流量梯度变动与河流生态响应的量化关系

With the implementation of rural electrification program,the large-scale construction of small hydropower has been severely altered the natural flow regime of mountain rivers, causing seriously impact on downstream ecosystems. The environmental problems of flow-reduced or dewater river reaches are worse. At present, the methods used to set the environmental flow for flow-reduced in our country are mainly based on hydrological and hydraulical mehtod, and they usually do not consider the relationship between flow alteration and river ecosystem response. Meanwhile, the study of quantitative relationship between flow alteration and river ecosystem repsonse are scare in our counstry. In order to solve these problems, this study will carry out the field experiment to inverstigate the river ecosystem's reponse, then establish quantitative relationship between flow gradient declining and river ecosystem response and determine the critical value of flow alteration for certain river ecosystem health status,and finally provide appropriate environmental flow schemes for flow-reduced river reaches. This research can help us to understand how river ecosystem response to the river flow alteration and can provide the theoretical evidence for setting the minimun environmental flow for flow-reduced river reaches, as well as can lay the foundation of the restoration of degraded river and ecological operation of dams.

随着农村电气化计划的实施，小水电大规模建设显著改变山区河流的自然水文情势，进而对河流生态系统造成严重的影响，其中引水式电站形成的减脱水河段的生态环境问题尤为突出。目前，我国减水河段环境流量的设置大多基于水文、水力学等方法，较少考虑流量变动与河流生态系统之间的响应关系。同时，国内关于水文情势变化与河流生态系统响应量化关系的研究鲜有报道。针对以上问题，本研究拟采用野外试验手段，调查研究河流生态系统对流量梯度变动的响应，建立流量梯度变动与河流生态系统响应的量化关系，确定可接受退化程度下流量变化率的阈值，提出适用于减水河段的最小环境流量的设置方案。本研究可有助于加深了解水文情势变化对河流生态系统影响，也为减水河段的最小环境流量的设定提供理论依据，亦可为水文修复以及水库生态调度的研究奠定基础。

受人类活动，如引水式开发、调引水等的影响，我国减水河段数量日益增多，极大地改变了河流的水文情势，尤其是枯水期下游河道内的流量，对河流生态系统造成了严重影响。环境流量，也叫生态流量，是目前国内外公认的最有效的水文修复措施之一，然而，已有的方法都较少考虑流量变动与生态系统响应之间的关系，所得的环境流量也颇受争议。.本项目研究期为2014年1月至2015年12月，研究工作基本根据研究计划正常进行，经过3年的研究，本项目基本完成了研究内容和成果指标的要求。本研究在野外调查基础上，较为全面梳理了河流的响应指标，并构建了典型功能性指标（有机质降解）、鱼类栖息地与流量变动之间的响应关系，并提出了一种基于量化响应关系的生态流量设置方法。野外调查结果表明：目前减水河段类型主要包括3种：“引水式电站开发形成的减水河段”、“调引水开发形成的减水河段”和“其他人类活动形成的减水河段”，并分析了现在减水河段形成的成因。通过对国内外河流健康指标调研，分析了几种典型功能性指标的响应规律及其应用现状，并基于博士期间的实测数据，对比分析了几种典型结构性和功能性指标对水流修复的响应，发现了功能性指标较结构性指标更能反映河流流量的变动。通过野外实验，构建了流量梯度减少与有机质降解速率之间的量化响应关系，实验表明，有机质降解速率随着流量的减少而减少。并根据河流有机质分解速率评估框架，提出了不同河流健康状况下的河流流量变动阈值，可得的结果可为减水河段的最小环境流量的设定提供定量依据。同时，根据研究内容，选择金沙江冷水滩江段典型鱼类产卵场为研究对象，利用IFIM和River 2D构建了河流流量变动与典型鱼类栖息地面积的量化关系，并根据栖息地面积最大原理，提出了金沙江河段鱼类产卵期最小生态流量。项目共撰写论文6篇，已发表4篇，其中1篇SCI收录，2篇EI收录，2篇会议论文；获得发明专利7项；依托项目，毕业1名博士，2名硕士。项目利用流量变动与河流响应关系，提出了河流生态流量的设置方法，研究成果对进一步科学设置河流生态流量提供了理论依据，对保障减水河段生态流量和生态环境有积极意义。