生态流量研究

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1、1,基于鱼类生境评价的山区河流 基本生态流量确定方法研究,水力学及河流动力学 专业 环境水力学及水污染控制 方向 导师：李 嘉 研究员 博士研究生：卢红伟,2,汇 报 内 容,1. 绪论 2. 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价 3. 山区河流鱼类生境的适应性调查 4. 研究实例 5. 结束语,3,汇 报 内 容,1. 绪论 1.1 研究的背景 1.2 研究的科学意义与实践价值 1.3 国内外相关领域研究进展 1.4 研究内容与技术路线 2. 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价 3. 山区河流鱼类生境的适应性调查 4. 研究实例 5. 结束语,4,1. 绪 论,1.1 研究的背景,水电

2、开发对生态环境的影响受到广泛关注； 引水式电站，对减水河段的水资源综合利用产生了显著的影响； 为解决生态流量问题出台的政策和方法，在实际工作中遇到了诸多的问题。,5,1. 绪 论,建立山区河流基本生态流量的研究流程体系，用于规范和指导工程实际中基本生态流量的确定。 提出维持山区河流水生生态系统稳定所需水量的确定原则和评估方法。 建立基于鱼类生境评价的山区河流基本生态流量确定方法，为山区河流生态修复提供参考方法。,1.2 研究的科学意义与实践价值,二滩水电站,6,1. 绪 论,1.3 国内外相关领域研究进展,国内外的研究主要集中在河流生态需水量的涵义及计算方法； 对以保护山区河流生境为目的生态基

3、本流量研究较少; 在关于山区河流生态基本流量的确定方法体系方面还不多见。,7,1. 绪 论,界定山区河流基本生态流量的内涵； 建立维持水生生态系统稳定所需水量的研究方法及计算模型； 建立基于鱼类生境评价的山区河流基本生态流量方法； 修正适用于山区河流的水力生境指标和标准； 研究提出山区指示性鱼类的生境需求； 以岷江及杂古脑河为研究实例，研究河道基本生态流量的整个过程。,1.4 研究内容及技术线路,8,汇 报 内 容,1. 绪论 2. 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价 2.1 山区河流生态流量的确定方法 2.2 鱼类生境评价的生态水力学法修正 2.3 鱼类生境评价的数值模拟法修正 2.4.

4、 基本生态流量的确定原则和评估方案 3. 山区河流鱼类生境的适应性调查 4. 研究实例 5. 结束语,9,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.1 山区河流生态流量的确定方法,10,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,水生生境特点 水文情势特点 地理位置及河道特点 水电开发特点 水环境特点 生境的变化特点,2.1 山区河流河道生态流量的确定方法,山区河流基本生态流量界定为：维持河流水生生态系统稳定所需水量。,11,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,山区河流生态流量决策模式,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,分析水生生物对水深、流速等水力生境参数的最基本生存要求；

5、 分析水温变化对水生生物的影响,计算不同流量时,河道内各水力生境参数值的变化情况。,12,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,水力学计算模型,HEC-RAS是由美国陆军工程兵团开发的水面线计算软件包，适用于河道稳定和非稳定流一维水力计算。在北美得到公认和通用。该模型已经通过一系列的理论、实验和野外试验调查结果的验证。,13,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,控制方程,式中：Q流量；V1，V2断面平均流速；Y1，Y2断面水面高程，Z1，Z2断面河底高程；R断面面积；S水力坡度；K流量模数；n糙率；R水力

6、半径；he能量损失；L断面间河段长度，C局部水头损失系数。,能量方程：,14,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,指南提出的标准，适用于大中型河流内的水生生物生态流量的计算,表2-1 生态水力学法的水力生境参数标准(大型河流),15,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,针对中型山区河流取消水面宽30m和过水断面面积30m2这两项参数标准。 计算枯期天然流速0.3m/s不能100%满足时，平均流速不作为评价指标。 山区河流最大水深不低于0.75m。,生境评价参数修正,16,2 山区河流基本生态流量确定与鱼

7、类生境评价,2.2鱼类生境评价的生态水力学法修正,表2-2 生态水力学法的水力生境参数标准(山区中型河流),17,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.3鱼类生境评价的生境模拟法,生境模拟法的基本原理是根据指示物种所需的水力条件的模拟，确定河流流量。IFIM法即河道内流量增量法是生境模拟法的代表性方法。,基本原理,18,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.3鱼类生境评价的生境模拟法,计算模型River2D模型,River2D模型全称为河流水动力学和鱼类生境的二维平均深度模型。 能详细的研究河流局部的流速和深度分布，并确定流量与鱼类可用栖息地的关系。,19,2 山区河流基本

8、生态流量确定与鱼类生境评价,2.3鱼类生境评价的生境模拟法,计算模型River2D模型,X方向的动量方程,Y方向的动量方程,连续方程,控制方程,20,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.3鱼类生境评价的生境模拟法,计算模型River2D模型,River2D模型的显著特点是： 对于计算河道的边界部分采用了近似超临界法和干湿区域解算法； 采用局部网格加密的技术，可以单独为所要计算的区域划分更为详细的网格,21,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.3鱼类生境评价的生境模拟法,以鮡、裂腹鱼作为山区河流的指示物种； 假定维持水生生态系统稳定的根本是保护鱼类产卵场； 以水温、水深、

9、流速、底质、水文过程等5项指标作为研究维持水生生态稳定所需水量的指标； 基于专家建议法确定鮡类和裂腹鱼产卵繁殖偏爱的流速、水深、水温； 考虑鱼类产卵对涨水过程、洪水涨落过程等水文情势变化的需求，模拟天然洪水特点制造涨水过程和7日洪水涨落过程。,模型修正,22,2 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价,2.4基本生态流量的确定原则和评估方案,流量确定原则,对于无集中产卵场分布的河段，应用生态水力学方法计算结果作为全年流量推荐值； 对于有集中产卵场分布的河段，产卵期推荐值采用生境模拟法计算结果，并结合鱼类产卵对涨水过程、洪水涨落过程的需求，制造涨水过程和洪水涨落过程。,23,2 山区河流基本生态

10、流量确定与鱼类生境评价,表2-3 岷江流域维持水生生态系统稳定所需水量的评估方案,2.4基本生态流量的确定原则和评估方案,24,汇 报 内 容,1. 绪论 2. 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价 3. 山区河流鱼类生境的适应性调查 3.1. 山区河流水生生态系统稳定的指示物种 3.2. 鱼类生境指标的确定 3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结 3.4. 指示物种的生存水力参数条件和繁殖生境条件 4. 研究实例 5. 结束语,25,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.1. 山区河流水生生态系统稳定的指示物种,确定鮡科、裂腹鱼亚科作为衡量栖息地质量优劣的指示物种，主要是基于以下

11、原因： (1) 石爬鮡、裂腹鱼在四川省境内山区河流广泛分布，是主要经济鱼类，具有一定的代表性和经济价值。 (2) 经文献资料分析，石爬鮡、裂腹鱼的繁殖习性跟水文情势联系较密切，对水深、流速有一定要求，受河道减水影响大。 (3) 石爬鮡、裂腹鱼绝大多数属于四川省省级保护鱼类或长江上游特有鱼类，具有保护意义。,重口裂腹鱼,黄石爬鮡,26,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.2. 鱼类生境指标的确定,山区河流引水式和混合式水电开发主要改变河流水文情势，对水深、流速、水文过程等产生影响。 现场调查时收集水深、流速、底质、水温、水面宽、过水面积等指标。 计算时以水深、流速、水面宽作为计算维持水生生态

12、稳定所需水量的量化指标。 考虑鱼类产卵对涨水过程、洪水涨落过程等水文情势变化的需求，模拟天然洪水特点，制造涨水过程和7日洪水涨落过程。,27,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结,岷江及杂谷脑河具有典型的山区河流特征，分布有四川地区典型的水生生物群落 已经开发了多个引水式电站，对其进行生物调查，有利于基本生态需水量确定方法的建立。,28,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结,岷江及杂谷脑河水流湍急，河谷狭窄，水温较低，鱼类区系成分较为单一。 以冷水性高原山区种类为主。其中青石爬鮡、重口裂腹鱼、松潘裸鲤系

13、省级保护鱼类。 齐口裂腹鱼、石爬鮡和高原鳅类鱼类分布较为广泛，涵盖了全部调查水域。,鱼类组成,青石爬鮡,齐口裂腹鱼,29,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结,鱼类生活习性 该水域的鱼类主要是能适应急流生活并主要以周丛生物和水生昆虫等为食的种类。其中 齐口裂腹鱼、重口裂腹鱼和松潘裸鲤属流水中下层类群； 青石爬鮡、黄石爬鮡属流水中吸附类群,30,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结,繁殖习性 齐口裂腹鱼的繁殖期与其生存环境有关，岷江上游河段及其支流水流湍急，水温较低，一般在67月较为集中。齐口裂腹鱼雌鱼的

14、性成熟年龄约为4龄，雄鱼为3龄。 青石爬鮡繁殖季节一般在69月，78月主汛期是鮡类的集中产卵期。产卵时需要洪水过程的刺激。,31,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.3. 岷江及杂谷脑河水生生物回顾调查及总结,鱼类生境适应性调查与分析 调查结果发现，松潘裸鲤、齐口裂腹鱼、石爬鮡这3种喜好急流型鱼类在某种程度减水环境下仍能存活。,32,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.4 指示物种的生存水力参数条件和繁殖生境条件,结合相关参考文献，以及本次鱼类调研成果，对四川省境内山区引水式水力开发减水河段鱼类生存生境限值进行了分析总结。在此基础上，经专家咨询提出了四川省境内山区鮡、裂腹鱼繁殖所需的生

15、境条件,表3-1 四川省境内山区河流可供鮡、裂腹鱼成鱼生存的水力参数限值,33,3. 山区河流鱼类生境的适应性调查,3.4指示物种的生存水力参数条件和繁殖生境条件,表3-2 四川省境内山区河流鮡、裂腹鱼成鱼繁殖所需的生境条件,34,汇 报 内 容,1. 绪论 2. 山区河流基本生态流量确定与鱼类生境评价 3. 山区河流鱼类生境的适应性调查 4. 研究实例 4.1 研究河段 4.2 研究工况 4.3 研究实例以薛城水电站为例 5. 结束语,4.1 研究河段,选择原则,研究河段,水力开发程度较高 梯级开发时间较早 引水式开发 环境影响大，社会关注度高 位于山区,35,四川省内开发最早、目前开发程度

16、最高的流域,岷江发源于四川境内的岷山，干流全长735km，天然落差3560m，,岷,江,4.1 研究河段,37,4.1 研究河段,38,4.1 研究河段,1,实测工况,坝址下泄枯水期多年平均流量5%,10%,100%; 年均5%，10%, 12.5%, 15%,20%,25%,30%,2,模拟工况（10种）,3,推算工况 水力生境参数达标情况下坝址所需下泄的最小流量,4.2 研究工况,39,40,4.3 研究实例以薛城水电站为例,41,4.3.1 工 程 概 况 薛城水电站系杂谷脑河七个梯级电站中的第五级，采用低闸引水式开发。电站引水线路长14.73km，闸厂址间减脱水河道长16.2km。 薛城水电站闸址多年平均流量为69.7 m3/s，电站设计引用流量113.19m3/s，水库具备日调节性能。枯期基本无弃水，汛期机组满负荷后提闸泄流。 薛城水电站于2005年开工建设，2007年