基于河流健康的辽河干流生态调度分期研究

河流健康受水文条件、人类活动干扰等因素影响存在季节性特点。作为以维护河流健康为目标的生态调度,在四季变化明显的北方地区也应具有分时期的特性。以辽河干流为研究区域,以月为单位对其河流健康进行评价,探讨河流健康的年内变化规律。研究表明辽河干流河流健康状况存在明显的分期特性,不同时期健康状况差异较大。基于上述特点,提出以分期生态调度的方式来改善河流健康,并划分出封冻期、汛前枯水期、汛期、汛后枯水期4个时期。同时确定出封冻期的最小生态需水、枯水期的河流自净需水、汛期的输沙需水的需水要求。最后耦合出辽河干流生态流量过程并与Tennant法比较,表明该流量过程符合天然的径流节律,能更好地维护河流健康     

蒲河流域生态环境需水研究

以蒲河流域为例，以改善水环境为出发点，提出了一种以生态分区为前提，同时满足人类正常生产活动的生态环境需水估算模型。该模型从生态系统角度分析了蒲河流域现阶段存在的问题，比简单的水文模型更为符合蒲河流域的实际特点。在此基础上对蒲河流域进行生态分区，针对各生态分区对生态需水的需求不同，分别估算需水值。其中包括河道基本生态需水、河道蒸发需水，河道渗漏需水等。在考虑生态需求的同时，针对蒲河季节性河流且人工干扰严重的特点，对蒲河流域生态需水量值进行估算。计算结果表明，蒲河流域生态需水总量为4 53846万m³，并具有年内变化显著、受人类活动（污水排放量、人口密度等）影响各分区差距显著等特点，研究成果为今后季节性河流需水量的研究提供了依据     

基于水量分配方案的抚河流域最小控制需水量研究

鄱阳湖流域水资源丰富，在非汛期尤其是用水高峰期，存在供需水矛盾和河道外用水挤占河道内用水现象。基于水量分配方案，以控制断面为节点，考虑河道外需水，兼顾河道内生态环境需水，系统提出计算流域控制断面最小控制需水量方法。在此基础上，以抚河流域为例，把流域划分为12个控制断面，分别为沙子岭、黎川、南城、洪门、廖坊、石门、廖家湾、娄家村、马圩、焦石、柴埠口和李家渡，各断面的最小控制需水量分别为740、380、2873、1200、4981、261、5085、7168、050、10894、1556 和1030 m3/s。通过水文监测控制流域断面流量，为落实水量分配方案、保护流域水环境和维持河流生态系统健康提供保障。同时，以最小需水量并与实测流量比较，确定各用水区余缺水量，为实施流域非汛期水量调度提供依据     

水库生态调度模型及算法研究

随着我国大规模流域开发，大量水库建设对河流生态系统造成了较大影响，如何通过水库合理调度来减轻水库对河流生态环境的负面影响，是当前水库运行调度研究中的一个热点问题。针对现行水库调度过分强调经济利益而忽视生态环境需水状况，致使部分大坝下游和库区发生生态环境退化的现象，从自然资源可持续发展的角度，探讨了水库生态调度的概念和任务，建立了水库生态调度多目标数学模型。该模型以经济效益、社会效益和生态环境效益组成的综合利用效益最大为目标函数，以综合利用要求为约束条件，包括灌溉、发电、航运、旅游、河口压咸和应急用水等。该模型为具有复杂约束条件的多目标规划模型。创建了可行搜索离散微分动态规划算法(FS DDDP算法)对该模型进行了求解。〖     

建设生态型城市河流的研究与实践

经济社会的快速发展不可避免的对城市河流生态系统造成了损伤,如何使受损城市河流生态系统恢复到健康状态是当前国内外生态环境领域的研究热点。本研究以牛首山河水环境生态修复与重建工程为例,在确定生态修复与重建原则的基础上,提出了区域污染削减与控制工程、生态清淤工程、河流形态修复工程、河床断面修复工程、河道水体生态修复工程等5个生态修复与重建工程,并附具有可操作性的技术实施方案,可为同类型城市河流的生态修复与重建提供科学指导与借鉴。     

成都平原毗河下游生态环境需水量研究

20世纪90年代以来,河流生态环境需水成为生态水文学研究的重要内容。阐述了基于国际上新兴发展的生态水文学理论的生态环境需水量的概念和内涵。并以毗河为例,用能反映时间尺度的河流流量来表达生态环境需水量,而不是传统意义上的水量。为了与水资源配置的时间单元协调起来,对3个代表年〖WTBX〗P〖WTBZ〗=50%（1968年）,〖WTBX〗P〖WTBZ〗=75%（1986年）,〖WTBX〗P〖WTBZ〗=90%（1987年）分别进行生态环境需水量的计算。根据毗河的自然条件,利用Montana法计算了河道维护水生生境最小需水量和最适宜需水量;蒸发需水量由水面宽度、河道两断面间平均长度、河道蒸发深度三者确定;结合河道功能区划和水质目标,计算了污染物稀释需水量。最终确定毗河下游河道的最小生态环境需水量为20.64 m3/s,最适宜生态环境需水量为25.84 m3/s。     

山地城市小型季节性河流雨洪淹没的数值模拟

为预测伏牛溪中下游河段沿岸工程设施在流域暴雨期的潜在淹没危险性,利用MIKE11模型模拟了不同重现期暴雨和长江洪水发生时,伏牛溪中下游河段淹没深度及淹没范围。结果表明:50年及100年一遇暴雨发生时,伏牛溪中游河段的平均淹没深度分别为4.9 m和5.7 m,淹没面积分别为40 542 m2和41 980 m2,鳌山综合市场处居民生活用地会被淹没;50年及100年一遇长江洪水倒灌发生时,下游河段平均淹没深度分别为7.5 m和8.9 m,淹没面积分别为9 890 m2和10 931 m2;50年及100年一遇暴雨和长江洪水同时发生时,下游河段平均淹没深度分别达到9.4 m和10.1 m,淹没面积分别为14 559 m2和16 987 m2,下游污水处理装置会被淹没,部分居民建筑物地基受到威胁。模拟结果为伏牛溪流域的防洪规划和工程设施建设提供了参考。     

基于生态需水核算的绿色校园节水灌溉研究

绿色校园建设是落实生态文明建设的重要途径之一,而校园节水灌溉是建设绿色校园必不可少的环节。本文以北京师范大学为例,基于生态需水核算设计绿色校园灌溉用水的节水方案。采用植被蒸散需水量指标核算校园五种主要草种一年的总生态需水量,并通过作物系数比较分析其变化规律。结果表明,需水量与作物系数、外界气象因素有很大关系,不同作物系数的草种需水量相差较大,种植草坪时应考虑其耗水性;北京师范大学一年的绿地总需水量明显小于一年的总供水量,绿地灌溉有很大的节水潜力。     

珠江大藤峡工程蓄水初期对鱼类生物完整性的影响与减缓对策

鱼类生物完整性指数(F-IBI)评价是进行河流生态系统健康评估的重要基础，也是开展河流生态修复的前提条件。为探究珠江流域大藤峡水利枢纽工程影响水域鱼类资源和栖息生境受人为干扰的影响情况，基于2020～2021年鱼类资源现状以及历史文献资料，构建了基于F-IBI的水生态健康评价体系，评估了大藤峡工程影响水域鱼类生物完整性状况及其受胁迫程度。总体上，大藤峡工程蓄水前后工程影响水域F-IBI变化不大，评价等级均为“一般”,但与历史数据相比，现状调查中珍稀特有鱼类种类数下降明显、外来物种数量有所增加；库尾和典型支流河段鱼类生物完整性水平优于库区和坝下河段。建议长期跟踪评价F-IBI变化情况，识别大藤峡工程蓄水运行造成的生态影响以及水生态保护措施效果，进一步落实开展库尾生境修复、生态调度、外来物种防控等措施，提高区域水生态健康状况。     

生态系统健康效果-费用分析方法在广州城市生态规划中的应用

生态系统健康是应用生态学界近年来的研究热点和前沿,并且已被越来越多地应用到城市生态研究中.在广州城市生态规划研究中,尝试将生态系统健康评价方法应用到生态规划方案的评估与决策中.首先建立城市生态系统健康评价指标体系,然后对提出的生态规划方案进行费用效果分析,用以指导方案的选择与决策.在费用效果分析中,以方案所需投资作为费用,以方案实施后能促使城市生态系统达到的健康程度作为效果.本文采用5个要素,即活力、组织结构、恢复力、维持生态系统服务功能、对人类健康的影响等,来构建城市生态系统健康的评价指标体系.通过对这5个要素的进一步理解和分析,提出了初步的城市生态系统健康评价指标体系,包括12个类别,49个指标.为确保这些指标之间相互独立,搜集广州市1991-2000年间49个指标的样本数据进行主成分分析筛选掉对总体贡献很小的指标,保留对总体贡献较大的指标,确定了最终的评价指标体系,同时也得出了各指标的权重.最后,通过测算规划方案中各类型的生态环境建设项目投资力度在变动±10%、±20%、±50%时,对生态系统健康状况改善的影响程度,以掌握各生态环境建设项目对于城市整体生态健康水平的重要性排序,为优先安排生态环境建设项目提供决策参考依据.     

桂林毛村地下河水-气界面CO_2通量的变化特征及其影响因素

为揭示不同时间尺度下岩溶区地下河出口CO_2通量的变化特征及其影响因素,本研究采用静态浮游箱-气相色谱法对毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量开展季节性和连续48小时昼夜监测。结果显示:水-气界面CO_2交换通量具有明显的季节性和昼夜变化特征,并且均表现为由水体向大气释放CO_2,呈现出大气CO_2源的特征。在季节性尺度上,CO_2交换通量的变化范围为90.27～406.32 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为253.50 mg·(m~2·h)~(-1)。CO_2交换通量的季节性特征表现为雨季大于旱季。在昼夜尺度上,CO_2交换通量的变化范围为46.8～244.45 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为137.81 mg·(m~2·h)~(-1)。CO_2交换通量的昼夜性特征表现夜晚大于白天,最高值出现在凌晨0∶00和1∶00,最低值出现在下午14∶00和15∶00。由于毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量受到诸多因素的影响。通过相关分析表明,毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量在季节性尺度下的主控因素为岩溶水体中碳酸的平衡系统,但是在昼夜尺度下的主控因素为局地区域环境参数。     

丹江口水库对汉江中下游径流特性的影响

随着汉江流域水资源开发利用程度的提高，汉江径流特性在一定程度上发生了变化，并在一定程度上影响了汉江生态系统的健康。为分析人类活动对汉江径流特性的影响，以白河、皇庄和仙桃3个水文站为研究对象，以丹江口水库关闸蓄水时间划分研究时段，利用3站1955~2006年的日流量资料对比分析了研究时段内汉江中下游年、汛期、非汛期、月及日径流量的变化特性。结果表明：丹江口水库的运行对其下游的年径流特性无明显影响，而对汛期、非汛期、日径流量和径流年内分配有显著的影响，汛期径流量所占比例显著减少，非汛期径流量所占比例显著增加，径流量年内分配过程均匀化，中小量级日流量出现频次增加，大量级日流量出现频次减少，但影响随与水库的距离增加而减小。研究成果可为评价人类活动对汉江生态系统健康及稳定性提供参考.     

贵州省三岔河流域水化学特征及其控制因素

对乌江源区三岔河流域枯水期和丰水期河水样品离子浓度及组成特征分析表明,河水主要的阴阳离子分别是HCO_3~–和Ca~(2+),分别占到总阴离子量的55%和总阳离子量的70%,与喀斯特地区流域相似。主要离子的时空分布的对比分析表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、HCO_3~–、Cl~–枯水期浓度略高于丰水期,而K+、SO_4~(2–)、NO_3~–两期浓度变化相对较小;空间分布的多样化,反映了不同小流域在地质背景、生态环境、人为活动等方面的差异对河水离子的影响。通过Gibbs图分析表明,研究区河水水化学主要受到岩石风化的影响,通过阴阳离子三角图分析表明,研究区河水水化学主要受到碳酸岩盐的影响,并且硫酸广泛参与到岩石风化中,人为活动对流域水化学组成也有一定影响。     

高质量发展模式下内蒙古河套灌区的可交易水量

黄河流域必须推进水资源节约集约利用,推动流域高质量发展。水权交易是运用市场机制实现水资源优化配置,促进水资源高效流转的有效手段。可交易水量是水权交易的基础要件之一,如何在高质量发展模式下科学测算可交易水量,是保障转让方水资源安全,促进水权交易顺利实现的关键。文章提出高质量发展模式下水权交易中可交易水量的测算方法,为灌区开展水权交易,测算可交易水量提供理论依据。首先,充分考虑水权交易对转让方用水安全的影响,界定可交易水量是转让方在保障自身生产、生活、生态等用水的前提下,在水权交易中可转让的水量。其次,依据中国水权交易政策分析得出可交易水量来源于节水潜力,国内水权交易实践显示农业节水潜力是当前及未来可交易水量的主要来源。再次,遵循高质量发展模式下保障粮食安全、实现水资源节约集约利用的原则,提出农业节水潜力的估测方法。最后,分析可交易水量的影响因素,确定调整系数,提出农业节水潜力中能够转化为可交易水量的测算方法。将该方法应用于国家高质量发展战略的施力地区以及中国水权交易的典范——内蒙古河套灌区,得出2021—2025年内蒙古河套灌区农业节水潜力分别为11.0713亿m³、11.5496亿m³、12.0486亿m³、12.5692亿m³、13.1123亿m³。依据内蒙古河套灌区可交易水量影响因素分析以及内蒙古水权交易政策规定,取可交易水量调整系数为2/3,计算得出内蒙古河套灌区2021—2025年可交易水量为7.381亿m³、7.700亿m³、8.032亿m³、8.379亿m³、8.742亿m³,为内蒙古河套灌区乃至黄河流域测算可交易水量提供借鉴。     

2013年长江丰水期河水化学特征及控制因素

为掌握长江河水化学组成特征及其控制因素,笔者运用Gibbs图、多种离子比例系数法和主成分分析法综合分析了长江流域丰水期河水化学及氢氧同位素特征。结果表明,长江丰水期河水主要来源为大气降水,河水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca型,化学成分主要受流域内广泛分布的碳酸盐岩等岩石风化作用控制;河水pH值、HCO₃^-浓度沿长江径流方向降低,SO₄^2-、Ca²⁺浓度沿长江径流方向升高。2013年丰水期,长江河水化学组成特征变化的主要影响因子,是易溶盐岩溶解和人类活动(贡献率40%),其次为川贵及长江三角洲地区的酸雨沉降以及人为酸性废水排放促进了流域内石灰岩和富含碳酸盐的三叠系砂页岩溶解(贡献率20%),最后为硅酸盐矿物及其风化产物的溶解(贡献率19%)。为了解长江河水水质状况及其演变趋势,合理评价长江流域水资源提供很好的科学依据。     

江西仙女湖流域大型底栖动物群落结构及水质评价

以典型的亚热带大型山地丘陵湖泊——江西省仙女湖研究为例,2014~2015年每月对仙女湖湖区及主要入湖河流进行了大型底栖动物群落的周年动态研究。经鉴定得底栖动物111种,隶属3门53科77属。其中软体动物40种,节肢动物61种,环节动物10种。优势种为中华颤蚓、梨形环棱螺、河蚬、锯齿新米虾、羽摇蚊、粗腹摇蚊属、前突摇蚊属、霍甫水丝蚓。仙女湖大型底栖动物年平息栖息密度为346 ind./m2,年平均生物量为54.26 g/m2;不同区域和季节底栖动物的栖息密度与生物量有显著差异(P0.05),河流型生境R2年平均栖息密度最大,为722 ind./m2。湖泊型生境L4年平均栖息密度最小,为251 ind./m2。1月的平均栖息密度最高,为567 ind./m2,5月平均栖息密度最低,为163 ind./m2。用辛普森多样性指数对不同区域水质进行评价,结果表明,入湖河流和钤阳湖为轻度污染,舞龙湖为中度污染。系统聚类和MDS排序分析表明,大型底栖动物的分布具有环境空间异质性,可以划分为2个群落。     

大型浅水湖泊太湖霍甫水丝蚓次级生产力的研究

作为湖泊底栖动物优势种类的霍甫水丝蚓在长江中下游湖泊分布广泛,在湖泊生态系统的能流和物流中占有十分重要的地位。为了了解霍甫水丝蚓在大型浅水湖泊中的种群动态规律、生活史和周年生产量等的状况,于2005年1~12月对太湖霍甫水丝蚓进行周年的研究,以期为了解太湖这一优势种类的生产力状况及合理利用这一资源提供理论依据。研究发现,2005年太湖霍甫水丝蚓年均密度和生物量分别为3 274ind./m~2(0~13 800ind./m~2)和4.70g/m2(0~29.15g/m~2),一般均在冬季达到高峰,空间分布上霍甫水丝蚓密度和生物量呈现出明显的差异性,在太湖北部梅梁湾和竺山湾及西部河口湖区分布较高,而在其它区域的现存量均较低。根据体长频数分布的周年变化特征,推测太湖霍甫水丝蚓约为一年三代,繁殖可能发生在3、7和11月份期间。2005年太湖霍甫水丝蚓年生产量为480.21g·m~(-2)·yr-1,P/B为14.17,与同类研究报道相比属于较高水平。分析表明太湖霍甫水丝蚓的高世代数导致其高P/B系数,而高周年生产量与其所处的营养水平相对较高有关,这对于太湖渔产潜力具有显著意义。     

流域绿水管理博弈建模及应用分析

绿水资源表示水循环通过降水渗透入土壤非饱和层并由植物蒸腾或土壤蒸发返回大气层的水汽，是农业作物生产的重要基础，但是通常被传统流域水资源管理所忽视。基于流域水量平衡和蓝水绿水综合思维，将绿水资源纳入流域水资源管理体系。在绿水信贷理念和博弈建模分析框架下，结合SWAT分布式水文模型、多目标优化及情景比较分析，利用绿水管理措施合理优化配置流域蓝水绿水资源，采用绿水生态补偿协调处理上下游利益冲突的博弈问题，探索性地提出了流域绿水管理博弈框架。该框架通过博弈建模可以识别分析流域绿水管理问题的博弈空间、博弈结构和纳什均衡等博弈特征；通过合作博弈约束条件改进的多目标优化，可以计算流域绿水管理情景的绿水补偿标准和帕累托最优收益。将建立的绿水管理博弈框架应用于涟水流域实例研究，NSE、R2、PBIAS、p-factor与r-factor等模拟效果评价和不确定性分析结果表明，涟水流域SWAT分布式水文模型的蓝水绿水模拟均达到可信程度。上下游收益变化、绿水补偿标准与帕累托最优解集等博弈分析结果显示，涟水流域整体社会经济与生态环境收益明显改善，其帕累托最优收益平均增长2.72亿元/a，年均绿水补偿标准折合1.94、1 253.7元/hm²。实例分析表明提出的绿水管理博弈框架在涟水流域具有较好的适用性和可行性。因此，该方法可以为流域蓝水绿水管理试点研究及其绿水补偿标准核定提供相关理论依据和技术参考，具有一定程度的的应用价值和现实意义。