淮河流域中下流典型河段生态水文机理与生态需水计算

摘要

淮河流域地处我国南北气候过渡带，水资源短缺、水污染问题严重。在全球气候变化、人类活动以及经济社会发展的影响下，流域的水资源短缺和水污染程度不断加剧，严重威胁流域生态系统安全及水资源安全。因此，开展淮河流域的生态水文机理及生态需水研究对保护流域水生生物、维持流域生态系统的稳定性具有重要意义。
　　 淮河流域上游山区属于山溪性河流、中游平原河岸湿地发育、下游平原河网区水系纵横交错，流域上中下游生态水文条件差异显著。本文以淮河流域中下游典型河段为研究区，围绕流域主要的水生态问题，主要从以下三个方面开展研究:(1)分析水文、水环境和水生态现状及演变过程，揭示了流域水生态问题;(2)基于河流水文过程评价理论和模型，构建了河流水文过程分级评估模型，提出基于流量脉冲的生态需水计算方法，并计算了淮河流域中游的生态需水过程;(3)以维持水生态系统稳定为目标，构建了平原河网区生态需水计算方法。取得的主要研究成果如下:
　　 (1)1956～2010年间，淮河流域中游的降雨以1.85mm/a的速率增加;蒸发以2.23mm/a的速率减少;实测年均径流量以1.42亿m3/a的速率减小，表明淮河流域耗水量在持续增长。流域内水利工程的修建和水环境变差使得水生态系统发生了较大改变，流域中游浮游植物、浮游动物、底栖动物从1982年到2006年大幅度减少。围湖造田和围圩养殖使得流域中游湿地与湖泊退化严重，2000年里下河区湖荡面积仅剩50年代的0.38％。流域水生态问题主要由于水文条件改变、水环境恶化和造成的。
　　 (2)水文过程是影响河流生态系统改变的主要因素，决定了河流生物的生命过程，其中脉冲流量促使生命过程的发生。在分析不同流量的生态学意义的基础上，构建了河流水文过程评估模型，对流量脉冲指标进行计算，将流量分为极端低流量、低流量、高脉冲流量、小洪水和大洪水五种。根据不同流量的生态学意义以及其他指标的水文学意义，选择不同的生态流标准，提出了基于流量脉冲的生态需水计算方法。对淮河流域中游润河集站的生态需水过程进行计算，由于考虑对润河集站何家圩湿地的生物产卵场等生态功能，流量脉冲法计算的生态需水过程为:中游枯水期和汛期以自然来水过程保证生态需水，产卵期控制3次脉冲流量过程来满足鱼类产卵及维持河道生态系统稳定的要求。计算结果满足河道平滩和生物生长的要求，发挥了河岸湿地的最大的生态系统功能。
　　 (3)平原河网区水流缓慢，生态水文过程复杂多变，维持生态系统的稳定性是下游生态保护的目标。在分析了食物链结构、生化反应过程、流速大小等影响水生态系统稳定性的因素后，确定流速是维持平原河网区生态系统稳定的主要控制因素。初步认为平原河网区的合理生态流速范围为0.09～0.30m/s。选取淮河流域下游建湖县为研究区，用生态流速进行约束，以叠加的集中式计算方法初步计算建湖县射阳河的生态流量为60.87m3/s。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外生态需水研究进展

1．2．1 国外生态需水研究进展

1．2．2 国内生态需水研究进展

1．2．3 河流生态需水的主要计算方法

1．3 研究目标、内容及技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

1．4 论文主要创新点

第二章 淮河流域生态水文特点及其演变分析

2．1 淮河流域水文概特点

2．1．1 河流水系

2．1．2 河流地貌

2．1．3 水文气象

2．1．4 水文地质

2．2 淮河流域水环境特点

2．3 淮河流域水生生物区系

2．3．1 浮游植物

2．3．2 浮游动物

2．3．3 底栖动物

2．3．4 水生植物

2．3．5 鱼类

2．4 淮河流域中游生态水文演变

2．4．1 水文要素演变

2．4．2 流域中游水生生物演变

2．4．3 沿河湿地和湖泊演变

2．5 淮河流域下游水文演变

2．5．1 湖荡面积缩减

2．5．2 河道及闸坝的演变

2．5．3 水质的演变

2．6 淮河流域水生态问题

2．6．1 水污染严重

2．6．2 生态系统退化

2．7 本章小结

第三章 淮河流域中游河流生态需水过程计算方法与实例

3．1 河流水文过程的生态作用

3．2 基于流量脉冲的生态水文评估与生态需水过程计算模型

3．2．1 流量脉冲评估指标及其应用进展

3．2．2 流量脉冲指标及其生态临界值

3．2．3 基于流量脉冲的生态水文评估与生态需水过程计算模型

3．3 淮河流域中游段水生生物的生态需求

3．3．1 鱼类产卵类型

3．3．2 鱼类产卵场

3．3．3 鱼类产卵期及产卵类型

3．3．4 鱼类产卵所需流速

3．3．5 鱼类生长所需的最小水深度

3．4 淮河流域中游典型断面的生态需水计算

3．4．1 典型河岸湿地概况

3．4．2 代表站及径流资料的选取

3．4．3 水文过程分析

3．4．4 淮河流域中游生态需水计算结果

3．5 生态需水过程计算结果对比及分析

3．5．1 河道形态法和生物最小空间法的生态需水计算

3．5．2 计算结果对比分析

3．6 本章小结

第四章 淮河流域下游生态需水过程计算方法与实例

4．1 平原河网地区特点

4．1．1 地形地貌

4．1．2 水文特点

4．1．3 环境特点

4．1．4 人类影响

4．2 平原河网区生态水文过程

4．2．1 食物链与生化反应过程

4．2．2 水动力对生化反应过程的影响

4．2．3 合理的生态流速的确定

4．3 淮河流域下游平原河网区生态需水计算

4．3．1 典型平原河网区概况

4．4．2 研究区流速及水质

4．3．3 生态需水计算

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间学术论文发表及科研项目参与情况

致谢