河流生态水文课件.ppt

1、25河流生态中几个概念区域( 流域)景观河流河段河流廊道67910111213141516171819202122232425262729303132水流与生物生活史过程作用生态模式图片来自图片来自TNC333435363738长期的水文动态与生物的生长史相关近期的水文事件对种群的组成和数量的影响3940414243水文学法 水力学法 整体分析法 栖息地模拟 44464748495051几种主要鱼类的趋流性种类种类体长体长 (cm) 感觉流速感觉流速 (m/s)喜爱流速喜爱流速 (m/s)极限流速极限流速 (m/s)鲂10-170.20.3-0.50.6鲫6-910-1515-200.20.2

2、0.20.3-0.50.3-0.60.3-0.60.70.70.8鲤20-2525-350.20.20.3-0.80.3-0.81.01.1鲢10-1523-250.20.20.3-0.50.3-0.60.70.9草鱼15-1818-200.20.20.3-0.50.3-0.60.70.8鲇30-600.30.4-0.61.0鲐20-250.20.3-0.70.9梭鱼 14-170.20.4-0.60.852535455草鱼鲫鱼适宜水深（m）胚胎仔鱼稚鱼0.7-1.20.7-1.2幼鱼1.2-2.51.2-2.5成鱼2.0-2.51.8-2.2衰老期1.8-2.22.0-2.5适宜流速（m/s

3、）0.07-0.12，0.16-0.240.06-0.20资源密度434565758栖息地类型地形水力学水文微微观栖息地（cm尺度）底质大小、类型、形态、姿态、嵌入状态切应力，层流/湍流，河床处边界层，局地速度基流，最大峰值流量和延续时间，干旱事件微观栖息地（m尺度）底质大小/类型，分布和稳定性，沿断面的局地高程（地形），河床糙度，泥沙多孔性，水深，嵌入，甲板层，颗粒形态，大型植物，悬垂枝干，覆盖，细颗度比例湿周，局地流速，垂向水力梯度，水转换储备区，地表-地下横向联系，湍流，闪流逐日、逐季、年际流量变化，洪水和干旱情势：频率、幅度、匀度中观栖息地（河段，100m尺度）主流/浅滩/深潭分布，断

4、面剖面，河流糙度，受限/非受限河谷河底。河道稳定性，河岸稳定性，蜿蜒/辫状形态，弯曲度，宽深比平均断面流速，水深，速度的空间变化，切应力和深度年平均流速，洪水和干旱的平均延续时间，流量的空间变化宏观栖息地（河段，100km尺度）河流长度比，流域面积，不同河流阶数的频率分布，支流度和分布，纵向梯度，障碍物，土地利用活动，深潭数目平均水力停留时间，河道/地下水位产水量的纵向变化，径流的季节变化，地表或地下径流、流动连续性生态区（景观尺度）地质-岩性（岩石硬度，渗透性），地形，土地类型，流域密度，地层坡度，河谷底坡度，高程河流级别逐年、逐季降雨，最大日降雨，最大月平均温度，生物气候区（给予植被、树木

5、等），水平衡59606162栖息地分类与水深与弗汝德数临界值栖息地栖息地水深与Froude 数临界值水边（Edgewaters） 水深 0.2 m ， Froude 数 0.2深潭（Pools）0.7 m 水深， Froude数 0.1静水（Glides）0.2 m 水深 0.7 ，Froude数 0.10.2 m 水深，0.1 Froude数 0.2急流（Races）0.35 水深，0.2 Froude数0.4浅滩（Riffles）水深 0.35 m，0.2 Froude数 0.4 0.35 水深， 0.4 Froude数6364656667平水年落水期沿程平均流速分布编号流量级（m3/s）

6、出现天数（天）特征线上平均流速（m/s）12341 3040130.40.360.420.3424045180.430.390.440.383465040.440.440.470.404506020.450.450.480.415607050.500.490.540.44670以上0均值420.440.410.460.39松江鲈鱼亲鱼降海的10月中下旬11月中下旬流速比较稳定，断面平均流速在0.4m/s左右，变化幅度在0.1m/s范围内，68平水年涨水期沿程平均流速分布编号流量级（m3/s）出现天数（天）特征线上平均流速（m/s）1234130以下70.360.290.330.25230401

7、40.390.350.390.3234050100.430.400.440.384507080.500.520.560.4657010040.610.450.810.87610015030.760.510.910.98715020020.860.701.101.208200以上21.010.861.501.59均值76.34500.490.430.560.51 -20-10010203010-1610-2110-2610-3111-511-1011-1511-20时间流量变幅（m3/s）1957-19741975-19821983-19861987-1999亲鱼洄游入海的水力学特征707119

8、551999年79月各流量级出现天数 单位：m3/s流量级5000平均流量100350750150025004000天数和273483132916841289天数比%66.04 20.07 7.95 4.06 0.99 0.68 0.22 72Velocity Suitability0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00Velocity Suitability0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00流量100 m3/s 时的流速适宜区 流量350 m3/s 时的流速适宜区7374不

9、同流量下松江鲈鱼的适宜水深分布 Depth Suitability0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00Depth Suitability0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00流量100 m3/s 时的水深适宜区图3-20 流量350 m3/s 时的水深适宜区7576Froude #0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00Froude #0.001.000.900.800.700.600.500.400.300.200.10

10、0.00图3-23 100m3/s时不同位置01之间的Froude数图3-24 350m3/s时不同位置01之间的Froude数78 798081828384858687888990919293949596979899100101102104105106107108109110111112113114115116117118119121121国内生态调度实践国内生态调度实践122122国内生态调度实践123123国外生态调度实践124124国外生态调度实践125125国外生态调度实践127小浪底水库运行年度分期针对高含沙水质，针对高含沙水质，20022002年开始进行调水调沙原型实验和生产运行

11、年开始进行调水调沙原型实验和生产运行，运行，运行模式：模式： 小浪底水库单库运行模式 基于空间尺度水沙对接的模式 干流（干支流、干流/东平湖）多库联合调度和人工扰沙塑造异重流6.2.16.2.1小浪水库调度运行小浪水库调度运行128小浪底坝下属于河流廊道纵向区段3沉积带，直至河口，重要生态系统包括河流生态系统、河口湿地生态系统。小浪底坝下横向剖面主要由河道与漫滩组成，下游基本包括嫩滩、一滩与老滩。重要生态系统河南新乡湿地、河南郑州黄河湿地、开封柳园口湿地。郑州黄河鲤种质资源保护区鲁豫交界种质资源保护区鲁豫交界种质资源保护区湿地保护区横向剖面横向剖面6.2.26.2.2生态敏感目标生态敏感目标u

12、 结构特征1296.2.3 水文过程分析水文过程分析基于黄河干流水库的修建及基于黄河干流水库的修建及运行调度方式转变运行调度方式转变, ,时段划分时段划分研究内容研究内容选取花园口、高村与利津作为下游典型断面，采用IHA计算方法分析生态-水文过程变化1）1956-1968年2）1969-1986年3）1987-1998年4）1999-2011年采用变化范围法与整体改变程度评价法识别关键生态-水文指标以下游生态系统的生态要素为基础，识别水文过程变化的生态学涵义u研究时段划分研究时段划分130极值流量（最大）极值流量（最大）极值流量（最小）极值流量（最小）极端低流量极端低流量月均流量月均流量利津断

13、面利津断面u水文特征水文特征水文过程分析水文过程分析131鱼类生长期鱼类繁殖期20112011年基下年基下4090m4090m调水调沙期河道内生境生态河道内生境生态-水文响应分析（鱼类）水文响应分析（鱼类）u郑州黄河鲤种质资源保护区月尺度和日尺度结合花园口和花园口基下断面流量、流速、水深、水面宽等多要素制约要素分析水文132河道内生境生态河道内生境生态-水文响应分析（鱼类）水文响应分析（鱼类）u郑州黄河鲤种质资源保护区制约要素分析泥沙133花园口断面横剖面图 花园口断面流量-水位-湿周模拟关系图示断面情况水面要充溢整个河道主槽的水位为93.8m，对应的流量将高达7014m3/s花园口断面最大流

14、量发生在调水调沙期期间且在4000m/s左右，现阶段下流量大于7014m/s对沿岸湿地进行漫滩补水很难实现，主要还需要依靠天然降水与地下水侧渗来补给。鸟类综合分析：湿地植被改善，河道萎缩，耕地面积增多，与历史数据相比鸟类数量增多鸟类栖息地生态水文响应分析鸟类栖息地生态水文响应分析u河流湿地生态-水文响应分析生态生态- -水文驱动水文驱动力分析力分析134黄河流域综合规划2000年至南水北调东中线工程生效前，利津断面生态环境用水量不小于193.6亿m3，其中非汛期仍保持50亿m3为实现河口三角洲湿地保护修复目标，三角洲补水量为3.5亿m3 通过小浪底水库调水调沙、黄河流域统一调度和河口三角洲湿地

15、补水联合作用：基本保障了下游河道的生态流量，实现下游河道不断流 利津站非汛期可满足生态环境需水量要求；但是利津站年径流量不能稳定满足黄河流域规划中生态环境用水量生态流量的要求2008-2011年累计补水量为1.3亿m3，低于年补水3.5亿m3要求，不能从根本上满足三角洲湿地自然保护区可持续发展的要求 193.6亿m350亿m3鸟类栖息地生态鸟类栖息地生态-水文响应分析水文响应分析u河口湿地生态-水文响应分析生态补水生态补水1356.2.4现行管理模式效果评价现行管理模式效果评价效果评价层次分析法层次分析法准则层判断矩阵准则层判断矩阵现行调度模式现行调度模式前后指标得分前后指标得分136现行管理

16、模式效果评价现行管理模式效果评价效果评价综合评价综合评价得分得分137小浪底水库工程生态适应性管理目标河道生态水文过程河口湿地人工补水和入海水量要求 调水调沙输移过程 鱼类产卵和生长的水量 河道水文管理目标 6.2.5 适应性管理目标确定适应性管理目标确定小浪底水库下游关键生态-水文过程及时期分布138 适应性管理方案确定适应性管理方案确定管理方案综合河道生态需水、鱼类产卵与生长需水、河口湿综合河道生态需水、鱼类产卵与生长需水、河口湿地人工补水与入海水量地人工补水与入海水量采用外包线法采用外包线法得到得到黄河下游黄河下游花园口、高村、利津断面满足生态要素的流量过程花园口、高村、利津断面满足生态

17、要素的流量过程。139 适应性管理方案确定适应性管理方案确定花园口断面6-7月份逐日流量需求过程线 利津断面6-7月份逐日流量需求过程线 高村断面6-7月份逐日流量需求过程线 调水调沙期间，最小、调水调沙期间，最小、中等与适宜不同等级下中等与适宜不同等级下的逐日流量需求过程线的逐日流量需求过程线最小最小中等中等适宜适宜最小最小中等中等适宜适宜最小最小中等中等适宜适宜1406.2.6 适应性管理方案评价适应性管理方案评价不同来水条件重要控制断面典型年径流量与不同等级年生态径流量143城市化对流域生态系统产生了长期而深远的影响144城市河流的修复得到广泛关注145146147149 汽车家园 道路

18、、停车场人类家园野生生物家园城市化进程加快人类家园 野生生物家园房屋、广场、人行道流域表面混凝土化道路、停车场 人类家园 ple150151152153154155156157158159161生态的水系必须以生态的流域为支撑生态的水系必须以生态的流域为支撑河流最小生生态需水的满足河流最小生生态需水的满足水利工程的生态调度水利工程的生态调度水资源的合理配置水资源的合理配置雨洪资源的调蓄利用雨洪资源的调蓄利用洪水风险管理洪水风险管理在城市水泥丛林里营造自然水绿生态系统162形成自然、亲水、文明的河流163164165166167168169 170171172173利用浅水池塘蓄滞径流和结合植被

19、措施净化污染物，强化一系列处理过程广泛利用，面积大于 2 ha, 在蒸腾蒸发少的地区较适宜174176177178179180182河流也许是城市环境中唯一的自然景观183184185直立式河岸非对称直岸自然河岸186187188n昆虫n鸟类n.岸边生物的多样性189河流生态要素河流生态要素水质水文特征河床形态特征水文动态污染物河道条件 常规化学要素 水生植物的组成与丰度 水生底栖动物的组成与丰度 鱼类的丰度与年龄结构 连续性干支流的连续性横向连续性生物要素水量与水流的动态特征 与地下水的连通性 河流的宽、深变化河床的结构与底质 岸边带的特征持久性污染物190191192193194195196亲水性的度量指标197198199200201202203