基于栖息地指标法的生态流量研究

以大渡河流域为例,根据指示鱼类对栖息地的环境要求,构建包含水深、水面宽、流速、湿周和过水面积5个参数的栖息地评价体系,选择大渡河上游具有代表性的河段,建立流量与各指标之间的关系式,确定指示鱼类不同阶段的最低流量适宜值,得到满足各栖息地指标要求的最小生态流量。计算得出,足木足河的非避冬期最小生态流量为183～785 m3/s,避冬期为66 m3/s;大金川的非避冬期最小生态流量为266～865 m3/s,避冬期为266 m3/s;梭磨河的全年最小生态流量为283 m3/s;绰斯甲河的非避冬期最小生态流量为319～382 m3/s,避冬期为319 m3/s。区域最小生态流量的确定,可为研究区鱼类的保护提供参考,进而为维系地区生态平衡,协调生态环境与社会发展提供保障     

雅砻江锦屏二级水电站减水河段生态需水量研究

针对雅砻江锦屏二级水电站减水河段面临的水生生物生态需水问题,提出了计算河道最小生态基流量的生态水力学法,考虑了水力生境参数的全河段变化情况,计算结果避免了单凭最低值进行判断所造成的判断失误。确定了锦屏二级水电站减水河段鱼类对流速、水深、水面宽等水力生境的需求。通过河道水力模拟,得出为满足减水河段鱼类的生存及繁衍,必须保证枯水季节猫猫滩闸址下泄45 m3/s流量,在该流量下,锦屏二级水电站减水河段中95%左右河段水力因子可满足研究中提出的河道内鱼类的生存条件;水温的变化不会影响河道内鱼类产卵;鱼类适应的缓流水、急流水、浅滩、深潭等水力形态的位置虽然发生变化,但数量保持不变。     

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。     

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     

四川省甘孜州松茸栖息地动态变化研究

应用3S技术结合野外调查,对甘孜州松茸栖息地10 a间（1994~2004）的动态变化特征进行综合分析。结果表明：（1）根据建群种的生活型可将松茸栖息地划分为3大栖息地类型（12个群系）,分别为硬叶常绿阔叶林栖息地、针阔叶混交林栖息地以及针叶林栖息地;（2）松茸栖息地破碎化整体上呈增加趋势,主要表现为最大斑块指数减小,斑块边界总密度、形状指数及多样性指数增大;（3）至2004年松茸栖息地总面积达1 728 96309 hm2,较1994年面积增加4329%;新增川滇高山栎川西云杉混交林和高山松黄背栎混交林两大斑块类型,面积分别为409 95468 hm2和24 61428 hm2;栖息地面积、类型及数量的增加,对破碎化的发展速度起到一定的延缓作用;（4）鳞皮冷杉林、高山松林、川滇高山栎川西云杉混交林以及高山栎鳞皮冷杉混交林为栖息地的优势斑块类型,有必要对其乔木层片与灌木层片中栎类植物的组成比例进行调整,改善栖息地环境质量     

流量变化与齐口裂腹鱼产卵场栖息地生境指标的响应关系

流量变化与栖息地环境响应关系研究可以为河流生态建设及河流健康评价与修复提供理论依据,目前国内对此问题的研究通常是将加权可利用面积(WUA)作为栖息地环境的主要评判依据,据此判断最适宜的生态流量,而影响栖息地优劣的因素除了考虑有效栖息地面积外,还应包括栖息地的大小、形状、适应性、连通性及破碎性等指标。以大渡河金川坝址下游的复兴村及李家河坝产卵场为例,以山区河流较具有代表性的优势种群齐口裂腹鱼为研究对象,基于IFIM法对研究河段进行栖息地二维计算,分析不同流量下齐口裂腹鱼产卵场栖息地的适应性指数、破碎性指数、连通性指数,研究发现随流量增大三个产卵场生境指标均呈现出先增大至某一峰值然后逐渐减小的变化趋势。这一结果可为流量变化与生境响应关系研究的发展提供一定实践基础,同时可为以齐口裂腹鱼为优势种的山区河流鱼类栖息地的健康判断及恢复提供理论依据。     

考虑齐口裂腹鱼产卵需求的山区河流生态基流过程确定

在原型观测的基础上,应用生态水力学法与生境模拟法,建立对考虑齐口裂腹鱼产卵需求的山区河流水电工程生态基流过程的确定方法,并以四川中型山区河流杂谷脑河薛城电站为背景,对所构建方法进行应用分析。通过原型观测,对生态水力学的齐口裂腹鱼生境水力参数标准在杂谷脑河应用的适宜性进行分析;应用生态水力学方法,对不同河道流量下薛城电站减水河段的齐口裂腹鱼生境水力参数进行数值模拟,根据模拟结果,结合齐口裂腹鱼生境水力参数标准,分析得到薛城电站满足其生存的最小下泄流量;应用生境模拟法,对齐口裂腹鱼产卵期不同河道流量下薛城电站减水河段集中产卵场的可利用生境面积进行计算,得到最大可利用生境面积对应的下泄流量。综合最小下泄流量值与最大可利用生境面积所对应的下泄流量值,考虑齐口裂腹鱼产卵对水文情势的要求,建立薛城电站考虑齐口裂腹鱼产卵需求的生态基流过程。采用所构建方法得到的考虑鱼类产卵需求的水电工程生态基流过程,由于考虑了鱼类生存对最低流量以及产卵对水文情势的要求,能更好地满足鱼类产卵需求,可作为电站运行调度的约束。     

河流生态用水综合评价

为完善河流生态用水综合评价,从水循环中河流生态用水角度出发,以河流水量收支平衡规律为理论基础,考虑河流本底水质,采用本底水质、排放水质和河流控制目标污染物浓度表达河流生态新污径比,并推导出污水排放允许极限值,深入探讨了河流生态用水的质与量综合评价,改进了二元循环下河流生态用水的水量水质计算方法和河流生态用水的综合评价新标准,进一步完善了河流生态用水质与量综合评价模型。用此模型对黄河2002～2005年为例进行实力分析,结果表明：①在污水一级达标排放和不调水情况下,黄河生态用水水量比例在335%～545%,在Tennant等级中为较好状态,但水质不满足要求,bo>Blim;②在污水深度处理达到95 mg/L（COD）,不调水情况下,黄河生态用水质与量满足生态环境需水要求,综合评价合格;③在污水一级达标排放和南水北调调水40亿m3情况下,黄河生态用水水量比例有较大提高,综合评价合格。这说明,黄河生态用水问题不仅是水量短缺,而且水质问题更加严重。     

大坝下游河段的河流生态径流调控研究

了分析大坝工程对河流径流情势的影响,以三峡大坝下游河段的宜昌站为例,计算了三峡坝下河段的生态水文季节、生态需水和其它径流情势特征参数。计算结果表明,长江宜昌江段枯水期为1~3月份、副汛期为4~6月份和10~12月份,而洪水期为7~9月份;枯水期、副汛期和洪水期的最小生态需量占同期来水总量分别为24%~27%、30%~50%和30%~45%;适宜的生态需水在枯水期、主汛期分别占同时期来水总量为30%~42%、50%~70%;四大家鱼和中华鲟产卵、繁殖期内的适宜生态流量范围分别为 6 540~12 700 m3/s 和 16 300~9 130 m3/s,大约占同时期来水总量的50%~70%;涨水次数平均值分别为5.3和3.4,落水次数平均值分别为50和5.1等,这为三峡水库在四大家鱼和中华鲟产卵、繁殖期内的调度提供了保护的依据。〖     

日调节电站库区生态水文情势评价——以湘江干流衡阳站为例

河流生态水文情势对生态系统起着决定性作用,定量评估日调节电站库区中部生态水文情势影响,可为日调节电站的生态调度,维持河流生态健康等提供科技支撑。采用变动范围法（RVA）对湘江干流大源渡枢纽库区衡阳水文站1959~2015年逐日流量、水位及流速指标进行分析,采用生物多样性指标SI初步评估库区生物多样性的变化。结果表明:日调节电站蓄水后,库区中部生态水文变化特征及生态影响为：流速IHA指标整体改变度达到81%,流量IHA指标整体改变度为43%;4～7月月均流速降低（高度改变）不利于“四大家鱼”产卵活动;库区年极小值流量的增加利于保障自然栖息地和植物群落;年极值流速降低在改变库区河道地貌的同时加大生态环境风险;流量、流速年最小值出现时间发生100%改变,影响生物的生命活动;流量低脉冲历时和流速高脉冲历时高度改变,不利于刺激家鱼产卵繁殖活动;枢纽蓄水后SI值降低,生物多样性降低。     

基于MODIS叶面积指数的大渡河流域作物生态需水研究

利用大渡河流域30年的气象资料,采用FAO最新修订的Penman Monteith方程计算流域参考作物腾发量。同时获取大渡河流域2007年内45期MODIS LAI数据,根据叶面积指数与作物系数的经验关系得到作物系数2007年年内的变化情况,利用GIS中的Zonalmean函数对大渡河流域平均作物生态需水量年内变化进行估算。在根据年干燥度进行干湿区划的基础上,对作物生态需水来源进行分析。结果表明：大渡河流域2007年内生态需水总量为6188 mm,月平均值为516 mm。其中作物生态需水量年内变化过程为夏季最高,占全年总需水量的357%,春季、秋季、冬季生态需水量逐渐减少分别占全年总量的304%、201%和138%。在雨季,降水完全可以满足流域生态需水量,降水是这一时期生态需水的主要来源。在旱季,半干旱区的生态需水来源受区域干燥度的影响较大,越干燥的地区降水占作物生态需水百分比就越高;半湿润区作物生态需水来源仍以降水为主,但降水占作物生态需水百分比除了受区域干燥度影响之外,可能还受到其它因素如：陡坡耕地占耕地总面积的比例的影响。     

基于最严格水资源管理制度的初始水权分配研究

实行最严格水资源管理制度是2011年中央一号文件明确要求的内容。在分析最严格水资源管理初始水权分配内涵的基础上,首次以水资源管理“三条红线”为准则,构建了包含目标层、准则层、指标层及方案层4个层次结构的初始水权分配指标体系,建立了最严格水资源管理初始水权分配的投影寻踪模型,并采用量子遗传算法优化投影指标函数,以模型计算出的最佳投影值作为初始水权分配的分水比例。最后,以南水北调东线一期工程为例,将本文所建立的模型用来分配该工程净增加供水量的初始调水量。结果表明:该指标体系和模型具有一定的可操作性及有效性。     

长江口滩涂湿地景观变化对典型水鸟生境适宜性的影响

近年来在海平面上升、长江水沙变化、植被演替等自然因素以及促淤圈围工程、深水航道建设等人为因素的共同作用下,长江口滩涂湿地水鸟适宜生境发生了巨大变化。针对长江口滩涂湿地典型水鸟中的鸻鹬类(Charadriiformes)与雁鸭类(Anseriformes),采用空间多样性指数、人为干扰度等指标研究1980～2010年长江口滩涂湿地景观变化对两类水鸟生境适宜性的影响。结果表明：两类水鸟的不适宜生境、边缘生境、次级生境面积均呈增长趋势,鸻鹬类共增加682 km2,雁鸭类共增加314 km2。而核心生境面积却呈不同的变化趋势,鸻鹬类减少136 km2,雁鸭类增加232 km2,但鸻鹬类和雁鸭类核心生境面积百分比均分别减少566%和194%。1980～2010年鸻鹬类生境适宜性综合评价指数由092下降到053,雁鸭类由089下降到070,鸻鹬类降幅大于雁鸭类。通过定量分析人为干扰度对水鸟生境的影响,发现鸻鹬类对人类干扰更加敏感,中等强度的人类干扰在一定程度上扩大了雁鸭类的适宜生境面积     

An evaluation of a river health using the index of biological integrity along with relations to chemical and habitat conditions

We evaluated the health condition of a temperate river during June-November 1999 through applications of the index of biological integrity (IBI) using fish assemblages and qualitative habitat evaluation index (QHEI) as well as chemical analyses. Overall IBI values ranged from 13 to 37 and averaged 23 (n = 25, standard error = 1.16), indicating a "poor" or "very poor" condition according to the criteria of modified Karr [Fisheries 6 (1981) 21]. The values of mean IBI declined at a rate of 0.22 km(-1) (R2 = 0.91, p < 0.05) along the longitudinal distance from the headwaters to the downstream sites. Reduced IBI values at downstream sites reflected low forest cover, high population density and high nutrient enrichments. Ecotoxicity tests using the river water also showed that toxic impacts were evident in the downriver sites. These factors resulted in decreases of riffle benthic species and insectivores and increases of tolerant species, anormalies and exotic species in the river. Spatial pattern in IBI agreed with QHEI values, which showed a linear relation (R2 = 0.998, p < 0.001) with species richness. Field measurements of conductivity and pH, an indicators for variation of conservative ions, showed that the river water was diluted by 40% fold by summer monsoon rain and surface run-off from the watershed, resulting in a physical and chemical instability during the monsoon. For these reasons, average IBI values during the monsoon and postmonsoon decreased >20% compared to the premonsoon, indicating that IBI values were also affected by flow regime. Based on the overall physico-chemical data and IBI values, the river health is rapidly degrading due to the combined effect of chemical contaminations and habitat modifications.     

基于InVEST模型的长江中游经济带生境质量的时空分异特征及其地形梯度效应

基于DEM与1995、2005、2015年土地利用数据,通过InVEST模型、GIS空间分析方法评估长江中游经济带生境质量的时空分异特征,并采用回归分析、地形位指数研究生境质量的地形梯度效应。结果表明:(1)长江中游经济带生境质量空间分布差异较大,整体上水平较高。高质量生境主要分布于山地丘陵区及水域,低质量生境分布于农业城市区;(2)1995～2015年,境内高质量生境存在向低质量退化的趋势,平均生境质量略有下降;(3)生境质量变化水平呈现"北部及东部提升-中部及南部下降"的空间格局,江汉平原和江西省东部地区的生境质量有所提升,生境质量下降区域主要位于中部重要城市连接成的环形带上;(4)生境质量存在显著的地形梯度效应,随着地形位提升,高等级生境质量的县级单元数量逐渐增加,平均生境质量相应提升。1995～2015年,1等地形位的生境质量提升,其余等级地形位的生境质量表现为下降趋势。研究结果有助于揭示长江中游经济带生境质量的时空变化过程,可为长江中游经济带生物多样性保护和土地利用规划提供理论支持。     

南水北调东线工程徐州段河流生境质量评价

河流生境质量评价是河流生态系统健康评价的关键之一。本文评价自然和人为作用下的河流生境质量,以南水北调东线工程徐州段丰县、邳州两市输水通道上的河流为研究对象,结合环境特点,选择了反映河道生境、河岸生境和滨岸带生境的10个指标,给出了每个指标的评价方法和5级标准特征值,建立河流生境质量评价体系,确定评价指标的等级标准,对研究区内16个河段的生境质量状况进行综合评价。结果表明:(1)河流生境质量指数(IRHQ)综合得分介于33~91。根据评价等级划分标准,其中有50%的河段生境质量达到"优"等,其余介于"良"等到"劣"等,河流生境质量整体状况良好。(2)河流生境质量指数与NH_4~+-N、COD、TN呈负相关,与DO呈正相关,多项生境指标也与水质指标具有相关性,表明生境质量与水质的相互影响。     

岷江上游植被生境适应性空间分异格局的间隙度分析

了解岷江上游不同植被生境适宜性类型在整体和局部上的空间分异格局对植被生境管理和修复具有非常重要的意义。基于岷江上游4类植被生境适宜性类型空间分布图借助分形和贝叶斯理论,建立间隙度指数模型和多水平贝叶斯模型,实现定量表征不同植被生境适宜性类型在整体和局部空间上的聚簇和分异程度。结果表明:1)汶川在Ⅰ~Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性下的间隙度指数最大,其对应的空间分异尺度为3 000 m(即为30倍网格边长,网格边长为100 m)、2 900 m、2 800 m,而松潘在Ⅰ类和Ⅱ类型下的间隙度指数最大,其空间分异尺度为3 000 m、2 700 m。2)Ⅰ~Ⅳ类、Ⅰ类和Ⅱ类生境适宜性分别在汶川、松潘和理县的间隙度维数最大,空间格局聚簇性较小,进一步证明空间分异尺度较大,而Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性在茂县的间隙度维数最大。岷江上游植被生境空间分异格局的间隙度分析,可以为研究生境空间格局及其生境管理尺寸在整体和局部上的差异提供必备的条件和依据。