洪水脉冲的生态效应

在阐述洪水脉冲概念的基础上,指出洪水脉冲是河流-滩区系统诸如生产、分解和消费等基本生态过程的主要驱动力。随后分析了洪水脉冲生态学机理。并在讨论洪水脉冲概念中考虑了河流水文情势的重要性,研究了洪水脉冲对河流-洪泛滩区的生物过程的影响,讨论了洪水脉冲概念对河流生态修复的指导意义,提出了基于自然水文情势改进水库调度的原则,指出河流-洪泛滩区系统不可分割的整体性,恢复河流与滩区、湖泊和湿地的连通性是实现洪水脉冲的必要条件。     

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。     

洪水脉冲理论及其在河流生态修复中的应用

在介绍洪水脉冲理论的基础上，重点阐述了与洪水脉冲相应的生态过程，同时，分析了Junk提出的洪水脉冲理论的局限性，进一步回顾了洪水脉冲理论的发展完善过程．指出了洪水脉冲理论在河流生态修复研究中的应用价值，并以美国基西米河生态修复工程为例予以说明。     

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。     

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。     

田纳西河流域洪水管理的经验

近年来，一种更为综合的洪水管理方法已引起愈来愈多的关注。这种管理方法将传统的工程方法与非工程洪泛平原管理因素结合起来。在过去50年，田纳西河流域管理局（TVA）一直通过这种兼用的方法负责田纳西河流域的防洪。这种方法将多目标坝库系统与洪泛平原管理计划结合起来，以鼓励适当的岸线开发。综述TVA的洪水管理计划，包括该地区的水文条件、水库系统及其防洪能力、预测程序与防洪运行战略等。还介绍了TVA洪泛平原管理方案的制订与实施及其对减少田纳西河流域洪灾损失的作用。最后对技术的发展和机构间相互协调对未来防洪运行的作用进行了讨论。     

从化区鸭洞河流域水文情势分析

广东从化鸭洞河流域面积60.1 km2,由河源至松院汇入流溪河,河长约15.49 km,为山区性河流,支流众多,区域影响较大.对鸭洞河流域水文情势进行分析,论述了其设计洪水推求方法及结果,分析了该流域的洪水成因及特性,为从化生态小镇规划提出建议.对鸭洞河流域建立完整的水生态系统及有效改善水生态环境等具有重要的意义.     

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。     

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。     

The flood pulse advantage and the restoration of river-floodplain systems

The ‘flood pulse advantage’ is the amount by which fish yield per unit mean water area is increased by a natural, predictable flood pulse. Evidence for this increase is presented from tropical and temperate fisheries. It is argued that increasing multispecies fish yield by restoring the natural hydrological regime is consistent with increasing production of other trophic levels and with restoration from ecological and aesthetic viewpoints. When applied to a river-floodplain system, this restoration would provide a large, self-sustaining potential for recreation, commercial exploitation, and flood control. An interim ‘natural flood pulse’ restoration approach is proposed for systems modified for navigation. This approach approximates the natural hydrological regime in a river reach and is intended as a first step in the long process of restoring the watershed.     

Examining the ecological consequences of restoring flow intermittency to artificially perennial lowland streams: Patterns and predictions from the Broken—Boosey creek system in northern Victoria,Australia

The reinstatement of natural flow regimes is a rapidly emerging issue in river restoration worldwide. In northern Victoria, Australia, efforts are presently underway to restore a natural, intermittent flow regime to several streams which have received perennial diversions for both irrigation and stock and domestic water‐supplies for over 100 years. A pipeline to deliver water to landholders will significantly reduce transmission losses throughout the system allowing irrigation canals and diversion weirs to be decommissioned. The motivation for flow alteration in this system lies primarily in reducing inefficiencies in water delivery which, in turn, will be used to meet escalating demands on water resources. The ecological impact of the flow regime shift on these streams is likely to be substantial. This study utilized an existing artificial hydrological gradient (from perennial to intermittent) in two creek systems, to explore relationships between flow regime and a range of ecological variables. These data provide a benchmark against which to assess ecological changes once flow has been altered and form the basis for predicting changes that can assist future management decisions. Data collected from 10 sites across a strong hydrological gradient detected clear differences in geomorphology, water quality and biotic assemblages (macrophytes, macroinvertebrates and fish). By examining the relationship between flow regime and the distribution of biota we identify both the positive and negative outcomes of restoring naturally intermittent flow regimes within artificially perennial lowland streams. The reinstatement of intermittent flow regimes in artificially perennial streams will continue in many parts of the world as water delivery via these systems becomes increasingly uneconomical. While flow restoration may in principle be regarded as a positive step, these findings emphasize the need to consider fully the ecological consequences of restoring historical hydrological regimes to streams within the context of other human induced catchment disturbances. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于RVA法的河流生态基流过程研究

针对我国目前生态需水量研究难以反映河流水文情势自然涨落变化的问题,从河流水文情势的整体角度出发,采用IHA法分析了金沙江上游岗托至巴塘河段的天然水文情势特征,得到了该河段各指标的RVA阈值范围。在总结前人研究的基础上,对计算河流生态基流量的RVA法进行了改进,提出非汛期、汛前期和汛后期采用RVA目标差值的75%推荐河流生态基流量,主汛期采用RVA目标差值的50%推荐河流生态基流量。采用改进的RVA法计算了金沙江上游巴塘断面的生态基流过程,得到巴塘断面各月的生态基流量分别为39.5 m~3/s、42.5 m~3/s、33.0 m~3/s、74.2 m~3/s、124.4m~3/s、259.3 m~3/s、394.0 m~3/s、581.0 m~3/s、493.5 m~3/s、259.7 m~3/s、131.1 m~3/s、71.0 m~3/s,占相应多年月均流量的比例范围为14.0%~32.9%,并与Tennant法的结果进行了对比分析。结果表明,该方法能够更好地反映金沙江上游天然河流水文情势的动态变化特征,可为金沙江上游水电开发生态保护提供技术参考。     

变化范围法评估北江流域水文情势变化

通过分析北江石角站实测径流资料,应用变化范围法(RVA)评估北江流域水文情势变化.认为总体上属低改变度到中改变度阶段,个别指标达到高改变度;干支流径流式水库,其枯水期运行调度对北江流域水文情势影响较大,而汛期运行调度对水文情势影响较小;飞来峡水库运行对北江中下游水文情势的改变幅度不大,但个别水文改变指标(IHA)改变度较高,有必要进一步优化飞来峡水库调度方案,减轻对北江河流自然生态的破坏,把IHA改变度降至最低,实现人水和谐.     

河流健康修复方法综述

人类对河流的破坏导致了河流健康状况受损．针对河流健康出现的不同问题，人们采取了不同的修复方法，主要包括水文特征的修复、水环境质量的修复、结构形态的修复和种群结构的修复4个方面．水文特征的修复是恢复由于水利工程的建设造成的河流水文模式的改变，改善下游生态和环境条件，主要采取调节水利工程的运行调度方式．水环境质量的修复方法较多，包括物理修复、化学修复和生物修复．河流结构形态的修复是要尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性，保持河流纵向和横向形态的多样性，防止河床材料的硬质化等，目前主要是采用近自然生态工法．种群结构的修复主要是采用各种生物技术．对于特定的河流，应具体分析河流健康的受损方面和受损程度，然后根据河流所处的状态因地制宜地选择合理、有效的修复方法．     

Coupled Hydrological/Hydraulic Modelling of River Restoration Impacts and Floodplain Hydrodynamics

Channelization and embankment of rivers has led to major ecological degradation of aquatic habitats worldwide. River restoration can be used to restore favourable hydrological conditions for target species or processes. However, the effects of river restoration on hydraulic and hydrological processes are complex and are often difficult to determine because of the long‐term monitoring required before and after restoration works. Our study is based on rarely available, detailed pre‐restoration and post‐restoration hydrological data collected from a wet grassland meadow in Norfolk, UK, and provides important insights into the hydrological effects of river restoration. Groundwater hydrology and climate were monitored from 2007 to 2010. Based on our data, we developed coupled hydrological/hydraulic models of pre‐embankment and post‐embankment conditions using the MIKE‐SHE/MIKE 11 system. Simulated groundwater levels compared well with observed groundwater. Removal of the river embankments resulted in widespread floodplain inundation at high river flows (>1.7 m³ s^?1) and frequent localized flooding at the river edge during smaller events (>0.6 m³ s^?1). Subsequently, groundwater levels were higher and subsurface storage was greater. The restoration had a moderate effect on flood peak attenuation and improved free drainage to the river. Our results suggest that embankment removal can increase river–floodplain hydrological connectivity to form a more natural wetland ecotone, driven by frequent localized flood disturbance. This has important implications for the planning and management of river restoration projects that aim to enhance floodwater storage, floodplain species composition and biogeochemical cycling of nutrients. © 2016 The Authors. River Research and Applications Published by John Wiley & Sons Ltd.     

耦合水文情势及鱼类需求的生态调度研究

针对丰满水库下游鱼类多样性减少的问题,在满足最小生态流量需求的基础上,开展了营造适宜鱼类的水文情势研究。通过筛选改变度大且适宜鱼类的水文情势指标构建生态完整度函数,将此作为生态目标建立水库多目标优化调度模型。调度结果表明,所建立的生态调度模型在满足发电、供水和最小生态需水量的基础上,可将生态完整度至少提高48%,其中,涨水率、高流量脉冲数指标隶属度分别增加了0.112、0.261,且涨水率指标在枯水年改善程度好,高流量脉冲数指标在枯水年改善程度大、丰水年改善程度小。本文所建立的模型显著提高了适宜鱼类水文情势的生态完整度,可为有鱼类修复任务的流域提供参考。     

水利工程影响下的河流生态径流及其调度管理研究

河流生态需水是维持河流健康的基本条件,是按生态水文节律形成具有时空和能量特性的径流过程。从研究河流生态系统特性和河流生态水文节律入手,构建河流标准生态径流（最小生态径流、适宜生态径流、最大生态径流、生态洪水脉冲）体系并分析其内涵,组成能反映河流生态系统需水的流量管理系统等级。在此基础上,提出了河流生态用水预警制度和流量危机管理机制,探讨保障生态用水安全的调度和管理模式。以长江流域中下游为例进行了实例研究。