三峡水库运行对长江荆南三口水文和生态的影响

基于1990—2014年荆南三口五站实测原型日流量水文序列,采用Mann-Kendall法、累积距平法检验分析其水文特征与变化趋势,并应用生态水文变化指标体系和变化范围法评估分析了三峡水库运行对荆南三口河流33项生态水文指标变化的影响.结果表明:1990—2014年,三口年平均流量呈现显著减少趋势(P<0.05),减小率为19%,拐点年份出现在2003年,2003年前荆南三口年平均流量为1981.1 m³·s^-1,2003年以后的年平均流量为1603.25m³·s^-1,前后相差377.85 m³·s^-1.1—4月的平均流量明显增加,偏离度分别为1.58、1.86、0.83、0.62 ;5月下旬至6月上旬明显增加;7、8月有较小程度的减少,偏离度分别为-0.12、-0.10;蓄水期(10月)显著减少,偏离度达-0.40.年极小值流量均有较高程度的改变,年极大值流量中仅1、3 d年均极大值流量有中等程度改变,其他年极大值流量改变程度低.低流量过程改变程度高,而高流量过程改变程度低.     

黄河口湿地生态需水量估算

黄河口拥有中国暖温带面积最广阔、自然属性最显著、结构最完整的滨海湿地生态系统,因处在河-海-陆交汇的复杂界面,湿地生态系统十分脆弱。满足生态需水是维持湿地生态系统健康的基础和关键,但以往估算缺乏系统综合性视角且存在时间尺度较粗的问题。从维持湿地面积、保护生物多样性及稳定生态系统功能和过程3个目标出发,构建了包含5项指标的湿地生态需水指标体系,对湿地3个等级、3个时段生态需水进行了估算,并据此判断了2000年至2019年黄河口湿地在极端丰水年及枯水年生态需水的满足状况,结果表明：黄河口湿地全年的最小、适宜、最大生态需水量分别为13.33×10⁸ m³、22.33×10⁸ m³、35.31×10⁸ m³;4—6月、7—10月、11—3月的适宜生态需水量分别为6.76×10⁸ m³、10.10×10⁸ m³、5.47×10⁸ m³;...     

西南纵向岭谷区河道生态需水计算方法

西南纵向岭谷区流域独特的地理地貌、气候气象、生态水文以及人文社会环境决定了河道生态需水计算的特殊性。时空尺度上的跨越性及梯度效应决定需要从时空以及频度尺度上进行河道生态需水量的界定,在进行区域生态特征分析的基础上提出了生态径流．需水系数综合计算河道生态需水量模型;基于河道生态特征、功能、结构以及社会环境与河道生态需水量间的相互关系,构建了河道生态需水评估指标体系,包含生态需水特征分析指标、需水影响要素分析指标以及需水趋势分析指标3部分,为进行河道生态需水计算提供定量计算与定性分析依据;根据河流水文情势的周期性变化,提出变异系数与生态特征指数综合设定河道生态需水等级系数的方法;考虑到水文情势的自然摆动,提出了生态径流量的频度计算方法;本文并以澜沧江为例就有关的过程进行说明。     

漓江枯水期流量变化对鱼类栖息地的影响模拟

根据漓江枯水期流量变化的特点, 在基于栖息地模拟法的基础上利用河流二维模型, 建立了历史实测最枯流量3.8 m³·s^-1、枯水期标准流量45 m³·s^-1 和生态补水量60 m³·s^-1 三种不同流量下成年鲤有效栖息地的二维模型, 评价其栖息地面积百分比与漓江枯水期不同流量的关系。结果表明枯水期漓江成年鲤的栖息地面积随着流量增加而增大并由河道中间逐渐向河两边移动, 当流量增加到45 m³·s^-1 以后成年鲤栖息地面积的增长速度开始明显降低甚至是基本保持不变。分析了由于漓江流域河床坡度陡、流域面积小、雨量分配不圴、枯水期地表水向地下水排泄以及人为活动等引起枯水期栖息地面积发生变化的原因, 为漓江枯水期补水和河流生物栖息地保护提供参考意义。     

水文变异下的黄河流域生态流量

使用t检验和Mann-Whitney U检验对黄河干流7个水文站月均流量进行水文变异分析,探讨了水文变异成因,在此基础上,确定变异前各月月均流量序列最适概率分布函数,将概率密度最大的月平均流量定义为河道内生态流量。经与Tennant法、最小月平均流量发和逐月径流法比较,考虑水文变异的河道内生态流量计算方法是可行、合理的。水文变异后,黄河干流7水文站月均流量普遍减少,月均流量满足河道内生态流量的频率降低。研究结果表明,人类活动是黄河生态系统水环境恶化的重要原因。在流域生态管理中,确保变异后生态流量满足频率与变异前相当。研究对于理解在当前气候变化与人类活动双重影响下,干旱半干旱区流域水资源科学管理具有一定理论与现实意义。     

水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量

受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必会影响当地生态系统。基于此,采用8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。在此基础上,采用15种概率分布函数分别拟合5站各月变异前日流量序列,最终确定5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即得河道内生态流量。研究表明:(1)抚河于1962年发生弱变异,赣江、修河于1968年发生中变异,信江、饶河于1991年发生弱变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升11%,抚河生态需水满足率下降32%;(3)水文变异增加提高生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。高森林覆盖率提高干季生态需水满足率,对年均生态需水满足率影响不明显。研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。     

基于SWAT模型的流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响

选用国内外广泛应用的SWAT分布式水文模型,定量分析流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景模拟分析方法设置3类情景进行定量分析.对上中下游的温泉、太平场和南岗3个水文站依次校正与验证得出：除温泉站在验证期的3个系数刚达标之外,其他的相对误差＜15%、相关系数＞0.8、Nash Sutcliffe效率系数＞0.75,说明SWAT模型在流溪河流域的径流量模拟中具有较高的适用性.综合型情景模拟分析得出：以1991-2000年为基准期,2001-2010年土地利用与气候变化综合引起年均径流量增加11.23 m³·s^-1,土地利用变化引起年均径流量减少0.62 m³·s^-1,气候变化引起年均径流量增加11.85 m³·s^-1,气候变化的影响强度强于土地利用变化的影响强度.极端土地利用情景模拟分析得出：与2000年土地利用现状模拟径流量相比,耕地情景和草地情景的径流量分别增加2.7%和0.5%,林地情景的径流量减少0.7%,证明林地有一定的截流能力.气候变化情景模拟分析得出：流域径流量变化与降水变化呈正相关关系（降水每升高10%,径流平均增加11.6%）,与气温变化呈负相关关系（气温每升高1 ℃,径流平均降低0.8%）,降水变化的影响强度强于气温变化的影响强度.在气候变化环境下,需要重视对强降雨的预测和灾害预防,可通过优化土地利用结构与空间布局来减缓气候变化带来的水文负效应,如洪涝灾害.     

澜沧江(云南段)河道生态需水量计算

综合分析澜沧江地理地貌、水文气象以及人类活动等现状特征,将澜沧江河道分为三区五段九大支流,并根据需水特征选取了上游旧州、中下游戛旧、下游允景洪3区作为研究区。在多年逐月实测径流量数据的基础上,通过运用生态现状的时空分析比较、数据资料的集中趋势以及离散程度分析等方法设定了河道生态需水等级系数;在通过对澜沧江径流量集中与离散程度分析的基础上,选择了频度法进行生态径流量的计算;综合河道生态需水等级系数与生态径流量进行澜沧江河道生态需水的计算,并对澜沧江汛期与非汛期河道生态需水量进行了分析计算。通过综合分析比较,结果显示澜沧江河道最小、适宜以及理想河道生态需水量分别为161·77×108m3、278·22×108m3、358·82×104m3,占澜沧江多年实测平均径流量(567·76×108m3)的28·49%、49·00%、63·20%,占澜沧江多年径流量(765×108m3)的21·15%、36·37%、46·90%。     

湿地生态水文结构理论与分析

针对水土资源开发利用引发的湿地消退问题,通过研究湿地水分运动与补给规律,分析湿地和径流进退的关系、湿地生境和生物的扩展关系,分析湿地水文连接度下降引起的湿地消退效应.根据湿地水循环原理和湿地生境空间分布规律,建立湿地径流场与生物多样性场的概念,从而提出湿地生态水文结构理论.以维持湿地存在、保障湿地生物多样性为目标,通过湿地径流场与生物多样性场的耦合关系,将湿地划分为中心区和适宜活动区,以维持湿地生态水文结构所需要的水分条件定义为湿地生态需水.湿地生态需水问题的核心为确定湿地生态水文结构,并以湿地中心区和适宜活动区为边界条件,通过地表水地下水转化的水量平衡模型对湿地生态需水量进行分析计算.以维持中心区的水分条件作为最小生态需水;维持适宜活动区的水分条件作为适宜生态需水.湿地生态水文结构更对湿地管理提供生态安全阈值.根据湿地生态水文结构的稳定程度,建立湿地生态安全危机管理机制,进行不同级别的预警管理.     

基于生态系统受扰动程度评价的白洋淀生态需水研究

水是湿地生态系统最重要的影响因子,生态需水核算是对湿地进行生态保护,恢复重建的前提与基础.提出一种基于生态系统受扰动程度评价的适宜生态需水量计算方法.首先根据湿地水面面积变化率最大时对应的关键水位构建初始生态水位方案并将其离散得到一系列离散值;然后应用Mann-Kendall(M-K)法分析历史水位时间序列,找出水位发生突变前自然条件下的水位状态;最后对不同情景水位方案与自然水位状态的差异程度进行修正水文指数(APPFD)评价,确定生态系统受扰动程度在可接受范围之内的多个生态水位方案,进而确定相对应的生态需水量方案.将该方法应用于白洋淀湿地得出了7种可接受的生态水位方案,其中汛期的适宜生态水位在8.31-10.62 m之间,非汛期的适宜生态水位在7.51-9.60 m之间,全年的适宜生态需水量在3.10×108-6.47×l08m3之间.该方法能够为实际的水资源管理和分配提供多种备选方案,有较强的实用性和可操作性.     

利用树轮揭示人类活动对柴达木盆地巴音河径流量的影响

评估人类活动对径流的影响,对区域水资源开发管理有借鉴和指导意义。利用柴达木盆地北部山区7个祁连圆柏树轮宽度数据,建立区域平均树轮宽度年表。通过对区域平均树轮宽度年表与巴音河水文站径流量进行相关、滑动相关和回归分析,模拟了巴音河1956—2002年6月天然径流量变化,进而分析出人类活动对径流量的影响。结果表明: 树轮平均年表与6月径流量的相关性最强(r=0.63,P<0.01),两者相关系数在1986年后下降;基于1956—1986年树轮平均年表与6月径流量建立的转换方程,方差解释量为50.8%;基于转换方程模拟的1987—2002年径流量均值与实际观测径流量存在显著差异,模拟均值比观测均值大3.01 m³·s^-1。上游人类活动已经对巴音河径流量的变化带来了明显的影响。因此,在巴音河流域未来水资源开发利用规划中,有必要将人类活动作为重要的影响因素加以考虑,以保障可持续的水资源利用。     

环境因子和生物因子对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸的影响

采用Li-8150多通道土壤呼吸自动测量系统对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸进行全年连续测定,同步测量了温度、土壤含水量、地上生物量以及叶面积指数等环境因子和生物因子.结果表明: 土壤呼吸日动态在全年尺度上多呈单峰型,但在受到土壤封冻和地表积水干扰时,土壤呼吸日动态呈多峰型.土壤呼吸具有明显的季节动态特征,总体呈单峰型,年平均土壤呼吸速率为0.85 μmol CO₂·m^-2·s^-1,生长季平均土壤呼吸速率为1.22 μmol CO₂·m^-2·s^-1.在全年尺度上,土壤温度是滨海湿地土壤呼吸的主要控制因子,可解释全年土壤呼吸87.5%的变化.在生长季尺度上,土壤含水量和叶面积指数对土壤呼吸的协同影响达到85%.     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

基于SWAT模型的汾河流域生态补水研究

随着人类对于河流的开发利用日益增强,显著改变了河流的天然径流过程,生态供水不足成为流域生态系统健康的重要制约因素。以山西省汾河流域为研究区,基于天然和实测径流数据,利用SWAT模型分别模拟了流域近30年天然径流和近10年跨流域调水情况下现状径流过程,并在此基础上对流域各河道生态流量及现状径流量进行时空量化,探讨了不同生态流量标准下生态缺水量在时间和空间上的变化情况。研究结果表明：(1)汾河流域各河道生态流量时空差异明显,汛期(0.50—18.80m~3/s)河道生态流量需求显著高于非汛期(0.05—1.81m~3/s),总体分布特征为中下游干流远高于上游支流;(2)在Tennant法的不同生态流量标准下,汾河流域非汛期生态流量保障情况整体优于汛期,高频缺水区主要分布在支流,呈上下游分散分布;(3)在中等级生态流量标准下,流域约84%的区域能保障基本生态流量需求,关键缺水区为岚河、潇河、浮山县及浍河地区;(4)建议流域生态补水在时间上侧重汛期补水,空间上侧重高频缺水地区,基于流域生态缺水量时空分布特征分配跨流域调水资源,提高水资源利用效率。研究从时空上量化了跨流域调水工程实施后流域生态流...     

基于组合绿色生态措施的北方城市雨雪径流削减模拟

以北方城市雨雪径流削减控制为研究目标,通过构建SWMM雨雪径流模型对北方城市夏季降雨径流量和春季融雪径流量进行模拟.同时根据研究区气候特点和实际情况制定了符合研究区低影响开发(LID)绿色生态措施方案,通过加入简单式绿化屋顶、雨雪收集双用装置和下凹式绿地3种控制措施,模拟了组合绿色生态措施对研究区夏季降雨和春季融雪径流的削减以及对排水管网压力的缓解效果.结果表明:2016年5月24日、6月10日和7月18日3场实测降雨模拟的最大径流量分别为2.7、6.2和7.4 m^3·s^-1,1、2、5、10年4种不同重现期降雨条件下的峰值流量分别为2.39、3.91、6.24和7.85 m^3·s^-1;在融雪期,峰值流量出现在3月初.LID措施在雨季对削减峰值流量、延迟峰值时间和缓解排水压力具有很好的控制效果,削减率最高可达70%左右,而且通过加入雪收集装置,对春季融雪径流也有一定的控制效果.     

西北干旱区气候和土地利用变化对水沙运移的影响——以小南川流域为例

认识区域水沙运移规律及其对气候和土地利用变化的响应能够为水土流失防治提供理论依据,是水土资源综合开发的重要前提.本研究以1963-2013年逐月实测气象、径流和泥沙资料为基础,结合20世纪80年代和2000年土地利用数据和归一化植被指数(NDVI)数据,采用Mann-Kendall趋势分析和突变检验方法,系统分析了西北干旱区典型小流域--小南川流域的气候和水沙长期变化特征,并识别了研究区土地利用及植被覆盖度变化特征.在对单要素变化充分解析的基础上,利用多元线性回归等方法,定量探讨了气候和土地利用变化对小南川流域水沙运移的影响机制,并明确了关键作用因子.结果表明: 小南川流域气温向两极化发展,降水量逐渐增加,总体气候变化趋势朝向暖湿方向,极端气候事件发生频率增加,且在20世纪90年代发生突变后,其变化速度和程度均进一步加剧.自20世纪80年代以来,随着经济社会发展,流域内耕地和城镇扩张,林地增加,自然生态环境向良性发展.在土地利用和植被覆盖度变化的主导驱动作用下,流域径流量和输沙量分别以1.7×10⁶ m³·(10 a)^-1和1.5×10⁸ kg·(10 a)^-1的平均速率呈减少趋势.定量化研究结果揭示了植被覆盖度和月平均最高气温是影响该区径流变化的最关键因子,而植被覆盖度和日最大降水量是影响输沙变化的最关键因子.在当前气候变化背景下,生态修复是防止干旱区流域水土流失的最有效途径之一.     

赣江下游及其支流浮游甲壳动物的群落结构

2009年6月、11月和2010年4月对赣江下游浮游甲壳动物的群落结构和时空变化进行研究.共记录浮游甲壳动物21种,其中枝角类14种、桡足类7种.脆弱象鼻溞Bosmina fatalis、微型裸腹溞Moina micrura和中剑水蚤Mesocyclops sp.为优势种.赣江下游干流浮游甲壳动物的最大平均密度和生物量(11.1ind.·L^-1和0.127mg·L^-1)均出现在6月,最小值(1.59ind.·L^-1和0.01mg·L^-1)均出现在4月.袁河支流的枝角类和桡足类密度在6月(4.97±13.28ind.·L^-1和2.07±4.85ind.·L^-1)和11月(2.07±5.21ind.·L^-1和2.24±5.22ind.·L^-1)高于赣江下游干流和锦江支流.香农-威纳指数(H')和马加利夫指数(d)表明赣江下游及其支流水质为中度污染或重污染.水温和小型浮游植物生物量是影响赣江下游浮游甲壳动物密度时空变化的重要因素.     

基于雅砻江两种裂腹鱼游泳能力的鱼道设计

为探究雅砻江两种裂腹鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究采用递增流速法对长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度进行测试,采用固定流速法对长丝裂腹鱼的耐久游泳速度进行测试。结果表明: 长丝裂腹鱼与齐口裂腹鱼的感应流速随着体长的增加均出现了先增加后平稳的趋势,但最大感应流速均小于0.2 m·s^-1;长丝裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.81±0.20)和(1.49±0.26) m·s^-1,相对临界游泳速度为(4.90±1.73) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(9.77±1.72) BL·s^-1(BL为体长);齐口裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.73±0.24)和(1.17±0.39) m·s^-1,相对临界游泳速度为(6.88±2.82) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(11.75±2.77) BL·s^-1。耐久测试发现,随着流速增加(0.7～1.5) m·s^-1,长丝裂腹鱼持续游泳时间与水流速度呈负相关,疲劳时间(T)与水流速度(V)的关系可以拟合为lgT=-2.52V+5.59,预测鱼道长度(d)与鱼道内可通过的最大平均水流速度(V_fmax)的关系式为V_{f max}=-0.17lnd+1.74。根据试验结果,当以长丝裂腹鱼和齐口裂腹鱼为主要过鱼对象时,建议鱼道内最小水流速度应大于0.2 m·s^-1,进口及竖缝处水流速度为0.73～1.67 m·s^-1,休息池主流水流速度为0.2～0.7 m·s^-1。