闸坝河流河道内生态需水研究——以淮河为例

提出了一种估算闸坝下游河道内生态需水的方法--改进的生态水力半径法（AdaptedEcologicalHydraulicRadiusApproach,AEHRA）,该法能够同时计算输出相应河段的生态水位,方便对闸坝进行调度。将其应用到淮河,以鱼类作为生态保护目标,估算了上、中、下游共4个典型闸坝下游河段的生态需水和生态水位,结果表明:①鱼类产卵期内需要较大的生态流量,其顺序为:蚌埠>周口>颍上>白龟山,下游大于上游,中游居中,受断面影响显著;非产卵期则为:周口>颍上>蚌埠>白龟山,中游大于上下游,受河流鱼种影响较大。周口闸下河段全年各月生态需水量相同,需加强上游闸坝的联合调度满足冬季12~-月的生态需水;②要维持河道内生态流量,需进行闸坝调度调整下游水位,保证生态水位;③淮河受人类活动影响剧烈,河流的连续性被切断,生态需水变化没有连续性,只有根据最小生态水位通过闸坝调度,维持河道生态系统最小生态需水,才能逐步恢复淮河健康生态。     

淮河干流基于生态流量的目标鱼类选择研究

基于目标物种的生境需求,确定合理的生态流量过程对河流生态系统保护和修复至关重要.与以往主观选择珍稀鱼类或者主要经济鱼类作为推求生态流量的目标物种不同,从产卵环境和摄食环境等方面对淮河干流目标鱼类的筛选进行研究,运用层次分析法构建判断矩阵,计算各备选鱼类的排序权值,筛选淮河干流对生境要求具有代表性的目标鱼类.结果表明,鳊鱼对淮河干流水生生物的生境需求具有较好代表性,可作为淮河干流生态流量估算的目标鱼类.本研究为缺失珍稀特有物种的河流如何选择用于生态流量计算的目标生物,提供了一种有效的方法.     

Phenotypic assortment by body shape in wild-caught fish shoals

Phenotypic variation plays a critical role in determining the structural organisation and ecological function of wild populations. Animal groups are often structured according to factors such as species, sex, body size and parasite load, but it is unclear whether body shape also influences patterns of social organisation, and thus contributes to population phenotypic structure. Here, we use geometric morphometric analyses to determine whether wild-caught shoals of a freshwater fish, the western rainbowfish (Melanotaenia australis), are structured according to body size and shape. Using randomisation analyses, we show that the level of variation in size and shape observed in natural group assemblages is lower than that expected under a null model of random shoal composition. In addition, we found evidence of further phenotypic structuring along an upstream-downstream environmental gradient. The putative benefits of morphological assortment include a reduction in predation risk (due to prey oddity and predator confusion effects) and increased hydrodynamic or foraging efficiency. We suggest that morphological variation is a neglected component of population social organisation that can affect population processes, such as patterns of gene flow, and ecological interactions, such as predator-prey dynamics.     

Quantifying nonuse and indirect economic benefits of impingement & entrainment reductions at U.S. power plants

Monetizing ecological benefits of reducing impingement and entrainment (I&E) at cooling water intake structures presents both ecological and economic challenges. Ecological challenges arise because it is difficult to demonstrate and measure these impacts. Economic challenges arise because of these ecological uncertainties and because many of the potentially affected ecosystem services cannot be valued using traditional methods. Under a recently promulgated U.S. regulation certain power generation and industrial water permit applicants may be required to monetize these “nonuse” benefits. However, stated preference (SP) surveys, the only method available for valuing nonuse services have not seen acceptance by mainstream economists. This paper describes an approach to valuation that incorporates the ecological service function approach advocated by the USEPA Science Advisory Board to characterize impacts. Data and models are used to quantify, to the extent possible, direct and indirect impacts of I&E on ecosystem services. Nonuse values are then estimated by an SP survey that measures respondents’ willingness to pay for reducing I&E. Methods are proposed for calibrating and validating results including identifying the source of nonuse values from commonly ascribed motivations (i.e. existence, bequest, altruistic), considering the role of pre-survey awareness of impacts, and evaluating results in the context of respondent willingness to pay for other nonuse benefits.     

金沙江下游向家坝水库不同出库流量对四大家鱼生境面积影响的定量分析

金沙江下游河道是珍稀特有鱼类国家级自然保护区,适宜的流量是鱼类产卵繁殖的必要条件之一.为量化金沙江下游四大家鱼产卵繁殖所需的适宜生态流量,以向家坝水电站坝址至宜宾水文站(宜宾江段)为研究区域,以四大家鱼产卵期栖息地对水动力的需求作为主要生态因子,通过2012—2019年四大家鱼生境水动力实测资料建立其水动力适宜性曲线,构建基于非结构化不规则三角形网格的宜宾江段平面二维水动力模型,实现了家鱼栖息地水动力分布特征的精细模拟,采用物理栖息地模型(PHABSIM)对影响四大家鱼产卵的主要水动力条件(流速及水深)的需求进行分析,量化水库不同出库流量条件下对应的四大家鱼的栖息地加权可利用面积(WUA),建立了流量与栖息地加权可利用面积关系曲线,定量分析水库不同出库流量对四大家鱼产卵栖息地加权可利用面积的影响,据此进行适宜生态流量的选择.结果表明:金沙江下游宜宾江段四大家鱼产卵繁殖期的适宜流速为0.6~1.3 m/s,最佳流速为0.9~1.0 m/s,适宜水深为3.0~18.0 m,最佳水深为9.0~12.0 m;栖息地加权可利用面积随着水库出库流量的增加呈先增大再缓慢减小的趋势,当水库出库流量为3 000 m3/s时栖息地加权可利用面积达到最大,占研究河段总面积的24.26%,由此推定四大家鱼适宜生态流量为2 000~4 500 m3/s,最佳生态流量为3 000 m3/s.研究显示,通过控制向家坝水库适宜出库流量,可有效保证宜宾江段四大家鱼栖息地面积,为通过金沙江下游梯级水库的生态调度、改善四大家鱼产卵场水动力条件提供了依据.      

基于全球陆地生态系统的水源涵养服务价值时空变化分析

开展全球尺度的水源涵养评估工作,可量化各国家和地区生态环境保护和高质量发展水平.以水量平衡法和替代成本法评估全球183个国家和地区的生态系统水源涵养服务的实物量和价值量,结果表明:①2015年全球陆地生态系统水源涵养服务价值接近25×1012美元,中国、澳大利亚、美国、加拿大、俄罗斯排名前5位,全球单位面积水源涵养服务价值为17.98×104美元/km2.②2000-2015年水源涵养实物量呈现先减后增的趋势,年均增长率为1.05%,喜马拉雅山脉附近增幅最大,水源涵养实物量的时空变化特征与生态系统类型转移趋势基本一致.③全球发达国家人均水源涵养服务价值为0.99×104美元,单位面积价值量为23.6×104美元/km2,具有良好的生态环境禀赋,而部分非洲国家或最不发达国家的生态产品价值转化能力不足,需实现生态产品价值转化.中国迫于人口基数巨大,需提升生态系统服务价值来进一步提升人均水平.④聚类分析结果显示,澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚具有"高"水平生态系统水源涵养服务价值,整体处于第一梯队.研究显示,全球陆地生态系统水源涵养服务价值时空异质性显著,分国家和地区、分生态系统类型评估水源涵养服务价值可为全球生态系统服务价值评估提供重要参考.      

The 316(b) assessment process: evolution towards a risk-based approach

Since its inception, the 316(b) assessment process has undergone considerable evolution and refinement. In this paper, the authors review and discuss this evolutionary process focusing on several key scientific findings. Among these are that the potential for adverse environmental impact is relatively low for many ecosystem components (e.g., phytoplankton, microzooplankton); that the survival of entrained organisms is often quite high; that the prediction of adverse environmental impact is hampered by the present inability to effectively quantify compensatory processes; and that subsequent monitoring has revealed that the dire population consequences originally predicted for several aquatic populations have not been borne out. While this evolution has resulted in less divergence in the estimates of cooling water-related losses between the regulatory and regulated communities, accurate determination of the population level consequences of such losses remains elusive. This uncertainty makes final resolution of 316(b)-related issues difficult. To address these difficult issues, we propose an assessment approach based on an ecological risk framework coupled with adaptive resource management. This approach begins with a screening process which helps to focus the assessment on the key resources at risk, followed by a “weight-of-evidence” evaluation of all relevant predictive and retrospective information, and concludes with an evaluation of the relative cost and benefits of intake alternatives and the need for additional monitoring. Such an approach has been successfully employed at several large-scale 316(b) assessments completed in recent years and provides a mechanism for dealing with uncertainties in the assessment process, while at the same time ensuring reasonable protection of the environment.     

基于地下水动力学模型的河流廊道潜水埋深研究

荒漠绿洲实质就是河流廊道及其影响区,其水分主要来源于河流径流补给,河流下泄水量的多少直接影响到河流廊道的安全与否。建立了适合干旱区河流廊道的地下水动力学模型,并提出了生态保护距离和潜水埋深参数的设定方法。研究认为,在生态保护目标确定后,通过分析河道渗漏补给的有效影响范围、植被生存所需的潜水埋深与河岸处潜水埋深的相关关系,确定河岸处潜水埋深,进而为制定河流下泄流量,保护干旱区河流廊道的生态输水提供技术支撑。     

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

河流有机碳的输送特征对区域气候的响应

河流有机碳的输送特征与区域气候特征密切相关,气候的季节变化及空间分异、气候的异常和波动等都对河流有机碳的输送通量和性质产生显著的影响。指出降水的季节性变化直接影响河流有机碳输送通量和性质的季节性变化,不同的气候格局下河流有机碳的输送特征有较大差别,气候异常或气候波动往往使河流有机碳的输送通量和性质产生异常或波动,气候的变化直接或间接影响河流有机碳输送通量和性质的变化。     

不同入流类型对生态流量管理效果的影响

河流生态流量管理对于保护下游生态系统具有非常重要的作用。在水库生态调度的研究中,为了给不同流量时期提供不同生态流量,下游生态流量管理越来越复杂化。人们倾向于采用更复杂的生态流量管理来改善生态水文情势。然而,除了生态流量管理,水库入流类型也会影响生态水文情势,进而影响生态流量管理效果。因此,研究不同入流类型对生态流量管理效果的影响,有助于在考虑水库调度成本的情况下,在水库生态调度之前更好地选择生态流量管理方案。通过分析全球径流,总结出3种入流类型。为了对比不同的生态流量管理方案,采用了4种通用生态流量管理方案。结果表明:当水库入流量年内分配较均匀、流量曲线变换平缓时,生态流量管理方案的改变不会影响河流生态水文情势,即这种类型的入流对生态流量管理方案不敏感。     

模拟珠江河网的污染物通量及外源输入对入河口通量的贡献

基于一维河网与三维河口耦合水质模型,模拟计算了2000年珠江上游输入河网以及河网输入河口的碳质生化需氧量(CBOD)、氨氮(NH4)、硝态氮与亚硝态氮(NO3)和无机磷(IP)等污染物通量,并结合数值实验,量化了外源输入(包括入河网污染物通量与河网污染负荷)对入河口污染物通量对河网区的贡献.研究结果表明,河网区的污染物通量由入河网通量与河网污染负荷共同控制,通量分配具有显著的空间差异;上游各水系中,以西江的通量最大,约占入河网通量的71%～81%;8个入海口门中,以虎门、磨刀门的通量最大,两者共承接超过一半的入河口通量.此外,数值实验表明,入河网通量与河网污染负荷对CBOD、氨氮的入河口通量均有显著贡献,而硝态氮与亚硝态氮、IP的入河口通量则主要来自入河网通量;磨刀门、虎门分别是入河网通量、河网污染负荷最主要的输出口门.基于模型,亦针对入河口CBOD、氨氮通量对河网污染负荷的响应关系进行了探讨.     

水文变异条件下的东江流域生态径流研究

东江流域的河川径流受气候变化和人类活动的双重影响产生了水文变异,河流生态系统适应了变异前的水文状态,变异后必然会给当地生态系统带来不同程度的影响。因此,论文运用多种检验方法并结合东江流域的实际情况对其水文变异做了系统的分析。在此基础上,采用逐月频率法计算该流域4水文站的生态径流量 (最小、适宜和最大生态径流),得出以下结论:①Tennant的检验表明论文的计算结果是合理的;②龙川、河源、岭下3站存在显著变异,变异后3站不满足河流适宜生态径流量的时间都出现在6月,今后应在该月适当增加调水。同时,可参照文中计算值,建立东江流域生态径流调度预警机制,为流域生态系统的健康和水资源的管理提供科学保障。     

阴山北麓草原生态功能区防风固沙服务受益范围识别

风蚀是北方干旱与半干旱农牧交错带面临的严峻问题。论文以阴山北麓草原生态功能区为例,利用HYSPLIT模型模拟了当地生态系统提供的防风固沙服务流动路径,通过空间插值获得了功能区防风固沙服务的受益范围及其获得效益的相对大小,确定了受益范围内的土地覆被、受益人口及GDP。研究结果显示：1）2010年阴山北麓草原生态功能区的防风固沙服务大部分发生在春季,其流动路径主要往功能区东部和东南部区域延伸;2）防风固沙受益土地面积占全国土地面积的46%,主要位于功能区东部和南部地区;3）功能区受益的人口占当年全国总人口的75%,受益GDP占当年全国GDP总量的67%。未来可以根据受益区获得防风固沙效益的相对大小确定受益区不同区域横向生态付费金额,以补偿当地采取防风固沙措施导致的经济损失和投入,实现地区间公平,促进区域可持续发展。     

鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征分析

为揭示鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,对水库代表性区域柱状沉积物样品营养盐及重金属含量进行测定,在此基础上综合分析了水库沉积物营养盐及重金属空间分布特征、磷形态组成及其对水质的潜在影响,并对表层沉积物重金属进行了潜在生态危害评价.鹤地水库3个样点沉积物总氮(TN)含量在2.314～2.427 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:湖泊区>过渡区>河流区,总磷(TP)含量在0.591～0.760 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:过渡区>湖泊区>河流区;重金属(Cu、Cr、Pb、Zn、Cd和Hg)平均含量分别为31.094、46.85、75.615、385.739、0.624和0.171 mg.kg-1,除Cr外,湖泊区重金属含量均高于过渡区.垂直剖面上,沉积物营养盐及重金属含量总体上均表现出表层富集的特征.鹤地水库沉积物磷形态以无机磷(IP)为主,IP又以铁铝结合态的NaOH-P为主,NaOH-P含量占到IP含量的80%以上,磷组成特点表明其具有较强的潜在释放能力.潜在生态危害评价中,以工业化前沉积物最高背景值为参比的评价结果表明单种重金属基本属于轻微到中度污染,综合生态危害指数(RI)表明鹤地水库沉积物尚处于轻微生态危害程度;而以广东省土壤元素背景值为参比的评价表明重金属Cd和Hg均已达到强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微污染水平,沉积物重金属综合RI值达到强到较强危害程度,这与该地区红壤中Cd和Hg的环境背景值较低有关,尽管2种参比评价结果有所不同,但均表明重金属Cd和Hg污染较其他重金属严重,对RI值的贡献最大.     

区域土地资源可持续管理评估研究——以广西梧州市为例

参考联合国粮农组织的《土地可持续管理评估大纲》中提出的五大目标,即生产力、生产的稳定性、资源的保护性、经济的可行性和社会可接受性,选择５４个因素作为参评因子,建立了梧州市土地可持续管理评估指标体系的基本框架,运用社会经济统计学方法对梧州市不同年份的土地经营管理进行了综合评估,评估结果表明,目前梧州市的土地经营管理仍处在初步可持续管理的前期阶段。评估方法简单、实用,具有一定的推广应用价值。     

大风江口海域沉积物酸可挥发性硫化物、重金属分布及风险评价

为了解广西北部湾典型亚热带主要入海河口区——大风江口海域沉积物重金属生物毒性/生态风险现状,以2018年7月在该区域采集的10个采样点表层沉积物为基础,采用冷扩散法提取样本中酸可挥发性硫化物（acid volatile sulfides,AVS）,并同步提取重金属（simultaneously extracted heavy metals,SEM）,采用碘量法测定AVS含量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定同步浸提的Cr、Cu、Zn、Cd、Pb等5种重金属元素含量（同步提取的5种重金属含量之和用∑SEM表示）,并利用∑SEM/AVS比值法和∑SEM-AVS差值法进行沉积物重金属生态风险评价.结果表明:大风江口海域表层沉积物AVS含量范围在0.33~9.30 μmol/g之间,平均值为（3.63±2.76）μmol/g,AVS含量呈现由河流向入海河口区域递减的趋势;∑SEM范围在2.12~27.08 μmol/g之间,平均值为（7.61±7.32）μmol/g,∑SEM呈由河流向开阔海域先增加后递减的趋势;相比于其他海区,大风江口海域沉积物中AVS含量和∑SEM均较高.大风江口海域沉积物中AVS含量与溶出液pH（7.59~8.89）、沉积物氧化还原电位（E_h）（-165~182 mV）均呈显著负相关,表明沉积环境中E_h和pH越低,越有利于AVS的生成.大风江口及邻近海域表层沉积物中∑SEM/AVS和∑SEM-AVS的变化范围分别为0.62~15.33和-3.49~22.90 μmol/g.研究显示,大风江口海域表层沉积物中重金属具有潜在中等或高的毒性生态风险,应加强重金属污染防控.      

应用物种敏感性分布评估DDT和林丹对淡水生物的生态风险

介绍了利用物种敏感性分布（SSD）进行生态风险评价的原理与步骤,构建了淡水生物对DDT和林丹的物种敏感性分布.在此基础上,计算了DDT和林丹对不同类别生物的HC5(Hazardous Concentration for 5% the species)阈值,预测了不同浓度DDT和林丹对生物可能造成的危害,并比较了不同类别生物对DDT和林丹的敏感性,以及DDT和林丹对淡水生物的生态风险.结果表明,DDT和林丹对淡水生物的HC5值分别为1.70μg·L-1和5.96μg·L-1 ,DDT对生态系统的危害大于林丹.当DDT或林丹的浓度为5μg·L-1时,对生态系统仅有轻微影响,而当DDT或林丹的浓度为500μg·L-1时,将有81.5%的物种受到DDT的危害,或有68.1%的物种受到林丹的危害.不同类别生物对DDT的敏感性从甲壳类、昆虫和蜘蛛类到鱼类依次降低,对林丹的敏感性大小依次为昆虫和蜘蛛类、甲壳类、鱼类.与林丹相比,DDT对淡水脊椎动物与无脊椎动物以及甲壳类和鱼类的生态风险较大,而对昆虫和蜘蛛类,林丹与DDT的生态风险差别不大.     

基于生态目标的河道生态环境需水量计算

以生态目标的确定为基础,通过建立目标参数与径流间的关系计算得到河道生态环境需水量.其中生态目标由关键期生态目标和时间变化目标2部分组成.考虑不同功能生态环境需水量间的兼容性,以最高等级为标准确定关键期生态目标.采用河道多年平均天然径流量年内时间变化率作为生态环境需水量时间变化目标.海河流域永定河官厅水库下游河道计算中,以生态、生产需水矛盾最突出的4月生物繁殖初始时期对流速的要求作为关键期生态目标,根据河道断面实测资料确定目标参数与径流间的关系.计算结果表明,最小、适宜以及理想等级年度生态环境需水量分别为1.56×10⁸m³,5.97×10⁸m³和11.02×10⁸m³,分别占河道天然径流量的7.19%,27.51%和50.78%,年内汛期8月及春季生物繁殖期(4月～6月)需水量需分别达到年度总量的20%.     

城市开发强度与资源环境承载力协调分析——以珠三角为例

党的十八大以来,习近平总书记提出要加快构建生态文明体系,协调生态环境保护与城市开发,积极开展国土空间规划与生态修复工作。广东省新一轮生态文明建设规划提出,要根据地区资源环境承载能力,把环境损害、生态效益等指标纳入发展综合评价体系,打造珠三角绿色生态城市群。通过构建城市开发强度及资源环境承载力指标体系,选取珠三角九市作为研究对象,运用耦合协调模型量化可持续发展水平并揭示各子系统的相互作用,制定能增强承载能力的有效路径。结果表明：（1）研究区城市开发强度对比明显,都市圈特征日益显著。其中,深圳（0.9224）开发程度最强,肇庆（0.0548）程度最弱。（2）资源环境承载力按驱动因子分为自然拉动型及经济拉动型,分别通过自然优势和社会经济投入巩固综合承载力。（3）区域内过半城市生态经济系统濒临失调。受经济因素驱动,广州、深圳协调程度相对较高。（4）应对区域内三种不同的协调发展状态,为各类城市制定因地制宜的生态修复方案。