河流生态修复技术和实践

河流生态修复的理念逐渐被人们所认知,一些符合生态修复理念的规划设计方法在工程建设中被逐步采用。在水利部科技创新项目和地方政府的支持下,一些河流生态修复示范工程取得了很好的建设效果并发挥了良好的示范效应。文中结合几个案例,介绍近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。     

3流4D连通性生态模型

为了改善河湖水系间的物理连通关系和水力关系,从理论上系统描述河湖水系连通性特征概况,回顾了连通性相关生态模型的发展沿革,分析了河流在三个几何维度上的连通性特征,并阐述了以水为载体的物质流、物种流和信息流在三维空间流动的生态影响。在此基础上,从生态系统的结构、功能和过程出发,提出了3流4D连通性生态模型及其参数和判据,用以系统、整体地概括描述河湖水系连通性的生态学机理。结果表明,3流4D连通性生态模型一方面可以通过建立参照系统和分级系统对河湖水系连通性现状进行评估;另一方面可以对连通的生态过程进行仿真模拟计算,对河湖水系连通性特征进行模拟和分析,促使河湖水体恢复天然的水文及其伴随过程节律及生态系统功能,提高水生态修复工程的科学性和可靠性,达到改善水生态系统整体性、保障生态系统服务功能的目的。     

复杂环境下人工生态水系工程体系设计研究

城市建设中,常常需要建设不同规模、类型的人工水系。在城市中建设人工水系需协同解决水循环、水质保障、水源与退水、水景观打造及极端情况应急预案等多方面问题。以北京未来科技城环形水系设计为例,采用传统水工设计技术与生态水工学、景观生态学相结合的方法,对环形水系的水循环体系、水质保障工程、水源与退水措施与水景观打造进行了综合设计研究,提出了概念性设计方案,解决了城市复杂约束条件下人工生态水系设计问题,为城市生态人工设计提供了借鉴。研究认为:城市复杂环境下人工生态水系设计需基于传统水工设计技术,有机融入生态水工学及景观生态学方法进行;水循环、水质、水源与退水、景观与生态成为城市人工水系设计的基本内容。     

生态水工学进展与展望

生态水工学是在生态保护的大背景下产生和发展起来的新兴交叉学科,是对传统水利工程学的补充和完善。文章系统总结了十多年来生态水工学的主要进展,包括水利水电工程生态影响机理;河流生态修复规划方法;河流健康评估;兼顾生态保护的水库调度方法以及河流生态状况定量评价方法等。文章对生态水工学发展进行了展望,列举了包括水电资源开发程度战略研究,建立多种压力-响应生态模型,洄游鱼类保护技术,改善水库调度方法以及技术整合研发等若干学科发展前沿问题。     

基于关键闸坝优选的区域水网水量调控

为实现区域水网水量的高效调控,从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系,以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象,计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序,采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝,通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标,保持区域水网较优的水力连通能力,提高区域水网水量调控效率。     

生态服务价值与社会经济因素交互影响下的流域生态补偿标准研究

流域生态补偿是实现流域环境改善与区域经济均衡发展的一种政策工具,对消除上下游地区间的经济差异影响,实现区域社会发展的公平性具有重要意义。为定量寻求多元信息扰动下的流域生态补偿标准最优解,亟需开展基于多维关系协调及经济利益分配多目标优化求解的动态均衡博弈研究。以实现生态补偿标准讨价还价贝叶斯/纳什均衡为目标,借助完全信息博弈的混合均衡策略实施过程探讨流域生态补偿标准均衡解存在条件,并基于流域上下游间的动态转移支付进行生态补偿标准均衡解求解,依托激励相容机制开展讨价还价的动态博弈贝叶斯均衡的合理性分析。本文结合弥河流域经济社会取用水费用标准及水资源使用价值的变化规律,在流域生态保护和社会经济发展基本均衡的情况下,下游的寿光市、中游的青州市对上游临朐县的水量-水质生态补偿额度分别为3194万元、859万元。本文给出的研究方法可用于处理博弈过程中的冗余信息以便于进行讨价还价,形成合理的流域生态补偿标准。     

基于过程-形式关系的河流地貌单元分类与识别

明晰河流地貌单元类型及其空间分布可以更好地认识与了解河流。面对国内现有地貌单元分类识别方法不完善、难实现等问题,总结凝练了国外成熟的Fryirs和Brierley地貌单元分类体系,梳理归纳了不同地貌单元类型的过程-形式关系,以长江一级支流大宁河作为实践案例,形成基于过程-形式关系的河流地貌单元分类识别流程,结合空-天-地实地调研数据,明确了其地貌单元的空间分布。Fryirs和Brierley地貌单元分类体系分为冲积与侵蚀的基岩和巨石单元、河道中段沉积单元、滨岸沉积单元、冲积与侵蚀的细粒单元4类,包括台阶跌水、深潭、点滩等42种;明确了大宁河两河口—后溪河汇入口河段包含的地貌单元类型为串联跌水、急滩、滑水、深潭、浅滩、缓流区、边滩、心滩,分别占研究河段的16.43%、21.51%、7.21%、20.45%、16.90%、13.59%、3.91%。定量分析地貌单元的空间分布可为河段受损栖息地的恢复、生境评估提供理论支撑。     

永定河泛区生态风险及对策研究

文章针对永定河泛区人类活动频繁带来的生态风险问题进行量化分析。利用GIS技术结合压力-状态-响应(PSR)模型框架从人类活动、资源分布、土地利用层面对泛区内多维生态风险进行分析。分析发现:人类活动强度与自然因素共同作用下,多生态风险源压力(P)和人类社会响应(R)随时间呈线性增长的趋势,多生态风险源压力平均每年增加约11%,人类社会响应水平平均每年提高约4%。同时,农田占比过高不利于生态系统现状水平,通过调水可以调节泛区地表水资源量,进而缓解泛区的生态风险。根据以上研究分析,文章提出永定河泛区产业结构优化、退耕还湿、科学灌溉、加强调水工程建设等建议及措施,以提高泛区的生态安全水平。     

国内外河湖生态保护与修复技术标准进展综述

系统归纳梳理了美国、澳大利亚、日本、欧盟等国家地区,部分国际组织,我国水利部、生态环境部等相关行业部门以及北京、浙江等地区的河湖生态保护与修复相关技术标准进展情况.我国河湖生态保护与修复工作处于起步阶段,近10年相关技术标准快速发展,但由于河湖生态系统本身的动态性、影响因素的复杂性和河湖治理工作的阶段性特征,相关技术标...