堤坝调控下水文过程与植被形成的生态过程耦合模拟研究

Economic development necessarily manage water resource. Dam operation changes natural hydrological regimes and forms new riparian zones and floodplains, which strongly influences recruiment and restoration and produces risk of ecology safty and water conservancy project. In Danjiangkou reservoir which is water sources of South to North water diversion project, focusing on the recent deficiency of feedback of hydrological processes and ecological processes, the study synthesizes field and processes-based model and rules-based spatial explicit dynamic simulation models, and expects to discover the coupling and feedback mechanism among river flow regimes, hydraulic processes of riparian zone and key ecological processes of vegetation reconstruction.These results will support development of ecohydrology theories and science case, and form ecological water diversion strategy after satisfying requirement of society and economy.

经济发展强化了对水资源的调控，堤坝修建改变自然水文规律并形成新的河岸带和洪泛滩区，该区域的植被更新与恢复受到调控水流的强烈影响，为该类型水利工程功效发挥和生态安全带来隐患。针对传统研究方法在水文过程与生态过程相互反馈作用的研究不足，本申请以南水北调中线水源区丹江口水库河岸带为研究区域，采用定位观测、基于过程动态模型和基于规则的空间显性模型结合的方法，期望揭示河流水流规律、河岸带水文变化特征、植被建成的关键生态过程三者间的耦合与反馈机制，最终形成满足社会经济用水前提下的生态调水策略，并为生态水文学科的发展提供理论和数据支持。

河岸带生态系统与河流相耦合，依赖于河流的水文规律。目前世界上2/3 流入海洋的淡水资源被超过45000座大型水库和近800000 座小型水库拦截。南水北调中线水源区的水利控制工程—丹江口水库加高工程实施完毕即将运行，势必产生新的河岸带及洪泛滩区。为了保持水体的良好生态状态，维持水库功能长效发挥，充分识别河岸带植被所提供的生态和水文功能，认识河岸带生态系统中发生的多重过程及其复杂性，理解该系统的物理和生态过程及其相互作用与反馈显得极其重要并面临巨大挑战。重要结果如下：.筛选出河岸带水位下降后自然形成的优势植物群落组成物种，开展静水条件下的存活实验，动水条件下对于面源污染物质的控制作用和存活影响以及对水动力关键参数的影响分析。结果表明1、空心莲子草是上带主要的优势物种，占比为28.4%，比Ⅱ类植被益母草高出35.9%；狗牙根为下带优势物种，占比为26.28%，比Ⅱ类的空心莲子草高出81.68%。2、两种植被过滤带对泥沙拦截率达到85%以上，整个放水冲刷过程，2种植物处理下的径流中泥沙截留率与放水时间呈显著的线性负相关；狗牙根过滤带对全氮、铵态氮、全磷和溶解性磷平衡时净化率分别为23%、11%、10%和12%，空心莲子草过滤带对全氮、铵态氮、全磷和溶解性磷平衡时净化率分别为20%、14%、15%和18%。3、植被可明显减小水流湍动能并且能够降低湍动能出现的位置，一般湍动能最大值出现在枝叶交界处。冠层中部流速减小，但该处形成了一个具有强烈湍动能的区域。条叶形植物与圆叶形植物对湍动能影响有明显区别，圆叶叶面积较条叶大，对水流造成较大的拖拽力，故湍动能高于条叶。.针对河岸带水位涨落特征，分析了生境深度因子的变化规律。结果表明1、土壤中WLF带的BC含量较高，含氧量较低，羧基官能团较少，说明WLF作用于储层，改变了BC分解，导致成矿减少。此外，BC具有较高的吸附容量和明显的吸附-解吸滞后。WLF在防止BC分解方面有着有利的作用。这种保护对BC在土壤中的稳定性以及对全球碳循环和HOCs吸附的影响具有重要意义；2、二阶模型能较好地描述菲在WLFZ土壤BC上的吸附/解吸过程。水位波动可通过改变水化学间接影响BC吸附/解吸，在短期试验(日~月)中，水位停留时间对BC吸附有负面影响，但随着停留时间的延长，对BC吸附的影响逐渐减弱。