河流分类分级分段及河流形态学研究进展

河流分类、河流分级及干流河道分段合称为河流三分(分类·分级·分段);基于河流三要素(流域-水系-干流河道)和河流三分-河流形态学-河流学体系,开展了河流三分理论研究及实践应用、河流形态学再构建以及河流形态定性特性与定量因子指标辨识。主要成果结论包括:①优化了独立与非独立河流分类、河流分级Horton法改进、河流5区分段等方法,完善了河流界定拓展、河流平等与分级、干流河道“层次分段”等新理论,总结了世界大江大河及长江河流三分实践应用;②河流形态学研究河流现状及恒常形态,包括以河流三分为基石的河流三要素特性研究和以干流河道平面-剖面-断面形态为核心的河谷-河床-河道形态研究;③定性辨识了河流形态15项殊相特性与共相原则(包括复合流域水系、复杂干流河道等形态特性,干流河道优先、河流湖泊统一、干流河道唯一、侵蚀基面统一等新增原则);④定量辨识了河流形态4类因子指标,双指标3种相关关系(并行-从属-或然)与3类组合模式(物理-化学-生物)以及三因子4类及9种相关模式(均衡线型-瓶颈线型-三角形-金字塔-均分圆-同心圆-同切圆-交叉圆-三角圆)。倡导“河流学-长江学-水科学”学科范式,积极践行“治河·治江·治水”理念。

面向江豚生境需求的长江干流(铜陵段)生态流量过程研究

长江江豚是长江水生态系统健康的重要指示物种,满足其生境需求的生态流量过程是长江干流生态需水研究的关键。为科学明确保障长江江豚适宜生境的流量需求,采用水文改变指标法和变化范围法评价长江干流(铜陵段)水文情势变化。以水深、流速为限制因子,通过栖息地模拟法获得适宜江豚栖息的生态流量范围,耦合水文学法结果,推荐月尺度的生态流量方案;结合流量组分特征进行高流量脉冲设计,综合确定生态流量过程。结果表明:1)长江干流(铜陵段)水文情势改变度达49.74%,为中度改变,且流量事件主要以枯水流量和高流量脉冲为主,环境流量事件趋向单一化;2)长江江豚栖息地适宜流量范围为19000~31100 m^(3)/s,最佳适宜流量范围为22500~28500 m^(3)/s;丰水期适宜范围为27000~31000 m^(3)/s、35000~45000 m^(3)/s、60000~62000 m^(3)/s;高流量脉冲事件为流量值高于39100 m^(3)/s时,其持续时间至少在3 d以上,并以高流量脉冲峰值上限48000 m^(3)/s作为小洪水发生的初始值。本研究成果可为长江干流江豚生境保护和生态调度提供科学数据支撑,为切实推进长江大保护提供技术支撑。

近70年黄河流域水沙情势及其成因分析

深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。为此,以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950—2016年水沙实测资料为基础,采用双累积曲线等多种统计分析方法,系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征,定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。结果表明:1)黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势(P<0.05),其中,年径流减幅17.93%～40.79%,年输沙量减幅均在46.74%以上。受多种因素影响,黄河水沙在20世纪80—90年代发生减少突变;2)兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变,年均输沙量递增状态虽未转变,但递增幅度平均减小90%以上;3)黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显,龙潼区间水土流失治理有待进一步加强;4)人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用,平均贡献率达到90%以上。而上游兰州站年均径流量受气候影响较大,贡献率达到66.57%。研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据,并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。

三峡水库长江干流及其支流枯水期浮游植物多样性与水质

2010年4月对长江干流和26条支流未淹没区与回水区的浮游植物进行调查.结果表明,硅藻、绿藻和蓝藻共占浮游植物种类的93.33%～93.88%.干流优势种类有1门1种、未淹没区有3门6种、回水区有5门6种,出现率分别为15.38%、9.23%和25.00%.回水区现存量平均值最高、未淹没区其次、干流最低.现存量组成在干流、未淹没区和回水区之间有差异,绿藻所占比例干流最高,硅藻所占比例未淹没区最高,隐藻、蓝藻和甲藻所占比例均在回水区最高.Shannon-Wiener多样性指数(H')和Pielou均匀性指数(J),未淹没区最高、干流次之、回水区最低.17条支流回水区H'和8条支流回水区J均低于未淹没区.水质评价显示,轻或无污染断面(采样点)的比例,干流为76.92%,未淹没区为84.62%,回水区为47.06%.19条(73.08%)支流回水区出现中污染或重污染,7条(26.92%)支流未淹没区出现中污染或重污染.三峡工程蓄水对回水区浮游植物与水质影响比长江干流更大.

港口布局中的岸线资源评价与生态敏感性分析——以长江干流南京段为例

以长江干流岸线南京段为例,首先从港口布局对岸线资源条件的要求入手,选取岸线稳定性、岸线前沿水深两个主要因子,确定评价指标体系,划分科学合理的评价单元,对岸线资源进行评价,将其划分为一、二、三级;其次根据岸线承担功能的重要程度及其对港口布局的生态敏感性的大小,将岸线划分为生态敏感岸段、生态较敏感岸段和生态不敏感岸段;最后综合考虑岸线资源条件和生态敏感性,以生态保护优先为原则,确定不同岸段港口布局的取向,将其划分为港口优先布局岸段、港口有条件布局岸段、港口从缓布局岸段、禁止港口布局岸段。

大型水库对长江上游主要干支流河流输沙量的影响

本文阐明了大型水库的拦沙和滞洪削减洪峰,降低挟沙能力的减沙机制,给出了大型水库下游河流输沙量时空变化的坝下河段无泥沙补给、少量泥沙补给和有大量泥沙补给三种模式。在此基础上,通过水库修建前后下游河流水沙变化的对比分析,认为大型电站水库的修建是20世纪80年代以来乌江、90年代以来金沙江、嘉陵江输沙减少和70年代以来岷江输沙波动的重要驱动力。宜昌站1992-2002年期间的输沙量比1956-1992年期间减少28.2%,主要归功于嘉陵江来沙减少和1998年以后的金沙江来沙减少;2003-2007年期间的输沙量又比1992-2002年期间减少82.2%,主要归功于三峡水库的蓄水拦沙。

长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流段鱼类组成及其多样性

2010年9-11月、2011年5-7月和9-11月、2012年5-7月在长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流宜宾、合江及江津江段进行了4次鱼类资源调查,共采集鱼类样本27 836尾,隶属于7目17科111种(亚种),其中长江上游特有鱼类27种,产漂流性卵鱼类45种,外来鱼类6种。宜宾、合江及江津江段鱼类物种数分别为85、91及91种,宜宾与合江江段鱼类相似度指数为69.23%,合江与江津江段为71.70%,宜宾与江津江段为77.78%。铜鱼(Coreius heterodon)、南方鲇(Silurus meridionalis)、长鳍吻(Rhinogobio ventralis)及圆口铜鱼(C.guichenoti)为保护区干流主要经济鱼类,产漂流性卵鱼类占渔获物总重量的66.35%。鱼类Shannon-Wiener多样性指数在4次调查中江津江段均最高,宜宾次之,合江最低,但三江段之间多样性指数均无显著性差异(P>0.05)。与历史资料相比,该江段鱼类资源明显减少,急需加强保护措施。

长江流域典型支流生境健康评价

调查评估长江流域典型支流雅砻江、赤水河、乌江以及汉江的生境状况,探索影响不同支流生境状况的主要因子,为长江流域河流生境保护和修复提供支撑。从河流物理生境形态、河流岸边带生境和水环境特征3个方面选取了10个指标,借鉴栖息地评估指数(QHEI)和快速生物评估草案(RBPs)构建河流生境评价的指标体系。2017年8-9月对4条支流的162个断面进行了调查并对河流生境进行了综合评估。评价结果表明,雅砻江、赤水河、乌江、汉江的河流生境综合指数(RHI)分别为124.7、158.5、137.8、135.5,其中赤水河评价等级为“优”,其他河流评价等级均为“良”。影响雅砻江、赤水河、乌江和汉江生境状况的最主要指标有河岸植被覆盖、河岸植被带宽、河道硬化渠化度、人类活动干扰度和河道蜿蜒度。建议强化支流国土空间管控,建立自然保护区,对具有重要生态服务功能的支流河段开展生态修复。

长江干流九江—新济洲段岸线资源评价与开发利用

选择九江—新济洲段长江干流为研究区域 ,该文在进一步扩展长江岸线资源研究的区域范围的同时 ,通过建立包括岸前水深、岸线稳定性、岸线陆域宽度、岸线集疏运条件和岸线城市依托条件为主要评价因子的指标体系 ,运用GIS手段和定量方法 ,探索了长江岸线资源的开发条件评价。分等结果显示 ,九江—新济洲段长江干流岸线资源质量存在明显的岸别差异 ,而且各项指标组合好的、质量高的岸线资源有限 ,说明岸线资源的开发要以治理和保护为基础。此外 ,以评价结果和岸线利用现状为依据 ,在深入分析各地市长江岸线的开发利用与治理保护适宜岸段后 ,提出了港口、工业、仓储和桥梁

长江干流湖北段浮游藻类群落结构特征

2014年5—6月期间,对长江干流西起宜昌三江桥东至黄梅新洲江段共57个样点的浮游藻类群落特征进行调查。结果显示,浮游藻类群落组成中,蓝藻(Cyanophyta)4科11属,绿藻(Chlorophyta)8科17属,硅藻(Bacillariophyta)10科30属140余种。硅藻的种类组成最丰富,主要优势属是小环藻(Cyclotella spp.),其后依次为隐藻(Cryptophyta)、蓝藻和绿藻。硅藻所占比例从上游到下游逐渐降低,而隐藻所占比例则逐渐增加,蓝藻和绿藻变化趋势不明显。从细胞密度来看,宜昌三江口到枝城大桥(A江段)各样点浮游藻类细胞密度相对较低,平均约为3.0×106L-1;松滋河口到中洲洄水处(B江段)所有样点细胞密度均相对较高,平均为7.4×106L-1;洞庭湖大桥到黄梅新洲(C江段)水体透明度显著下降,细胞密度最低。不同流态水体中浮游藻类组成明显不同。中等流速水体中硅藻占据绝对优势,平均比例高达70.0%。缓流水体中硅藻比例(47.2%)与隐藻比例(37.5%)相近,而隐藻是急流水体中的优势门类。综合细胞密度、Shannon-Weaver多样性指数和Pielou均匀度指数的结果,长江干流湖北段水质主要处于贫中营养状态。

三峡库区干支流水体交换特征初步研究——以朱衣河为例

通过对三峡库区中部典型支流朱衣河与干流界面水动力参数、河口流场强度与特征的分析,计算了干支流水体交换通量,进而探讨水库运行各个时期干支流水体交换情况及其对库区水环境的影响。结果表明,朱衣河河口水体具有双向流动特性,水库运行各个时期干支流交界面进出水体分布不同,流速差异显著;不同季节与水库运行期河口流场相应表现出上下分层、左右分布,以及进出流量差异显著等特征;尽管朱衣河河口净流量较小(全年大部分时期小于100 m^3/s),然而双向水流结构的存在致使水体有效交换量相对显著(约为净流量的5~10倍)。根据朱衣河实测数据及相关资料,初步推算了库区干流水体参与干支流水体交换的比例,得出全年平均交换率为204%,1月份最高,达343%。

长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区干流段浮游植物群落结构的年度变化

2008年12月-2012年9月在长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区干流段进行了11次浮游植物采样调查。共检出浮游植物8门107属428种,其中硅藻门所占比例最大,为46.27%-59.42%,其次为绿藻门和蓝藻门,为21.73%-31.69%和7.03%-16.62%。浮游植物密度和生物量变幅分别为（2.45-44.95）×10^4ind./L和0.050 5-1.282 mg/L,其中繁殖期密度和生物量多年均值范围为（10.465-38.58）×10^4ind./L和0.371 8-0.811 3 mg/L;育肥期密度和生物量多年均值范围为（1.665-11.82）×10^4ind./L和0.228-0.497 2mg/L;越冬期密度和生物量多年均值范围为（8.562 5-20.765 8）×10^4ind./L和0.225 2-0.558 8 mg/L。调查水域浮游植物Shannon-Wiener多样性指数（H＇）和均匀度指数（J）变幅分别为3.807-4.375（均值4.094）和0.796-0.911（均值0.871）。两种浮游植物评价结果均表明调查水域为轻污或无污染。

靖江市长江干流岸线评价与开发建议

长江不仅是“黄金水道”,而且是重要的生命线。地处水陆交错带的长江岸线,不仅要承担多种功能,而且对保护长江生态环境也具有极其重要的地位,因此,科学合理地开发利用长江岸线资源,显得尤为重要。基于靖江市长江干流岸线实际情况,文章通过选取合理的评价指标体系、划分评价单元,对其岸线资源条件及其生态敏感性进行了评价。对岸线资源的评价,主要从港口布局对岸线资源条件的要求入手,选取岸线稳定性、岸线前沿水深两个评价因子,将其划分为一、二、三级;对岸线生态敏感性的评价,是将港口开发作为影响岸线生态系统的外来干扰,综合考虑岸线承担的各种功能的重要性及其对生态环境的要求,选取水质敏感性、河势稳定性、景观美学等3个评价因子,将其划分为敏感、较敏感、不敏感3个等级;最后综合考虑岸线资源条件及其生态敏感性,以生态保护优先为原则,提出靖江市不同岸段开发利用方向。

长江干流水体氢氧同位素空间分布特征

采用热转换元素分析同位素比值质谱法(TC/EA-IRMS)对重庆至上海段长江干流的氢氧同位素进行了监测,分析了该段长江水的氢氧同位素和氘过量参数的空间变化规律,并探讨了δ(18 O)和δ(D)与大气降水氢氧同位素的关系。结果表明:长江干流不同地段水体受补给来源、大陆效应、高程效应等因素影响,其水体氢氧同位素也呈现出不同的特征。沿径流方向长江干流水体的δ(18 O)和δ(D)沿程逐渐偏正。长江干流上游重庆至宜昌段的氘过量参数大部分小于全球大气降水线的氘过量参数10‰,且波动较大,达3.0‰～12.2‰,而长江中下游地区氘过量参数基本稳定在10‰左右。蒸发浓缩作用导致长江中下游周边湖泊水体的氢氧同位素较长江水体偏正。

江苏长江干流饮用水源地生态安全评价与保护研究

如何协调江苏沿江开发与饮用水源地保护之间的关系是亟待解决的问题。该文选取饮用水源地上下游1km岸线利用、饮用水源地上游1km～5km岸线利用、饮用水源地下游1km～5km岸线利用、饮用水源地腹地土地利用等四个经济因子,根据土地利用类型、土地利用强度和是否有排污口等将四个因子划分为不同的层次,采用特尔菲法赋权,对江苏沿江26个饮用水源地的生态安全进行评价,结果表明,生态安全的水源地(综合得分>0 48)仅占27%,生态较安全的水源地(0 26<综合得分<=0 48)占46%、生态低安全的水源地(综合得分<=0 26)占27%。评价结果与现状水质之间有着较高程度的一致性,说明饮用水源地的生态安全与其附近的土地利用关系密切,据此提出调整岸线功能等保护措施。

长江下游干流水体中氮的空间分布特征

为全面了解长江下游干流氮素的含量水平,于2014年6月对长江下游干流表层、中层和底层水体中总氮（TN）、溶解性氮（TDN）、氨氮（NH＋4-N）的含量进行检测,分析了氮素的空间分布特征。研究结果表明：TDN是氮在长江下游干流水体中的主要形态,而且表层、中层、底层水体中氮素含量均不相同;长江下游干流水体中TN的含量范围为0.85-2.46 mg/L,表层和底层水体中TN平均含量均高于中层水体中TN的平均含量;水体中TDN的含量范围为0.72-2.08 mg/L,表层水体中TDN平均含量相对较高;水体中NH＋4-N的含量范围为0.13-0.75 mg/L,表层、中层和底层水体中NH＋4-N的含量相近;从研究区域上游至下游,TN和TDN的平均含量呈现上升的趋势;不同城市间的NH＋4-N平均含量波动较大。通过相关性分析还发现,TDN与叶绿素a（Chl-a）呈显著负相关,水温（T）与叶绿素a（Chl-a）呈显著正相关,其它形态氮与水的理化性质无明显相关关系。此研究结果可作为控制长江下游干流水体中氮素污染的基础数据。

三峡水库汛期运行对长江干支流浮游植物的影响

为了探究三峡水库175m蓄水后工程运行对库区浮游植物影响,于汛期对长江干流及其25条支流浮游植物进行了调查,长江干流上游至下游共设朱沱、丰收坝、寸滩等13个采样点,綦江、嘉陵江、五布河等25条长江支流共设94个采样点。结果表明：（1）干流145m淹没河段,硅藻种类比例明显降低,蓝藻、绿藻、甲藻、隐藻种类比例明显升高,但主要种类组成仍为硅藻-绿藻-蓝藻型;现存量升高不明显,硅藻比例明显降低、蓝藻比例明显升高;出现蓝藻优势种类且占比最高,硅藻优势种类占比下降,但仍为最高优势度种类,且最高其优势度基本不变;浮游植物Shannon-Wiener多样性指数（H′）、Pielou均匀性指数（J）下降不明显;（2）145m未淹没支流,175m淹没河段重新恢复为自然河流状态,其浮游植物群落也恢复到自然河流状态;（3）145m淹没支流河口,浮游植物种类组成特点明显改变;现存量明显升高,其组成发生较大变化;硅藻优势种类占比、最高优势度明显下降,绿藻、蓝藻、隐藻、甲藻等优势种类相应升高;H′和J明显降低;（4）从上游至下游,干流和25条支流河口硅藻种类比例由最高到最低变化,蓝藻、绿藻种类比例由较低到最高变化。

长江重庆段干流与主要支流鱼类分布的比较分析

对长江重庆段干流与8条主要支流的鱼类组成及主要生境进行了调查,并做了对比分析。结果显示:嘉陵江、乌江、綦河、小江、大宁河与长江干流的类似性系数(AFR值)大于80%,为共同区系关系,其中嘉陵江与干流的类似性系数最高。各支流与干流鱼类组成(包括鱼类种类总数、长江上游特有、珍稀、濒危鱼类数)的共有比例各有差异,其中嘉陵江最高,五布河最低。各支流的产卵场数较干流少,但都是以粘性卵产卵场为主,漂流性卵产卵场比例很低。其中,梅溪河没有发现漂流性卵产场,而五布河内漂流性卵产场和粘性卵产场均没有发现。各主要支流洄游通道最长的是小江,为146.5 km,最短的是五布河,仅19 km。河口流量最大的是嘉陵江,为2 100 m^3/s,最小的是五布河,为7.74 m^3/s。综合比较8条支流的鱼类分布情况,嘉陵江是最适宜作为长江重庆段干流替代生境的支流。

嘉陵江入汇对长江干流水流特性的影响研究

由于长江干流与其支流——嘉陵江的集雨区域不一样,加上其西部山区洪水暴涨暴跌的特性,该支流汇流比的变化范围非常宽。在此背景下,借助原型观测数据分析以及二维数模计算,研究嘉陵江汇流比变化对长江干流河段水流特性的影响规律。本文研究结论将为研究河段的河流研究提供有益的理论依据与技术支撑,同时也能为相似河段的分析研究提供思路借鉴。

长江中下游干流水功能区评价体系研究

目前,我国水功能区达标评价主要采用COD、氨氮双指标,难以客观反映水功能区水环境质量。结合长江中下游干流水环境特点以及不同水功能区功能,从水量、水质、水生态3个方面,提出了不同水功能区的评价指标、标准和方法,建立了水功能区综合评价体系。以长江武汉段为例,简要介绍了开展水功能区达标评价工作的主要内容和评价结果。该评价体系可为长江流域水资源保护规划的进一步完善、提高水功能区管理水平提供技术支撑。