縱向嶺谷區(qū)水電工程脅迫對河流生態(tài)完整性影響的研究

【摘要】：水電工程建設(shè)被認(rèn)為是對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動的主要因素,由此產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題主要包括水文環(huán)境、河流地形地貌和棲息地環(huán)境的改變。縱向嶺谷區(qū)(Longitudinal Range-Gorge Region,LRGR)特指位于中國西南、與青藏高原隆升直接相關(guān)聯(lián)的橫斷山及毗鄰的南北走向山系河谷區(qū),自西向東依次分布有怒江、瀾滄江和元江等國際河流。在縱向嶺谷區(qū)內(nèi)已建和計劃修建的眾多各種類型的水電大壩,潛在著對該區(qū)域的河流生態(tài)完整性產(chǎn)生深遠而多樣的影響。論文在研究水電工程對河流生態(tài)完整性驅(qū)動途徑和機理的基礎(chǔ)上,揭示了水電工程脅迫下河流生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)機制,預(yù)測了水電梯級開發(fā)后瀾滄江各關(guān)鍵指標(biāo)變化和生態(tài)完整性變化,并基于此進一步構(gòu)建了水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性的預(yù)測模型,界定各河流水電開發(fā)的壓力閾值,并基于生態(tài)完整性理論與閾值理論構(gòu)建多目標(biāo)-多情景-多階段的生態(tài)調(diào)控模式。主要研究內(nèi)容和結(jié)論體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)基于對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能以及二者之間的關(guān)系分析進一步完善了生態(tài)系統(tǒng)完整性的概念和內(nèi)涵。生態(tài)系統(tǒng)完整性不僅要求生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整以及結(jié)構(gòu)的合理,也要求生態(tài)系統(tǒng)功能的健全以及功能的正常發(fā)揮,是描述生態(tài)系統(tǒng)受到外界壓力時能夠維持其健康和不斷進化的能力。生態(tài)完整性在具有自然屬性的同時也具有一定的社會屬性,包含人類的價值觀,生態(tài)完整性評價是客觀與主觀的結(jié)合。 (2)從單項指標(biāo)和整體上揭示了水電工程的驅(qū)動機制和河流生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)機制,從機理上和類型上分析了水電工程的累積效應(yīng)。水電工程驅(qū)動機制的源是大壩將河流攔腰截斷將河流連續(xù)體分為了上游庫區(qū)和下游河道,通過這個源進而產(chǎn)生了一系列的生態(tài)效應(yīng),引起了河流生態(tài)系統(tǒng)各項指標(biāo)的變化和生態(tài)完整性的變化。水電工程的累積效應(yīng)是由時間和空間的擁擠引起的,水電大壩對生態(tài)系統(tǒng)的累積效應(yīng)表現(xiàn)為三種類型。 (3)預(yù)測了瀾滄江干流水電梯級開發(fā)后各關(guān)鍵指標(biāo)的變化,研究結(jié)果包括: ①土壤侵蝕模數(shù)。隨著瀾滄江干流水電梯級開發(fā)的逐步推進,河流中心線2km緩沖區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕模數(shù)呈顯著的增加趨勢。梯級電站聯(lián)合運營后,緩沖區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕模數(shù)將達到3222 t/km2 a。 ②河流斷面寬深比。建壩前各河段河流斷面寬深比均明顯高于建壩后各河段,建壩前,平均斷面寬深比為14.42,建壩后,平均斷面寬深比為2.29。 ③泥沙淤積。文中計算了瀾滄江干流各個水電大壩的理論攔沙率,并預(yù)測了各個梯級開發(fā)階段的庫區(qū)泥沙淤積量。糯扎渡水庫的理論攔沙率最高,達到92.20%,其次為小灣水庫,理論攔沙率為91.87%。至2050年,小灣和糯扎渡水庫泥沙淤積量將分別達到9.62和13.58億m3,漫灣庫區(qū)內(nèi)的泥沙將淤滿整個死庫容。 ④河網(wǎng)密度。在河流中心線2km緩沖區(qū)內(nèi),梯級水電開發(fā)前,河網(wǎng)密度分布在0.50～0.90之間,平均河網(wǎng)密度為0.66;梯級水電開發(fā)后后,河網(wǎng)密度分布在0.30～0.70之間,平均河網(wǎng)密度為0.52;平均減少了21%。 ⑤棲息地功能。梯級電站聯(lián)合運營后,瀾滄江棲息地環(huán)境指數(shù)從建壩前的1.00下降至梯級聯(lián)合運營后的0.33,棲息地多樣性指數(shù)從1.00下降為0.52。 ⑥水資源調(diào)節(jié)功能。隨著瀾滄江干流梯級電站的逐步運營,水資源調(diào)節(jié)功能逐漸升高,規(guī)劃的梯級水庫聯(lián)合運營后,總調(diào)節(jié)庫容為296.5億m3。 ⑦防洪功能。瀾滄江干流各規(guī)劃水電大壩的平均庫容系數(shù)僅為0.06,總的庫容系數(shù)為0.75。 ⑧水體流動性。瀾滄江干流梯級電站聯(lián)合運營后,流動的自然河段占整個研究河段的比例約為3%。 (4)隨著瀾滄江干流梯級水電開發(fā)的推進,瀾滄江生態(tài)完整性呈明顯的下降趨勢,從建壩前的0.825(優(yōu))下降到0.309(差)。以水電大壩的規(guī)模和數(shù)量為基礎(chǔ)計算各個開發(fā)階段的水電開發(fā)壓力指數(shù)。將瀾滄江生態(tài)完整性指數(shù)和水電開發(fā)壓力指數(shù)進行擬合分析,構(gòu)建水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性變化預(yù)測模型(DRIM)。根據(jù)水電開發(fā)壓力與河流生態(tài)完整性的擬合分析得到了水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性的預(yù)測模型,預(yù)測模型公式為:△S=2.295P2+0.685P+0.141。 (5)初步提出了理想條件下梯級水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性變化的模型(IDRIM):在僅考慮水電工程驅(qū)動的條件下,在梯級水電開發(fā)期,生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)加速惡化趨勢(△S=f1(t)=ak02t2+bk0t+c (△P0) ) ,梯級大壩建設(shè)完成后,生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)勻速惡化趨勢(△S=f_2(t)=(2ak_0~2m_1t_0+bk0)(t-m_1t_0)+ak_0~2m_1~2t0+bk_0m_1t_0+c (△P=0)),如果有大壩開始退役,則生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)減速惡化趨勢并最終達到平衡(△S=f3(t)=-ak02t2+(2ak02(m1-m2)t0+bk0)t-ak02(m12+m22)t02+c (△P0)),如果有見效的人為調(diào)控參與,則生態(tài)系統(tǒng)將呈現(xiàn)恢復(fù)趨勢。 (6)水電梯級開發(fā)前,怒江、瀾滄江和元江的生態(tài)完整性指數(shù)分別為0.844、0.825和0.719;水電梯級開發(fā)后,怒江、瀾滄江和元江的生態(tài)完整性指數(shù)分別為0.356、0.309和0.389。 (7)根據(jù)DRIM模型,計算出理想河流和三江的水電開發(fā)壓力閾值:①理想河流:S0=1,P閾=0.480;②瀾滄江:S0=0.825, P閾=0.417;③怒江:S0=0.844,P閾=0.424;④元江:S0=0.719,P閾= 0.374。 (8)設(shè)置三個階段的生態(tài)目標(biāo):使河流生態(tài)完整性指數(shù)分別恢復(fù)到0.34～0.35、0.40～0.41和0.48～0.51。文中挑選了五個敏感且易調(diào)控的指標(biāo)作為生態(tài)調(diào)控因子。假設(shè)水電開發(fā)壓力不變,要達到各個階段的恢復(fù)目標(biāo),各因子的調(diào)控幅度分別為10%～15%、40%～50%和70%～80%。假設(shè)人為響應(yīng)不變,要達到各個階段的恢復(fù)目標(biāo),要求的水電開發(fā)壓力范圍分別為0.26～0.27、0.23～0.23和0.16～0.18。怒江要求的水電開發(fā)壓力指數(shù)值范圍分別為0.27～0.28、0.24～0.24和0.18～0.20;元江要求的水電開發(fā)壓力指數(shù)值范圍分別為0.20～0.21、0.16～0.17和0.08～0.11。 【關(guān)鍵詞】：水電大壩 梯級 瀾滄江 怒江 元江 預(yù)測模型 生態(tài)調(diào)控
【學(xué)位授予單位】：北京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TV7;X171
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-20
• 第一章 緒論20-37
• 1.1 選題背景及研究意義20-21
• 1.2 國內(nèi)外研究進展21-31
• 1.2.1 生態(tài)完整性概念的提出與發(fā)展21-22
• 1.2.2 生態(tài)完整性評價指標(biāo)與方法22-27
• 1.2.3 水電工程脅迫下生態(tài)完整性變化機理及表征27-31
• 1.2.4 需要進一步研究的問題31
• 1.3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及技術(shù)路線31-37
• 1.3.1 研究目標(biāo)31-32
• 1.3.2 研究內(nèi)容32-35
• 1.3.3 研究方法、思路及技術(shù)路線35-37
• 第二章 水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性評價理論37-44
• 2.1 生態(tài)完整性理論37-39
• 2.1.1 概念內(nèi)涵37-38
• 2.1.2 屬性特征38-39
• 2.2 水電工程驅(qū)動效應(yīng)39-42
• 2.3 水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性變化機理及途徑42-44
• 2.3.1 水電工程驅(qū)動效應(yīng)途徑及時空尺度特征42
• 2.3.2 水電工程累積效應(yīng)42-44
• 第三章 水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性評價方法44-69
• 3.1 研究區(qū)概況44-47
• 3.1.1 縱向嶺谷區(qū)自然環(huán)境概況44
• 3.1.2 縱向嶺谷區(qū)水電開發(fā)概況44-47
• 3.2 研究方法流程47-48
• 3.3 評價時空范圍48-49
• 3.3.1 空間范圍48
• 3.3.2 時間范圍48-49
• 3.4 評價指標(biāo)體系49-53
• 3.4.1 水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性評價原則49-50
• 3.4.2 指標(biāo)體系構(gòu)建原則50
• 3.4.3 指標(biāo)的篩選50-51
• 3.4.4 指標(biāo)體系確定51-53
• 3.5 單項指標(biāo)計算方法53-62
• 3.5.1 研究河段劃分53
• 3.5.2 梯級累積效應(yīng)和疊加效應(yīng)53-54
• 3.5.3 土壤侵蝕54-58
• 3.5.4 河網(wǎng)密度58-59
• 3.5.5 地震誘發(fā)等級59
• 3.5.6 河道基底狀態(tài)59-61
• 3.5.7 斷面寬深比61
• 3.5.8 棲息地橫向連續(xù)性61-62
• 3.5.9 棲息地縱向連續(xù)性62
• 3.5.10 棲息地環(huán)境和多樣性62
• 3.5.11 水庫調(diào)節(jié)庫容62
• 3.5.12 庫容系數(shù)62
• 3.5.13 水體流動性62
• 3.6 預(yù)測模型建構(gòu)62-65
• 3.6.1 河流生態(tài)完整性量化63-64
• 3.6.2 水電開發(fā)壓力量化64-65
• 3.6.3 水電開發(fā)壓力脅迫下河流生態(tài)完整性預(yù)測模型65
• 3.7 閾值理論65-66
• 3.8 生態(tài)調(diào)控模型66-69
• 3.8.1 生態(tài)調(diào)控原理66-67
• 3.8.2 生態(tài)調(diào)控原則67-69
• 第四章 縱向嶺谷區(qū)水電工程脅迫下河流生態(tài)完整性評價69-104
• 4.1 瀾滄江結(jié)構(gòu)完整性變化69-77
• 4.1.1 土壤侵蝕69-71
• 4.1.2 河流斷面形態(tài)71-72
• 4.1.3 河床形態(tài)72-75
• 4.1.4 河網(wǎng)密度75-76
• 4.1.5 庫岸穩(wěn)定性76-77
• 4.2 瀾滄江功能完整性變化77-89
• 4.2.1 生物多樣性維系功能77-84
• 4.2.2 水資源調(diào)節(jié)功能84-86
• 4.2.3 防洪功能86-88
• 4.2.4 污染物凈化功能88-89
• 4.3 瀾滄江生態(tài)完整性變化89-92
• 4.4 瀾滄江水電開發(fā)壓力92-95
• 4.5 模型構(gòu)建95-98
• 4.5.1 預(yù)測模型95-97
• 4.5.2 模型適用條件及范圍97-98
• 4.5.3 閾值模型98
• 4.6 水電開發(fā)脅迫下河流生態(tài)完整性變化理想模型98-100
• 4.7 討論100-104
• 4.7.1 指標(biāo)體系100-101
• 4.7.2 分級標(biāo)準(zhǔn)101-102
• 4.7.3 關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測結(jié)果102-103
• 4.7.4 預(yù)測模型103-104
• 第五章 基于河流生態(tài)完整性和閾值理論的生態(tài)調(diào)控104-114
• 5.1 怒江、元江生態(tài)完整性變化預(yù)測及三江生態(tài)完整性對比104-105
• 5.1.1 怒江、元江使用預(yù)測模型的可行性分析104
• 5.1.2 怒江、元江生態(tài)完整性變化預(yù)測及三江對比104-105
• 5.2 三江水電開發(fā)壓力閾值105-106
• 5.3 生態(tài)調(diào)控類型106-110
• 5.3.1 壓力調(diào)控106-108
• 5.3.2 響應(yīng)調(diào)控108-110
• 5.4 生態(tài)調(diào)控目標(biāo)110-111
• 5.5 調(diào)控建議和減緩措施111-112
• 5.5.1 水土流失控制111
• 5.5.2 魚類保護措施111
• 5.5.3 水質(zhì)的調(diào)控措施111-112
• 5.5.4 水庫淹沒112
• 5.5.5 水庫運營112
• 5.5.6 環(huán)保意識112
• 5.5.7 特殊文物古跡112
• 5.6 討論112-114
• 第六章 結(jié)論與展望114-119
• 6.1 主要研究結(jié)論114-117
• 6.1.1 理論部分114
• 6.1.2 案例部分114-117
• 6.2 主要創(chuàng)新點117-118
• 6.3 研究展望118-119
• 參考文獻119-131
• 致謝131-132
• 研究生期間已發(fā)表論文、參與著作和科研項目情況132-133
• 已發(fā)表論文132-133
• 參與著作133
• 博士研究生期間參與科研項目133

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礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理協(xié)同機制與對策研究    付薇

基于熵的單周期產(chǎn)品庫存協(xié)調(diào)研究    丁正平

高山峽谷水庫大型堆積體岸坡失穩(wěn)機理分析及穩(wěn)定性評價    陳聰

三峽庫區(qū)水環(huán)境中營養(yǎng)鹽磷分布規(guī)律的數(shù)值研究    覃春麗

湖庫化河流水體富營養(yǎng)化研究    高洪生

飛來峽水庫運行初期水質(zhì)和浮游生物群落結(jié)構(gòu)的動態(tài)特征    何國全

嘉陵江水體中碳、氮、磷季節(jié)變化及其輸出    劉婷婷

流溪河水庫氮磷營養(yǎng)鹽動態(tài)與收支分析    林國恩

太湖氮磷分布特征及其吸附/解吸特征研究    丁靜

西江流域水環(huán)境問題分析及對策研究    張廣艷;

云南西雙版納魚類名錄及一新種    張春霖

云南西雙版納獸類調(diào)查報告    高耀亭 ,陸長坤 ,張潔 ,汪松

滇南地區(qū)爬行類的初步研究    楊大同,蘇承業(yè),利思敏

中國黑斑蛙種群的線粒體DNA多樣性和生物地理演化過程的初探    楊玉慧,張德興,李義明,吉亞杰

桂西南緣獸類區(qū)系概貌    汪松

中國林地資源時空動態(tài)特征及驅(qū)動力分析    徐新良,劉紀(jì)遠,莊大方,張樹文

湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的理論、技術(shù)及其應(yīng)用    盧宏瑋,曾光明,金相燦,焦勝

長江中游洪水位變化初探    殷瑞蘭

基于DEM的數(shù)字河網(wǎng)生成方法的探討    熊立華,郭生練

長江上游流域地表侵蝕與河流泥沙輸移    劉毅，張平

不同尺度數(shù)字高程模型提取水系的尺度效應(yīng)    張宏才

鴨綠江西水道建設(shè)工程的生態(tài)完整性影響評價    馬麗;何春光;邊紅楓;

公路建設(shè)對區(qū)域生態(tài)完整性影響的關(guān)鍵因子及評估框架    徐碧華;朱俊;馬蔚純;

江西省五河治理防洪工程(贛江干支流及淥水)對區(qū)域生態(tài)完整性的影響研究    余錦龍;雷波;曹炳偉;黎湘虹;

桃山水庫生態(tài)完整性影響評價    趙峰;吳計生;岳超俊;董惠民;遲國英;

遼河中下游水文生態(tài)完整性模糊綜合評價    郭維東;王麗;高宇;賴倩;張智勇;徐星星;李楊;

雙溪水電站工程對區(qū)域生態(tài)完整性的影響研究    余明勇;汪富貴;馬軍;

基于PSR模型的刁口河流路生態(tài)完整性評價    呂龍龍;李新寶;蔣曉輝;董國濤;邵天元;

南水北調(diào)西線一期工程調(diào)水區(qū)生態(tài)影響分析    吳春華;王曉峰;牛衛(wèi)華;

景觀空間格局分析在生態(tài)環(huán)境影響評價中的應(yīng)用——以西嶺雪山景區(qū)為例    賈濱洋;劉孝富;王文國;劉宜;

保持生態(tài)完整性 夯實加快發(fā)展的基礎(chǔ)    記者 唐彪

縱向嶺谷區(qū)水電工程脅迫對河流生態(tài)完整性影響的研究    翟紅娟

長白山地區(qū)生態(tài)完整性遙感評價研究    齊新

南寧青秀山風(fēng)景名勝區(qū)生態(tài)完整性研究    楊強

莫莫格濕地生態(tài)完整性變化與景觀動態(tài)研究    關(guān)曉睿