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水利水电工程的运行带来河流水文情势的改变，从而对河流的生态系统产生影响，所以工程运行的生态效应一直是人们所关心的问题。为了定量研究水利水电工程运行导致的水环境变化及对下游河流生物生境的累积性影响，减弱水库带来的负面生态效应，为河流健康管理提供依据，本论文建立了水利水电工程运行下下游河流水环境、河流生物生境、河流生态流量过程研究的理论与方法，力求提出既能满足发电效益，又能保护河流生物生境及河流健康的模式。
本研究首先针对研究区域的水文气象、河流断面、水质进行全面的收集整理，建立水动力水质耦合模型。其次，在研究区域进行河流生物资源调查，筛选目标物种，通过野外调查及实验室实验建立水生生物对水环境因子的响应关系。采用模糊数学方法，根据响应关系建立以鱼类生境为主体的河流生物生境模型，并利用遗传算法对模型进行优化，研究水环境变化与河流生物生境变化间的关系。建立河流生物生境评价指标体系，根据模型模拟研究水利水电工程对河流生境的影响。结合生物生活史及水文频率特性，根据生境不同恢复目标，推求河流生态流量过程。论文以漓江中下游河段为例进行应用，取得了以下主要成果:
(1)建立了针对流域的一维水环境模型及针对河流生物生境的二维水环境模型。结合流域水文气象资料，利用一维水环境模型系统分析水库调节在全河段的影响。根据一维模型计算结果确定重点研究区域，建立二维水环境模型，模拟局部水位、流场及关键水质因子的变化情况。经过在漓江流域的应用，表明模型精度较高，水动力模型的准确率在90％以上，水质模型的准确率在85％以上。
(2)开发了基于模糊数学的河流生物生境模型，并采用遗传算法对模型进行优化。在研究区域内开展系统的水生生物资源调查，筛选目标物种。针对目标物种设计并进行实验室生理生态与行为生态实验，建立水生生物对水环境因子的适应性关系。利用遗传算法，根据实测数据同步优化生境模型中的隶属度函数及模糊规则，提高了模型的精度，简化了计算强度。
(3)完善了河流生境累积影响研究方法，建立了生境数量—质量评价指标体系。针对以往的河流栖息地模型评价缺陷，修正了河流生境适宜性评价指标，增加了栖息地连通性及破碎性指标，建立了流量—评价指标曲面方法。
(4)结合水生生物生活史及水文频率变化，提出了河流生态流量过程的理论与计算方法。该方法与河流生境模型及评价方法耦合成完整的系统，可根据不同时间尺度、不同参考体系以及河流生物生境恢复目标推求生态需水过程。研究中提出的河流生态流量理论与计算方法比以往单一静态的生态流量更具生态意义。
(5)在漓江流域，针对为满足枯季通航补水导致的水环境变化，研究水库补水对下游河流生物生境的影响。结果显示，水环境模型及河流生物生境模拟结果与历史数据或实际调查结果吻合度很高，表明建立的生态水力学模型能够对河流生物生境进行很好的模拟。累积影响评价表明，补水工程实施后，缓流区水域面积减少，较缓流及较急流水域面积增加;浅水区及深水区面积增加，1～5m水深区域减少;水温18℃以下的水域面积增加，18～28℃的水域面积下降;研究区域的整体栖息地加权适宜性面积呈现下降趋势，但高适宜性栖息地面积(HSI≥0.5)在补水工程实施后，呈现了上升势头。依据生态流量推求方法，以栖息地评价最优点作为参考体系计算生态需水过程。根据漓江流域管理者提供的阶段性目标，可以看出，若枯季补水达到30m3/s，则可保证60～80％的鱼类栖息地，若补水达到60m3/s则可保证80～100％的鱼类栖息地。