基于生態(tài)—水文響應機制的大壩下游生態(tài)保護適應性管理研究.pdf

1、河流是人類生存與發(fā)展的基礎，但隨著水電開發(fā)進程、經(jīng)濟社會發(fā)展速度的不斷加快，大壩下游河流廊道的生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，維持河流廊道向好的結構與功能、實現(xiàn)人水和諧發(fā)展日益成為河流保護與管理的焦點性問題。壩下河流廊道類型多樣化，涵蓋河流生態(tài)系統(tǒng)、河流舸口濕地生態(tài)系統(tǒng)、近海岸域系統(tǒng)，鑒于生態(tài)系統(tǒng)自身的高度復雜性、高度不確定性及人類認知的局限性，提出基于生態(tài)-水文響應機制的大壩下游生態(tài)保護適應性管理模式，較傳統(tǒng)管理模式在管理范式、管理體制、管理目

2、標、管理手段方面均有了一定的突破，允許基于實際監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，針對各種理論、技術及措施進行論證和檢驗，且基于新的認知與數(shù)據(jù)信息調(diào)控反饋，修改、完善與提高原有的水庫調(diào)度模式和生態(tài)環(huán)境保護方案，不僅為水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的和諧發(fā)展提供了重要的技術支撐，同時也為國內(nèi)大壩下游生態(tài)保護適應性管理提供了重要的借鑒作用。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.系統(tǒng)的闡述了大壩下游生態(tài)保護適應性管理的理論基礎
　　 理論基礎包括可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)系

3、統(tǒng)生態(tài)學、“自然-人工”二元水循環(huán)理論。水文條件是河流廊道生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化的最根本驅(qū)動力，由于高強度人類活動，提高了水資源開發(fā)利用程度，改變了江河湖泊關系和地下水的賦存環(huán)境，也改變了地表水與地下水的轉(zhuǎn)化路徑，形成了“取水-用水-耗水-排水”四大基本環(huán)節(jié)的人工側支循環(huán)圈，導致天然水循環(huán)與人工側支水循環(huán)此消彼長，伴隨著流域水循環(huán)過程的變化生態(tài)因子也在發(fā)生相應的改變。因此，生態(tài)水文過程分析是大壩下游生態(tài)保護適應性管理的基礎，從生態(tài)保護目標出發(fā)

4、研究河道生態(tài)流量過程是管理核心，改善水庫調(diào)度模式是管理保證。
　　 2.科學的提出了大壩下游生態(tài)保護適應性管理的概念及內(nèi)涵
　　 本文提出了大壩下游生態(tài)保護適應性管理概念即“針對河流廊道的高度復雜性與不確定性、人類認知的局限性，以生態(tài)-水文響應機制研究為基礎，秉持可持續(xù)性、適應性、反饋性、科學性、可操控性原財，遵循自然環(huán)境與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)律，以利益相關方共同參與協(xié)商與交流為前提，以水庫工程影響范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟社

5、會良性發(fā)展為目標，以持續(xù)性監(jiān)測、定量科學評估、調(diào)整反饋機制為手段，形成維持水庫生態(tài)系統(tǒng)、下游河流生態(tài)系統(tǒng)、河流/河口濕地生態(tài)系統(tǒng)與近海岸域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)健康發(fā)展的協(xié)調(diào)管理模式”。適應性管理作為創(chuàng)新型管理模式，突出“學習”與“適應”以實際數(shù)據(jù)信息作為支撐，實現(xiàn)動態(tài)化、彈性化與精準化管理。
　　 3.提出了適合于國情的大壩下游生態(tài)保護適應性管理理論與方法體系
　　 基于適應性管理“確定目標-構建方案-決策實施-監(jiān)測-評價-調(diào)

6、整”的閉合型管理程序構建了大壩下游生態(tài)保護適應性管理的“三維一體一評”方法（三維是指生態(tài)-水文響應機制的基礎維、三大條件的約束維、生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的調(diào)控維，一體是指長效生態(tài)監(jiān)測體系，一評是指管理效果“適應度”評價）:(1)從水文全過程、魚類棲息地與鳥類棲息地出發(fā)研究生態(tài)-水文響應關系，采用IHA生態(tài)流組分法、RVA法、景觀格局分析法、水動力模型相結合的方法，研究確定基于敏感生態(tài)目標的生態(tài)-水文動力聯(lián)系;(2)基于水庫下游河流生態(tài)系統(tǒng)、

7、河流/河口濕地生態(tài)系統(tǒng)、近海岸域生態(tài)系統(tǒng)的關鍵生態(tài)-水文過程及關鍵時期確定適應性管理目標;(3)以水資源可利用量、生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、經(jīng)濟社會向好發(fā)展三大條件作為約束制定適應性管理方案;(4)實施管理方案且基于長效生態(tài)監(jiān)測體系開展監(jiān)測，為管理有效性評估提供數(shù)據(jù)基礎;(5)從資源與生態(tài)環(huán)境方面針對敏感生態(tài)要素的管理效果開展“適應度”評價;(6)以生態(tài)系統(tǒng)結構與功能作為調(diào)控準則，結合管理效果評估結果，提出調(diào)控與反饋。
　　 4.開展了

8、基于生態(tài)-水文響應機制的大壩下游生態(tài)保護適應性管理的實踐應用
　　 運用構建的基于生態(tài)-水文響應機制的大壩下游生態(tài)保護適應性理論與方法體系，應用于黃河小浪底水庫下游河流廊道。主要應用成果如下:(1)從水文全過程分析了生態(tài)流組分的改變程度及產(chǎn)生的生態(tài)效應。小浪底水庫運行后相較河道天然狀態(tài)，花園口、高村、利津站的整體改變程度是0.85、0.73、0.77;相較龍羊峽、劉家峽與三門峽三庫聯(lián)合調(diào)度時期，整體改變程度是0.54、0.79、

9、0.66。基于現(xiàn)行管理模式，減少了低流量特別是極端低流量的持續(xù)時間，基本可以保證低流量生態(tài)組分的生態(tài)學功能;高流量發(fā)生頻率能夠接近自然狀態(tài)，持續(xù)時間增加，峰值流量減少，尚不能充分實現(xiàn)高流量組分的生態(tài)學功能;小洪水脈沖改善了下游輸沙功能，但不能補給洪泛平原;漫灘洪水發(fā)生幾率降低。(2)基于魚類棲息地物理、化學與生物特征的變化分析，研究了魚類生長、繁殖與水文要素間的聯(lián)系?，F(xiàn)行管理模式下，水庫下游河道主槽過流能力增加到4000m3/s;河道水

10、質(zhì)基本能滿足水功能區(qū)Ⅲ類水質(zhì)要求;調(diào)水調(diào)沙對水生生物資源產(chǎn)生負面影響且生物量為年度內(nèi)最低值，生物物種豐度及生物量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化趨勢?？v向時間尺度來看，魚類資源量呈現(xiàn)持續(xù)衰減趨勢（20世紀50、60年代魚類資源量最為豐富），泥沙與水質(zhì)要素制約魚類的生長與繁殖但水文要素是最重要的約束條件;調(diào)水調(diào)沙期間的高含沙水流泥沙含量急劇增加、溶解氧急劇減少，兩個種質(zhì)資源保護區(qū)2010-2011年內(nèi)魚類捕獲物種類減少，資源量分別減少42.9％-84

11、.7％、47.0％-61.1％。綜合分析來看穩(wěn)定的河道自然徑流量是魚類（水生生物）生長與繁殖的生態(tài)需求。(3)基于鳥類棲息地鳥類的量變分析結果，從景觀與水文驅(qū)動力方面分析聯(lián)系。鳥類數(shù)量及種類多樣性具有一定程度的增加，出現(xiàn)旅鳥停留繁殖的現(xiàn)象?；诰坝^分析，斑塊破碎化程度增加，鳥類重要棲息地面積萎縮，自然濕地面積減少人工濕地面積增加;河流濕地花園口斷面需要在7014m3/s以上才能發(fā)生漫灘補給鳥類棲息地，鑒于下游河道防洪安全現(xiàn)階段主要依靠降

12、水與地下水側滲補給;由于閘首的控制河口濕地主要依靠人工補水，現(xiàn)狀條件下年補水量遠遠不能滿足三角洲所需水量3.5億m3。(4)研究區(qū)現(xiàn)行管理模式綜合評價得分2.3097，生態(tài)系統(tǒng)功能處于中等偏下，基于調(diào)整與反饋機制，結合關鍵生態(tài)-水文聯(lián)系及關鍵時期提出適應性管理目標、制定了相應的生態(tài)-水文過程管理方案，花園口、高村與利津最小年生態(tài)徑流總量分別是154.5億m3、138.3億m3、76.8億m3，中等分別是215.7億m3、182.1億m3

13、、94.6億m3，適宜分別是265.7億m3、219.9億m3、115.6億m3;調(diào)水調(diào)沙期間6月份花園口、高村、利津斷面最小生態(tài)流量分別是1300m3/s、967 m3/s、798 m3/s，中等分別是1570 m3/s、1275 m3/s、1088 m3/s，適宜分別是1743 m3/s、1389 m3/s、1231m3/s;調(diào)水調(diào)沙期間7月份花園口、高村、利津斷面最小生態(tài)流量分別是815m3/s、751m3/s、892m3/s，中

14、等分別是984 m3/s、983 m3/s、1215m3/s，適宜分別是1093m3/s、1071m3/s、1376m3/s。與歷史不同研究時段相比，適應性管理方案提出的下游生態(tài)流量過程，非汛期基本能恢復到1969-1987年狀態(tài)，汛期考慮防洪最小、中等、適宜生態(tài)流量過程，分別能夠達到1969-1987年生態(tài)流標準中的中、好、十分好;6-7月份汛前調(diào)水調(diào)沙與歷史狀態(tài)發(fā)生了很大變化，分別達到生態(tài)流標準中的最大、最佳狀態(tài);同時由于調(diào)水調(diào)沙期