论文部分内容阅读
作为河流管理崭新的评估工具和技术手段，河流健康评价及其与河流管理的集成逐渐成为生态学、环境科学与水利科学交叉研究的热点。在这一背景下，深入研究河流健康状况理论及方法体系，并尝试探讨其在河流管理中的应用，具有重要的理论及现实意义。岷江上游拥有丰富的水电资源，几十年来水电开发密度很大，引发了一系列的河流健康问题。针对此类区域开展河流健康评价和生态流量研究，不仅有利于推动相关理论框架和技术方法的发展，而且能够为岷江上游的河流生态的合理保护和恢复提供有效工具，对于指导河流可持续管理具有重要的理论及现实意义。论文主要研究结论如下:
(1)论文系统梳理了国内外河流健康相关研究成果，系统辨析了河流健康的重要概念和基本内涵，并初步构建了河流健康评价的理论框架和方法基础。文献查阅表明目前河流健康评价存在着评价类型繁多，指标应用混乱、尺度混淆等问题。针对这个问题，本文梳理了不同尺度，不同类型的河流健康评价需求，结合水电工程规划设计等河流开发的不同阶段和类型，考虑不同的尺度效应，建立集成尺度的指标选择结构框架图，对于明确各情景下河流健康评价的规范性具有一定指导意义。
(2)以岷江上游杂谷脑河桑坪电站减脱水河段为研究对象，构建了河流健康综合指数法，将河流健康评价体系分为3个层次，最高级为河流健康综合指数(RH)，反映河流健康的总体特征，下设河流水文、河流形态、河流谷坡状况、水环境状况以及河流生物5个1级指标和13个2级指标。根据评价结果，桑坪电站减脱水河段的河流健康综合指数得分为24.17，属于病态级别，可以看出河流水电开发对河流健康影响巨大，而水文条件是决定河流健康恶化的关键因素。
考虑河流健康的模糊性、不确定性等特点，首次引入模糊模式识别模型针对桑坪电站减脱水河段进行健康评价。除河流水文、水环境、河流形态、河流谷坡状况、河流生物等传统指标，还引入了公众感知的指标，建立了由6个1级指标、16个2级指标架构的河流健康评价体系。评价结果表明，该河段健康级别值为2.44，其健康状况处于亚健康和病态之间，情况不容乐观。该方法对上游河流功能有较完整的体现，并兼顾了公众感受，对河流生态系统恢复和管理具有理论指导意义。
对比两种评价方法，其评价结果一个是病态级别，一个是处于病态和亚健康之间，因此评价结果基本一致，这说明了两种评价方法和评价结果的可靠性，从此研究段也可看出岷江上游大多数减脱水河段河流健康的状态。
(3)基于栖息地模拟方法，以桑坪电站减水段为研究对象，根据实测资料进行了断面水力模拟;以该河段的优势鱼种鲤科鱼类作为对象物种，建立了流速及水深因子的物种适宜度曲线;最后建立了流量与适宜栖息地面积间的定量关系。根据流量-WUA关系曲线计算研究河段最小生态流量为30.0m3/s。同时利用常用的水文学法和水力学法对研究河段进行了最小生态流量计算，不同方法结果对比表明，多年平均流量的20％的计算结果最小，与栖息地法的差距最大，这说明多年平均流量的20％并不能满足河流生态系统基本要求。栖息地法的计算结果比水文学的几种方法计算结果要大一些，与水力学的湿周法的计算结果非常接近，这与栖息地法中采用大量的水力学模型模拟的状况相吻合。经测算，栖息地法的计算结果相当于经费Tennant法中级别“好”与“非常好”之间，即能维持水生生物良好的生存条件及满足一般的休闲需求，因此，本研究通过栖息地模拟法得到的最小生态流量结果是非常可靠和科学的。通过综合栖息地模拟法、水文学法、水力学法的计算成果，考虑安全和天然最优的原则拟定了研究河段推荐的逐月生态流量过程。丰水季（5～9月）的最小生态流量主要采用月平均流量的20％的结果，枯季（10-4月）的最小生态流量主要采用栖息地模拟法的结果。
(4)对于健康状况恶化的山区河流进行生态修复不同于城市河流，应主要通过河流综合管理措施来恢复河流自身调节能力，并协调流域各利益相关者，体现开发和保护的平衡。岷江上游河流健康的关键问题是保证河道生态流量，应采用“适应性管理”方法，以加强河流管理，尽量使河流的各种生态灾害或风险降到最低。这些措施包括分时段分河段进行河流综合管理，建立流域梯级调度中心和基于河流健康的水电站联合调度规则，保证河流的最低生态流量，恢复处于险境的河流健康状态。