基于BHM-EcoFlow模型的汉江中下游河段水文-生态响应关系研究

河流水文-生态响应关系是确定生态流量阈值的科学基础。针对当前河流水文-生态响应关系研究中生态数据不足且生态建模难度大的问题,建立了基于贝叶斯层次分析法的BHM-EcoFlow(Bayesian hierarchical modelling-ecological flow)模型,该模型将河流不同河段及同一河段不同站点间的先验知识与实测数据相结合,可有效利用短系列数据,实现河流水文-生态响应关系的模拟。采用汉江中下游干流2011年的水文、生态数据,模拟了浮游植物细胞密度与流量、混合层温度间的关系,计算了不同流量条件下各河段的浮游植物密度。结果表明:BHM-EcoFlow模型提高了短系列数据的可用性,对汉江中下游干流的水文-生态响应关系具有良好的识别能力,为确定生态流量提供了科学依据。

水文-生态响应关系构建方法综述

水文-生态响应关系是生态流量研究的关键,能反映人类活动影响与河流生态环境变化之间的定量关系,研究水文-生态响应关系旨在为河流管理制定生态流量方案提供精准的生态依据。通过系统归纳构建水文-生态响应关系的常用方法,主要包括专家经验法、线性回归模型、广义线性和非线性模型、机器学习模型、贝叶斯网络模型等,并从简约性和精确性两个原则,分析了不同方法在操作难易程度、数据量及尺度需求、产出结果等适用性方面的差异,识别了常用方法实用案例结论及响应关系趋势,最后从方法选择、规律应用判断及管理者需求等方面对构建水文-生态响应关系的未来发展趋势进行了探讨。研究成果能够为河流生态流量制定提供技术支撑。

季节性河流生态环境复苏关键问题研究

全球有超过50%的河流为季节性河流,由于气候变化、极端天气与人类活动影响,这一比例仍在上升。2023年,水利部印发《母亲河复苏行动河湖名单(2022—2025年)》,79条河流中有52条为断流河流。较之一般河流,季节性河流干湿交替的水文节律孕育了其特有的生态水文非连续响应关系。长期以来,河流研究的重点多为常年流水河流,而忽视了季节性河流。针对常年流水河流的研究结论不能直接应用于季节性河流。基于大量文献调研,从季节性河流的内涵与基本特征、生态水文响应关系、健康评估、生态流量适应性调控等4个方面,对季节性河流进行总结分析。研究表明:当前季节性河流缺乏统一的定义和内涵,季节性河流自身应有的水文情势、生态系统过程缺乏深入研究,季节性河流指示生物的确定方法不统一,缺少普遍适用的季节性河流生态系统健康评价基准,缺乏针对季节性河流适宜水量阈值的优化调控方法。在季节性河流缺乏基础理论的情况下,厘清季节性河流的基本概念,科学确定其生态水文过程,形成生态系统健康评价基准,探索生态环境复苏的水量阈值优化调控方法,是解决制约季节性河流生态环境复苏关键问题的重要途径,也是亟需研究的重点方向。

基于贝叶斯层次分析法的沙颍河生态流量研究

维持河道内生态流量是协调水资源开发利用与河流生态保护的重要举措,现有的生态流量计算方法大多受限于生态数据不足、生态建模困难。为此,建立了基于浮游植物生物量的贝叶斯层次模型,研究探讨了河流水文—生态响应关系,以沙颍河为例,分析计算了汛前、汛期、汛后的浮游植物生物量与流量、水温的关系。结果表明,贝叶斯层次模型可识别水文—生态的复杂响应关系,分层分析产生的优势借用提高了短系列数据的可用性;生物量—流量关系参数β汛前大于0的概率为0.683,汛期小于0的概率为0.577,汛前河道内流量的保证及汛期泄流的控制对浮游植物生物量有正向影响;在符合设计要求的生态流量条件下,预测生物量最大和最小改善分别发生在河段7(汛前+32.05%,汛期+871.80%,汛后+81.79%)和河段3(汛前+3.91%,汛期+1.16%,汛后+2.89%)。

基于水文-生态响应关系的环境水流评估方法——以三峡水库及其坝下河段为例

当前中国河流的环境水流评估存在3点不足:一是没有明确考虑筑坝河流水库河段的环境水流需求;二是不注重研究河流水文情势与生态过程的内在关系;三是大都只关注河流生态系统对流量大小的单一水文要素需求.本文提出了一种以水文-生态响应的概念模型及其量化关系为基础,综合考虑大坝上、下游河段的生态保护需求,适用于生态资料相对丰富的大型河流环境水流评估的整体法——水文-生态响应关系法.以三峡水库及其坝下河段为例,应用该方法构建了水文-生态响应的概念模型,识别了环境水流的生态保护目标及其关键期,针对单项生态目标分别建立了水文指标与生态指标之间的量化关系,最后结合生态保护目标和人类需水综合估算环境水流.所得的环境水流是一种具有生态保护目标的,带有时间节点的,包含流量、水位、频率、发生时机、持续时间、变化率等多种水文要素特征的水文过程线.该案例初步验证了方法的合理性和可行性.研究成果为改进三峡-葛洲坝梯级水库调度提供了方法支持和决策参考.