洪水脉冲的生态效应

在阐述洪水脉冲概念的基础上,指出洪水脉冲是河流-滩区系统诸如生产、分解和消费等基本生态过程的主要驱动力。随后分析了洪水脉冲生态学机理。并在讨论洪水脉冲概念中考虑了河流水文情势的重要性,研究了洪水脉冲对河流-洪泛滩区的生物过程的影响,讨论了洪水脉冲概念对河流生态修复的指导意义,提出了基于自然水文情势改进水库调度的原则,指出河流-洪泛滩区系统不可分割的整体性,恢复河流与滩区、湖泊和湿地的连通性是实现洪水脉冲的必要条件。

洪水脉冲理论及其应用

洪水脉冲理论是继河流连续统理论之后的第4个河流生态理论,主要阐述洪水脉冲驱动下,河流与其洪泛区之间的横向水力联系对河流洪泛区系统进程的重要性,强调洪水脉冲的重要性及河流洪泛区系统的整体性。本文论述洪水脉冲理论的概念模型、主要观点及其在河流洪泛区系统的应用进展。洪水脉冲理论的应用主要体现在三方面在洪水塑造河流洪泛区系统地貌进程方面,侧重于河流形态的“主导径流”研究,成果不断提升;在生物地球化学循环上,以对氮的研究为主,提出洪水脉冲是河流洪泛区新陈代谢及生物地球化学循环的重要驱动力;在生物进程上,集中在对大型植物和以水鸟和鱼类为代表的动物研究上。文中提出要提高河滨生物量,并重建全局的生物多样性,应提倡人为的洪水脉冲。对于干旱半干旱区湿地水鸟的保护核心是洪水发生频率和淹没范围对水鸟繁殖及避难的作用,以及水在湿地景观中的分配,这一点对于中国松嫩平原西部干旱半干旱区湿地水鸟的保护具有重要意义。洪水脉冲理论的提出是基于对热带亚马逊河的观察实验,随着其在其它类型区域的推广应用,除洪水脉冲以外的其它因素的作用突现出来,人类干扰洪水脉冲的生态效应亦愈来愈显现。因此,有必要加强洪水脉冲与其它环境因子的耦合作用,及这种作用在人类干扰活动下,导致的河流洪泛区系统进程变化的研究,提出更具有普适性的洪水脉冲理论。

近50年长江中游洪水脉冲与渔业产量的关系演变

洪水脉冲对渔业资源的影响在中国一直缺乏实证性研究。以长江中游为例,收集了1963—1973年、1978—1985年、1996—2010年3个时段的渔业产量和宜昌站日流量数据,定义了9个描述洪水脉冲的水文指标,采用相关分析法和逐步回归法,识别了与渔业产量显著相关的洪水指标,建立了洪水指标与渔业产量的回归方程。研究发现:长江中游的渔业产量与洪水指标之间存在正相关关系;与渔业产量显著相关的洪水指标依次是:洪水脉冲的持续时间、流量大小和发生频率。洪水脉冲对渔业的生态作用具有时效性,可能对当年、第2年和第3年的渔业产量产生影响,时效性的长短主要取决于渔获物的年龄结构。洪水指标与渔业产量的相关性在3个时段呈逐渐减弱趋势,渔业产量能用洪水指标解释的比例由1963—1973年的高于0.85,降至1978—1985年的0.63,再降至1996—2010年的0.32。相关性减弱的原因为捕捞强度增加及水利工程运行等所导致的渔业资源衰减。

洪水脉冲理论及其在河流生态修复中的应用

在介绍洪水脉冲理论的基础上,重点阐述了与洪水脉冲相应的生态过程,同时,分析了Junk提出的洪水脉冲理论的局限性,进一步回顾了洪水脉冲理论的发展完善过程,指出了洪水脉冲理论在河流生态修复研究中的应用价值,并以美国基西米河生态修复工程为例予以说明。

洪水脉冲作用下漓江岸坡植物生长研究

通过试验和理论分析相结合的方法,得出常规Logistic模型下水蓼的修正生长方程。利用Taylor多项式,首次对洪水脉冲作用下Logistic模型生长方程进行拟合,提出相应的生长方程,并最终分析得出漓江岸坡典型挺水植物水蓼在洪水脉冲作用下的生长特征。

基于洪水脉冲历时的三峡水库生态调度研究

三峡工程为我国带来了巨大的经济效益,但同时水库也改变了下游天然的水文情势,造成如四大家鱼等鱼类资源急剧下降。为探究水库运行对四大家鱼产卵的影响,根据洪水脉冲理论,提出与洪水脉冲特征相关的若干个水文指标,并根据这些指标对水库下游宜昌站每年5-7月实际径流过程进行统计,经Mann-Whitney U非参数检验后找出产生显著性变化的洪水平均涨、落历时等指标。基于此建立水库多目标生态调度模型,根据历史洪水规律在模型中加入洪水脉冲历时控制方法,计算不同权重分配下的水库最优发电效益及洪水最优涨落历时,模型结果显著增加了洪水涨落历时且对发电效益影响甚微。延长洪水涨落历时为现阶段的水库生态调度提供了一种新的思路,但对四大家鱼产卵的实际促进作用仍需实践检验。

模拟气候变化对湄公河下游洪水脉冲的影响

洪水脉冲是表征湄公河水文特征，促进湄公河下游包括柬埔寨湿地和越南湄公河三角洲在内的洪泛平原具有高生态生产力的关键因素。就改变的流域水量平衡和海平面上升两个方面，评估了气候变化对湄公河下游洪水脉冲的影响，影响结果由三维水动力学模型模拟生成，模型所使用的边界条件是气候变化影响下设计的海平面变化和湄公河下游主河槽的流量变化。模型模拟结果是预计2010～2049年湄公河下游平均水位和最高水位将提高，以及洪水历时将延长。模拟显示相当一致和变化显著的情况发生在平常水文年和千旱水文年。海平面上升对湄公河三角洲的影响最大，而流域水量平衡的改变对湄公河洪泛平原的上游区影响更加明显一些。预测的影响大多与区域水利基础设施建设造成的结果相对立，因为水位更高，历时更长的洪水会毁坏庄稼、基础设施和行洪区植被，并且会减少肥沃土地的面积。另一方面，洪水还可能会促进生态系统的生产力，增加干旱季节获得水的可能性。

洪水过程对水生态系统影响的研究进展

洪水灾害不仅对人民生命财产安全、社会经济发展造成严重影响,更显著影响着水生态系统的结构和功能。本文首先介绍了洪水脉冲的生态功能,讨论了洪水脉冲对河流-滩区生态系统进程的重要性,进而结合国内外研究成果,探讨了洪水过程对水生态系统中水环境、浮游生物、底栖动物和鱼类的影响。并且建议从系统角度出发,建立综合的指标体系以研究洪水过程对水生态系统格局的影响。本文最后指出,在水库联合调度方面,在满足防洪、兴利目标的同时,也应统筹考虑大坝下游水生态系统的需水要求,制定相应的生态流量以维系河流生态系统的健康发展;在行蓄洪区规划管理方面,应以国家当前“管理洪水”的治洪策略为指导思想,统筹防洪减灾与生态保护要求,逐步恢复部分行蓄洪区的湿地生态功能。本研究可为水生态系统对洪水过程响应的相关研究提供思路与建议。

河流生态系统结构功能整体性概念模型

在完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上,提出河流生态系统结构功能整体性概念模型。水文情势、水力条件和地貌景观格局是对河流生态系统结构与功能具有关键影响的3大生境要素,结构功能模型的核心是建立以3大生境要素为构架的生命支持系统与河流生命系统之间的相互作用和相互制约关系,同时考虑由于人类活动引起生境要素变化对于河流生态系统的影响。河流生态系统结构功能整体性概念模型由以下4种模型组成:河流四维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、水力条件-生物生活史特征适宜模型以及地貌景观空间异质性-生物群落多样性关联模型,这4种模型的一体化整合,基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。

恢复河湖水系连通性生态调查与规划方法

本文讨论了河流—湖泊系统和河流—河漫滩系统连通性的生态学意义,阐述了河湖水系连通性生态调查与分析方法,提出了恢复河湖水系连通性的规划原则,介绍了恢复河湖水系连通性的工程与非工程措施,并提出了恢复连通性效果评估方法。

洪泛湿地系统地表水与地下水转化研究进展综述

洪泛湿地地表水(SW)与地下水(GW)转化关系研究对综合管理湿地水资源具有重要的理论和实践意义。通过洪泛湿地SW-GW转化研究进展的综述,可深入了解国内外SW-GW转化研究的发展过程,有利于把握国际研究的主流趋势,系统掌握该方面研究的前沿手段。总结得出,洪泛湿地是我国诸多生态系统中特色突出的水文系统,其独特的水文变化及洪水脉冲的周期性扰动,使得SW-GW转化的动力学过程促进了洪泛湿地环境系统之间物质、能量和信息的传递与交换,驱动了湿地演变、物质元素循环和生物生长等生态功能的实现。分析认为,洪泛湿地的开放性和复杂性等特点决定了多学科交叉理论与方法成为SW-GW转化研究的流行手段和创新的基本思路。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,应结合洪泛湿地多源数据信息与SW-GW耦合数值模型,深入揭示洪泛湿地SW-GW转化的动力学过程及对洪水脉冲变化的响应机制,这既是一个基础性工作,也是一个具有前瞻性的研究,将为湿地水资源、水环境等综合管理与调控提供科学依据,对诠释湿地生态效应内涵具有重要意义。

洪泛河流动态生态廊道宽度界定研究——以永定河泛区廊坊段为例

为解决河流生态廊道空间范围尚不明确的问题,通过对国内外河流生态廊道概念、内涵、结构特征及功能的梳理分析,总结归纳河流生态廊道的概念并提出了河流生态廊道宽度的界定方法。以永定河泛区廊坊段为例,根据河流廊道时空变化特征及地貌连续性,提出基于河流四维连续体-洪水脉冲理论的廊道宽度界定方法,建立河流生态廊道宽度界定指标体系,通过选取适宜的指标进行定量定性研究。同时,以MIKE21水动力学模型和ArcGIS软件为主要手段,对洪水脉冲的不同工况进行水动力模拟计算,分析动态廊道范围演变趋势,最终确定动态廊道宽度。结果表明:不同工况下河流生态廊道的宽度是动态演变的,洪水脉冲下限条件下泛区生态廊道宽度为0.43~2.03 km,洪水脉冲上限条件下宽度为1.2~10.2 km,总宽度范围为0.43~10.2 km。经验证模拟结果可靠,研究结果合理。研究成果为推进河流廊道生态保护与修复和河湖水域空间管控奠定基础,并为永定河生态廊道建设提供技术支撑。

洪泛湿地潜流带水动力过程研究综述

洪泛湿地是洪水周期作用下形成的水陆交错关键带。水体的补给、径流、排泄等水动力过程驱动着湿地元素循环和生物演化,从而实现洪泛湿地的生态功能。洪水的周期性淹没造成湿地潜流带结构和渗透性的时空异质性,导致量化洪泛湿地水动力过程的不确定性。综述了洪泛湿地潜流带水动力过程的研究进展,从洪泛湿地沉积物-水界面动态变化的角度提出了未来洪泛湿地水动力过程的研究方向,旨在揭示洪泛湿地潜流带水动力过程对洪水脉冲的响应机制,丰富和完善湿地系统多环境要素耦合研究的理论和方法,为洪涝灾害导致的退化湿地生态功能恢复、洪水资源化利用及湿地的可持续发展提供科学依据。

洪水资源利用生态适度性研究——以淮河为例

洪水资源利用生态适度性,是指在洪水资源利用时应保障河道内生态需水量,包括河道最小生态需水量、适宜生态需水量和脉冲性生态需水量。以淮河为背景,提出了计算最小生态需水量、适宜生态需水量及脉冲性生态需水量的方法,以及洪水资源利用生态适度性的划分标准。应用结果表明,淮河洪水资源利用生态适度性的阈值为汛期天然径流量的30%。此时,淮河洪水资源利用仍有潜力。