基于芦苇生长过程中水位和盐度约束条件的博斯腾湖生态水位

受气候变化和人类活动的双重影响,近年来博斯腾湖水位波动较大,对博斯腾湖芦苇生长及芦苇资源造成显著影响。基于博斯腾湖长序列水文水环境历史数据和遥感数据,分析水位—盐度—芦苇面积之间的关系;结合芦苇生长状况,量化了芦苇不同生长阶段的适宜水位、盐度阈值区间。结果显示:芦苇萌芽期最适宜水深为0 m,盐度非约束条件;芦苇生长期和抽穗期适宜水深为0.3~0.6 m,适宜盐度为1.39~1.52 g/L。综合芦苇不同生长阶段水位及盐度阈值,提出了基于芦苇生长对水位和盐度条件需求的博斯腾湖生态水位:5—6月份为1 046.0~1 046.3 m,7—10月份为1 046.5~1 046.8 m。研究对于保障博斯腾湖芦苇生态功能及经济效益具有重要意义,可为干旱地区水资源高效利用提供科学参考。

鄱阳湖湿地适宜生态需水位研究——以星子站水位为例

根据鄱阳湖水位频变的实际情况,以星子站水位为例,利用生态水文法对鄱阳湖湿地的适宜生态需水位进行了研究.通过分析1953—1973年、1956—2000年、2006—2010年期间鄱阳湖水位和一些代表物种如白鹤和芦苇的生长、分布及变化规律,表明(1)针对鄱阳湖湿地水位剧烈变化的特征,将适宜水位分为枯水期和丰水期两个时段进行研究更为合理;(2)在丰水期以12～15 m作为适宜水位,枯水期以11～14 m作为适宜水位,作为关键时段的4月和10月适宜水位一定要得到保证;(3)水位条件变化虽然不能从根本上改变鄱阳湖湿地植物的带状分布,但水位变化直接决定各种物种的数量及生物量.

三峡建库后东洞庭湖适宜生态水位需求分析

三峡水库的修建改变了水库下游的水沙条件,影响了洞庭湖湖区的生态平衡,进而引发相关生态问题.本文以城陵矶站水位代表东洞庭湖水位,基于其19532018年的逐日水位资料,采用滑动t检验法对年平均水位序列进行突变检验,发现因强人类活动导致城陵矶水位发生突变的时间为2004年,考虑为三峡蓄水的影响.借鉴IHA(Indicators of Hydrological Alteration,水文变化指标)及RVA(Range of Variability Approach,变化范围法)方法提出了一种同时考虑年内月平均水位过程、水位波动范围、高低水位发生情况以及水位涨落情况的适宜生态水位计算指标体系,能够直观和全面地描述生态系统健康发展对水位的要求,包括112月水位分别为:17.07~18.34、17.15~18.89、17.65~22.23、20.25~22.15、22.85~24.90、24.31~26.44、26.88~29.16、25.79~28.32、25.12~27.56、23.59~25.88、20.65~22.81、18.58~19.88 m;年最低水位:16.21~17.86 m,发生时间为第16~51天(年积日);年最高水位:28.54~31.48 m,发生时间为第187~211天(年积日);高水位平均持续时间为32.62~81.32 d/次,低水位平均持续时间为52.13~107.65 d/次;涨水次数为21.9~26.45次,涨水速率为0.17~0.21 m/d;落水次数为23.17~27.6次,落水速率为0.12~0.14 m/d.基于上述结果分析三峡建库后城陵矶水位发现,其在1、2月月平均水位分别较适宜生态水位需求高0.83、0.27 m;10月月平均水位较需求低0.83 m;年最低水位高出需求0.39 m,发生时间先于需求6天;涨水次数高于阈值要求4次,涨水速率低于阈值要求0.01 m/d;落水次数高于阈值要求2次.研究成果可为三峡及上游梯级水库群联合调度提供依据.

抚仙湖适宜生态水位研究及水位改变度分析

抚仙湖-星云湖出流改道工程的建成运行改变了抚仙湖水文水动力条件,对湖区的生态平衡将产生一定影响。应用线性趋势分析法、M-K法诊断和检验1953-2019年抚仙湖水位的变化趋势及其显著性,并用累积距平法分析该系列过程的跳跃性。基于IHA(Indicators of Hydrological Alteration)法和RVA(Range of Variability Approach)法,以抚仙湖海口水位站1953-2019年日水位观测数据为基础,以最接近突变年份(2011年)的2009年抚仙湖不从海口河出流而向星云湖出流为变异点,计算1953-2008年自然出流状态下抚仙湖每月水位、年极端水位及其出现时间、高低水位的频率和持续时间、涨落水次数、涨落水速率等24个指标来全面描述湖泊生态水位需求;通过改变度的计算,揭示2009-2019年抚仙湖水位的变异程度;评价2009-2019年期间湖泊生态水位的满足程度。计算结果:1953-2019年抚仙湖年平均水位呈不显著波动下降趋势,全年适宜生态水位需求为1721.48~1722.74 m,其中1-12月适宜生态水位依次:1721.8~1722.46、1721.69~1722.35、1721.6~1722.25、1721.54~1722.16、1721.48~1722.12、1721.56~1722.19、1721.7~1722.35、1721.9~1722.56、1722.02~1722.72、1722.06~1722.74、1722.01~1722.71、1721.93~1722.61 m;年最高水位为1722.18~1722.87 m,发生时间为第235~304 d(年积日);年最低水位为1721.40~1722.03 m,发生时间为第127~154 d(年积日);高水位1722.27 m(发生0~2次),平均持续时间为23~150 d/次;低水位1721.98 m(发生0~2次),平均持续时间为38~183 d/次;日际涨水次数为8~18次,涨水速率为0.014~0.020 m/d;日际落水次数为5~14次,落水速率为0.004~0.025 m/d。相比1953-2008年,2009-2019年抚仙湖水位发生了中度改变,总体改变度为52.2%;2009-2019年期间湖泊生态水位总体满足程度为23.5%。分析结果可为抚仙湖水生态保护和水资源调度管理提供科学参考。

基于水质-水位二元响应关系推求过水型湖泊适宜生态水位研究

适宜的生态水位能够反映湖区生态系统的多种需求,是湖泊长期稳定健康运转的基本保障.目前湖泊适宜生态水位的推求大多侧重恢复天然水位情势.然而过水型湖泊承担着防洪、供水、航运等多种功能,频繁的人类活动导致湖泊水位情势异常复杂.同时随着社会经济的快速发展,水质恶化对过水型湖泊生态系统造成了较大的负面影响,仅恢复天然水位情势难以反映过水型湖泊的生态需求.因此,在IHA-RVA法的基础上,本文针对过水型湖泊吞吐性强的特点,利用水质-水位二元响应关系系统地提出了一套逐月修正过水型湖泊适宜生态水位阈值,并确定适宜水位变动率的方法.以洪泽湖为应用实例,结果表明:1)根据湖泊水文情势和入湖污染物变化情况,湖泊调度周期可以划分为平水期(1-4月)、泄水期(5-6月)、蓄水前期(7-9月)和蓄水后期(10-12月);2)各时期内,洪泽湖水位和水质呈现较强的相关性,其中平水期、泄水期和蓄水后期水质均随着水位上升而下降,平均Pearson系数达-0.77,仅在蓄水前期水质随水位上升而改善;3)现阶段洪泽湖的自净能力和污染物滞留比例竞争关系激烈,逐月适宜生态水位阈值为:12.92~12.99、12.79~12.99、12.84~12.99、12.86~12.99、12.71~12.89、12.39~12.63、11.97~12.93、12.50~13.07、12.65~13.26、12.90~13.04、12.90~13.04、12.90~13.04 m,除蓄水前期外,基于水位水质关系修正的适宜生态水位范围较IHA-RVA法计算的天然水位范围缩小了73.4%.总体而言,基于本文方法设计的湖泊适宜生态水位不仅可以满足生态系统对于水体大小的需求,一定程度上也可以体现湖泊生态系统对于水质的要求,为洪泽湖等过水型湖泊的生态调度、水资源管理提供科学依据.

基于适宜生态水位的通州区平原河网引排水研究

平原河网地区水系连通,闸泵工程众多,工程调度中存在引水缺指导依据、引水时机欠科学等问题。考虑河道水位与生态需水的逐月变化,提出了基于河道适宜生态水位区间指导闸泵工程引、排水调度的计算方法。以南通市通州区为例,将年内水位划分为3个水位管理期,确定河道适宜生态水位区间并进行修正,以适宜生态水位作为控制目标,对工程现状引排水量进行调整。研究结果表明:(1)高水位时期(7—10月),适宜生态水位区间为1.77~1.99 m;过渡时期(4—6月及11月),适宜生态水位区间为1.54~1.95 m;低水位时期(12月—次年3月),适宜生态水位区间为1.46~1.77 m;(2)在满足适宜生态水位区间的基础上,6月中旬及下旬需增加引水287.56万m^(3)、399.56万m^(3),其余时段均应减少引水量,共减少引水量6064.11万m^(3),7—9月需减少引水量最大。适宜生态水位思路能够客观反映河网水位年内实际变化,便于水利部门管理,给出的基于适宜生态水位约束下工程需调整的引、排水量,可为平原河网地区引排水工程调度提供参考。

耦合营养负荷的查干湖全季节适宜生态水位阈值研究

适宜生态水位作为反应湖泊水文情势的重要指标,是维持湖泊生态系统稳定的关键要素。已有研究大多集中于水文过程对生态系统影响,缺乏耦合考虑湖泊营养负荷的全季节生态水位阈值研究。本研究在刻画恢复天然水位情势的基础上,综合考虑了人类活动导致湖泊营养负荷的季节性波动以及冰封期的最小生态水位,构建了适用于季节性冰封湖泊全季节的适宜生态水位阈值获取的综合框架,确定了年内不同时期适宜生态水位阈值。结果表明,查干湖入湖口非冰封期的总氮(TN)浓度与平均水位均呈上升趋势,总磷(TP)浓度呈下降趋势;6月湖内TN和TP滞留量最高,分别达到1044.36和23.61 t;确定了查干湖全季节不同时期的适宜生态水位,冰封期(11月—次年4月)为129m,汛期(6—9月)为130.15~130.86 m,非汛期(5和10月)为130.08~130.57 m。研究结果可为季节性冰封湖泊的适宜生态水位研究提供方法支撑,也可为湖泊的水环境管理提供理论支撑。

基于丰平枯水年的湖泊生态水位计算

针对现有湖泊生态水位计算方法的不足,以逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法为基础,提出了基于丰平枯水年的逐月生态水位计算法,即同时考虑天然水文情势中年际尺度的丰平枯变化与年内尺度的逐月变化,将年均水位系列以37.5%和62.5%保证率划分丰平枯水年,并以各月最低水位和25%、75%保证率分别计算出湖泊最低生态水位和适宜生态水位。在鄱阳湖的应用表明,区分丰平枯水年的生态水位能更好还原天然水位变化过程,可为湖泊水资源保护提供指导。

锦州地下水生态水位区间确定及调控措施探讨

为加大锦州地区地下水生态保护,结合生态水位分析方法,对锦州地区不同保障率条件下的适宜生态水位进行确定,并对其生态水位调控措施进行探讨。研究成果对于锦州地区地下水生态保护规划制定具有重要参考依据。

不同生态保证率方案下的地下水生态水位确定及调控措施研究

本文建立4种地下水生态保证率(50%、60%、70%、80%)情景方案,并以辽宁西部某区域为研究实例,对该区域地下水生态水位进行了确定,并针对不同地下水生态保证率情景方案提出地下水补给和开采的调控措施。经计算研究区域不同生态保证率情景方案下的适宜生态地下水埋深在4.45―6.21m之间;在夏季多水季节应逐步增加地下水的生态补给量,在冬季应减少地下水开采量,从而确保地下水水位处于适宜生态水位区间。研究成果对于区域地下水水生态保护规划提供方法参考。

地下水开采下的植被生态风险评价——以鄂尔多斯乌兰淖地区为例

当地下水开采引起地下水位埋深超过当地原生植被的适宜水位时就会诱发植被生态风险,对植被生态风险进行定量评价可以为保护生态环境和地下水资源可持续开采提供指导。以鄂尔多斯乌兰淖水源地为例,以大量的现状植被样方调查和水文地质调查成果为基础,选取高斯模型(基于植被数量生态学的生态关系模型)回归分析方法对乌兰淖水源地的地下水位埋深和植被数据进行分析,得到植被多度同地下水位埋深的数学模型并确定乌兰淖地区适宜生态水位,在此基础上建立以地下水位埋深为变量的植被生态风险评价指标。建立研究区地下水流数值模型对拟选开采方案开采时段的流场进行预报,依据未来开采条件下地下水位的变化程度,对植被生态风险进行计算并分区。从评价结果来看,乌兰淖地区在规划开采条件下植被生态安全区和低风险区占70%以上,对于高中风险区依据各种植被的适宜生态水位提出保护建议。

云南海峰湿地生态需水分析

云南省海峰湿地结构完整、功能齐全,是云南最具代表性的典型喀斯特湿地景观,具有较高的科研、科考价值。近年由于连年干旱,湿地水位逐年下降,为防止生态环境恶化、湿地面积减小、生物多样性遭到破坏等生态问题发生,需要分析确定海峰湿地适宜的生态水位和生态需水量。依据海峰湿地水域、水位实测成果,结合湿地保护区降水、蒸发及鱼类调查资料,采取鱼类生境法和湿地形态法分析了维持湿地生态系统所需的适宜生态水位和生态需水量。分析结果为,海峰湿地适宜生态水位为1 955.2 m,生态需水年均为0.539 m^3/s,各月生态需水量为0.467~0.597 m^3/s。分析结果可供海峰湿地保护区和类似地区管理参考。

基于Modflow水文数值模型确定察汗淖尔流域地下水适宜生态水位的研究

文章以察汗淖尔流域为例,利用Modflow水文模型软件,建立地下水动态水文模型,研究其地下水资源在不同规划开采方案对地下水环境的影响,提出地下水适宜生态水位,并对整体流域地下水水位恢复时限进行预测。定量分析表明,不同压采指标对应的方案优劣次序有所差异,对地下水恢复至适宜生态水位年限有不同影响。

洪泽湖多目标水量调度决策模型及其应用

针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究,构建贴近适宜生态水位(生态效益)、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型,考虑生态效益目标与水资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征,采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方案。结果表明:多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系,贴近适宜生态水位的调控方式在一定程度上降低洪泽湖调蓄能力,与水资源利用形成矛盾关系;模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者的偏好情况,并提供适用于不同情景的优化调度方式;生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖水量等方式有效补充生态用水,可将生态水位偏离差降低至0.30 m,可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提供参考。