较前后两个洪峰过程的间隔时间指标发现,松花江站变化更加稳定。研究结果为大坝河段的生态研究提供参考。     

鱼类产卵敏感期河流生态流速的分区分类阈值研究

敏感生态流量目标的合理制定是生态流量管理的重难点问题。针对目前敏感生态流量目标制定中存在的计算方法繁杂、关键参数缺乏等问题,本文以鱼类产卵期为重点,提出了分区分类河流敏感期生态流速和生态流量核算方法,制定了不同区域(东北、黄淮海、西南、长江中下游和东南沿海)、不同类型(按集水面积、山区河段和平原河段等划分)河流敏感期生态流速阈值。结果显示,全部分区分类推荐流速平均值为0.66 m/s,其中山区大站平均值为0.94 m/s、山区小站平均值为0.62 m/s、平原大站平均值为0.63 m/s、平原小站平均值为0.46 m/s。基于阈值核算了全国217个鱼类产卵生境保护河段的敏感期生态流量目标,并结合部分断面湿周法结果对阈值合理性与适应性进行了验证,验证结果表明相关阈值和方法适应于不同类型、不同规模河流,可为我国现阶段河流敏感生态流量管控提供参考。     

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。     

长江水文过程与四大家鱼产卵行为关联性分析

以长江中游宜都后江沱断面四大家鱼为研究对象,根据评估河流生态水文变化的IHA方法,采用8个生态水文指标(涨水过程数、涨水时间、断面初始流量、洪峰流量、流量日增率、断面初始水位、洪峰水位、水位日增率)分析了长江干流四大家鱼产卵区域水文过程与其自然繁殖产卵行为的相关性。研究结果显示,涨水过程是四大家鱼产卵的主要诱导因素,当达到诱导产卵的临界涨水天数后,只需维持流量的平稳即可继续产卵行为,而涨水期高流量维持时间则是影响其产卵规模的主要因素。     

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。