拆坝河流生态系统响应过程、机理与预测

Dams construction can change the species composition, habitats distribution, and corresponding ecological functions of the river ecosystem. Besides, dangerous dams have become the safety hazards in many areas. In the field of small rivers ecological restoration, dams removal has been a hot spot nowadays. But the influence mechanism on the ecosystem about dams removal is still not clear. In addition, the restoration prediction techniques of river ecological that will be used after removing the dams are also in exploration. With projects that removed typical dangerous dams in Liaoning Province as the research instances, the research project will select, monitor the representative assessment factors of river ecosystem before and after dams removal at the micro-scale, differentiate and analyze the temporal-spatial variation rules of these capital factors, and identify the driving mechanism of changes of hydraulic conditions on the ecological factors. Then applying Cellular Automata technique, BP Artificial Neural Network, Genetic Algorithm, etc. nonlinear models to develop the quantitative simulation models of main ecological factors, and coupling two- dimensional hydrodynamic model of water environment to carry out eco-hydraulics simulation study on the rivers that removed dams. The study results will provide support to Liaoning Province and even the whole country about ecological restoration modes of rivers that removed dams in a period of time in the future.

闸坝建设改变了河流生态系统的物种构成、栖息地分布以及相应的生态功能，病险闸坝更是区域的安全隐患。拆坝是当前中小河流生态恢复技术热点，但关于拆坝对生态系统的影响机理还不是很清楚，拆坝后河流生态系统的恢复预测技术仍在探索中。本项目将以辽宁省典型病险闸坝的拆除为研究实例，从微观尺度开展拆坝前后河流生态系统代表因子的筛选、监测，辨析关键因子的时空变化规律，辨识水力条件的变化对生态因子的驱动机理。运用元胞自动机技术、BP人工神经网络、遗传算法等非线性数值分析理论，研发主要生态因子定量模拟分析模型，并耦合二维水动力水环境模型，开展拆坝河流生态水力学模拟预测研究。研究结果将为辽宁省乃至全国今后一定时期拆坝河流的生态恢复提供技术支撑。

1、.项目的背景.我国的水库数量已经超过了9.8万座。我国闸坝多建于20世纪50~70年代，当时水利工程建设技术水平较为薄弱，所建闸坝以小型坝为主，而小型坝中超过90%为土石坝，使用寿命为50年左右，据统计，我国的病险水库数量已经超过了4万座。我国农村还有1000多万座废弃的小型水利工程。1954年至2011年，我国发生垮坝事故的水库3515座，其中尤以中小型水库占98.8%。拆坝是当前中小河流生态恢复技术热点，但关于拆坝对生态 系统的影响机理还不是很清楚，拆坝后河流生态系统的恢复预测技术仍在探索中。.2、.主要研究内容.本项目以辽宁省典型病险闸坝的拆除为研究实例，从微观尺度开展拆坝前后河流生态系统代表因子的筛选、监测，辨析关键因子的时空变化规律，辨识水力条件的变化对生态因子的驱动机理，开展示范拆坝河流生态环境前后变化评估，提出适用于我国闸坝安全退役的调查评估技术体系。.3、.重要结果.应用本研究技术体系对示范拆坝河流开展了拆坝前、中、后的监测与评价。通过对平山水库拆坝前后浮游藻类和底栖动物生物多样性进行评价，得出以下结论：（1）拆坝后浮游藻类Margalef多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均出现上升趋势，浮游藻类生物多样性增加。与拆坝前（2015.09）相比，2017.09的Margalef多样性指数增长了18.38%，Shannon-Wiener多样性指数增长了18.94%，与刚拆坝时（2016.06）相比，Shannon-Wiener多样性指数增长了11.11%。（2）BI指数评价结果显示拆坝前后底栖动物种类变化不稳定，而Shannon-Wiener多样性指数评价结果显示底栖动物种类逐渐增多，与刚拆坝时（2016.06）相比，2017.09 Shannon-Wiener多样性指数增长了31.11%，与刚拆坝四个月时（2016.09）相比，Shannon-Wiener多样性指数增长了15.69%。.主要研究成果包括1个调研报告，3个技术导则，1个示范工程评价，相关调查成果数据库。其他成果还包括1本专著，3篇国内核心论文。.4、.关键数据及其科学意义.研究提出了水库退役生态环境影响评价标准与方法，在国内首次实施小型水坝拆除全过程系统监测评估，形成了小型水库绿色退役全过程评估技术。研究结果为全国今后一定时期拆坝河流的生态环境保护与修复提供技术支撑。