纵向岭谷区水电工程胁迫对河流生态完整性影响的研究

【摘要】：水电工程建设被认为是对河流生态系统产生扰动的主要因素,由此产生的生态环境问题主要包括水文环境、河流地形地貌和栖息地环境的改变。纵向岭谷区(Longitudinal Range-Gorge Region,LRGR)特指位于中国西南、与青藏高原隆升直接相关联的横断山及毗邻的南北走向山系河谷区,自西向东依次分布有怒江、澜沧江和元江等国际河流。在纵向岭谷区内已建和计划修建的众多各种类型的水电大坝,潜在着对该区域的河流生态完整性产生深远而多样的影响。论文在研究水电工程对河流生态完整性驱动途径和机理的基础上,揭示了水电工程胁迫下河流生态系统的响应机制,预测了水电梯级开发后澜沧江各关键指标变化和生态完整性变化,并基于此进一步构建了水电工程胁迫下河流生态完整性的预测模型,界定各河流水电开发的压力阈值,并基于生态完整性理论与阈值理论构建多目标-多情景-多阶段的生态调控模式。主要研究内容和结论体现在以下几个方面: (1)基于对生态系统结构和功能以及二者之间的关系分析进一步完善了生态系统完整性的概念和内涵。生态系统完整性不仅要求生态系统结构的完整以及结构的合理,也要求生态系统功能的健全以及功能的正常发挥,是描述生态系统受到外界压力时能够维持其健康和不断进化的能力。生态完整性在具有自然属性的同时也具有一定的社会属性,包含人类的价值观,生态完整性评价是客观与主观的结合。 (2)从单项指标和整体上揭示了水电工程的驱动机制和河流生态系统的响应机制,从机理上和类型上分析了水电工程的累积效应。水电工程驱动机制的源是大坝将河流拦腰截断将河流连续体分为了上游库区和下游河道,通过这个源进而产生了一系列的生态效应,引起了河流生态系统各项指标的变化和生态完整性的变化。水电工程的累积效应是由时间和空间的拥挤引起的,水电大坝对生态系统的累积效应表现为三种类型。 (3)预测了澜沧江干流水电梯级开发后各关键指标的变化,研究结果包括: ①土壤侵蚀模数。随着澜沧江干流水电梯级开发的逐步推进,河流中心线2km缓冲区内的土壤侵蚀模数呈显著的增加趋势。梯级电站联合运营后,缓冲区内的土壤侵蚀模数将达到3222 t/km2 a。 ②河流断面宽深比。建坝前各河段河流断面宽深比均明显高于建坝后各河段,建坝前,平均断面宽深比为14.42,建坝后,平均断面宽深比为2.29。 ③泥沙淤积。文中计算了澜沧江干流各个水电大坝的理论拦沙率,并预测了各个梯级开发阶段的库区泥沙淤积量。糯扎渡水库的理论拦沙率最高,达到92.20%,其次为小湾水库,理论拦沙率为91.87%。至2050年,小湾和糯扎渡水库泥沙淤积量将分别达到9.62和13.58亿m3,漫湾库区内的泥沙将淤满整个死库容。 ④河网密度。在河流中心线2km缓冲区内,梯级水电开发前,河网密度分布在0.50～0.90之间,平均河网密度为0.66;梯级水电开发后后,河网密度分布在0.30～0.70之间,平均河网密度为0.52;平均减少了21%。 ⑤栖息地功能。梯级电站联合运营后,澜沧江栖息地环境指数从建坝前的1.00下降至梯级联合运营后的0.33,栖息地多样性指数从1.00下降为0.52。 ⑥水资源调节功能。随着澜沧江干流梯级电站的逐步运营,水资源调节功能逐渐升高,规划的梯级水库联合运营后,总调节库容为296.5亿m3。 ⑦防洪功能。澜沧江干流各规划水电大坝的平均库容系数仅为0.06,总的库容系数为0.75。 ⑧水体流动性。澜沧江干流梯级电站联合运营后,流动的自然河段占整个研究河段的比例约为3%。 (4)随着澜沧江干流梯级水电开发的推进,澜沧江生态完整性呈明显的下降趋势,从建坝前的0.825(优)下降到0.309(差)。以水电大坝的规模和数量为基础计算各个开发阶段的水电开发压力指数。将澜沧江生态完整性指数和水电开发压力指数进行拟合分析,构建水电工程胁迫下河流生态完整性变化预测模型(DRIM)。根据水电开发压力与河流生态完整性的拟合分析得到了水电工程胁迫下河流生态完整性的预测模型,预测模型公式为:△S=2.295P2+0.685P+0.141。 (5)初步提出了理想条件下梯级水电工程胁迫下河流生态完整性变化的模型(IDRIM):在仅考虑水电工程驱动的条件下,在梯级水电开发期,生态系统呈现加速恶化趋势(△S=f1(t)=ak02t2+bk0t+c (△P0) ) ,梯级大坝建设完成后,生态系统呈现匀速恶化趋势(△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)),如果有大坝开始退役,则生态系统呈现减速恶化趋势并最终达到平衡(△S=f3(t)=-ak02t2+(2ak02(m1-m2)t0+bk0)t-ak02(m12+m22)t02+c (△P0)),如果有见效的人为调控参与,则生态系统将呈现恢复趋势。 (6)水电梯级开发前,怒江、澜沧江和元江的生态完整性指数分别为0.844、0.825和0.719;水电梯级开发后,怒江、澜沧江和元江的生态完整性指数分别为0.356、0.309和0.389。 (7)根据DRIM模型,计算出理想河流和三江的水电开发压力阈值:①理想河流:S0=1,P阈=0.480;②澜沧江:S0=0.825, P阈=0.417;③怒江:S0=0.844,P阈=0.424;④元江:S0=0.719,P阈= 0.374。 (8)设置三个阶段的生态目标:使河流生态完整性指数分别恢复到0.34～0.35、0.40～0.41和0.48～0.51。文中挑选了五个敏感且易调控的指标作为生态调控因子。假设水电开发压力不变,要达到各个阶段的恢复目标,各因子的调控幅度分别为10%～15%、40%～50%和70%～80%。假设人为响应不变,要达到各个阶段的恢复目标,要求的水电开发压力范围分别为0.26～0.27、0.23～0.23和0.16～0.18。怒江要求的水电开发压力指数值范围分别为0.27～0.28、0.24～0.24和0.18～0.20;元江要求的水电开发压力指数值范围分别为0.20～0.21、0.16～0.17和0.08～0.11。 【关键词】：水电大坝 梯级 澜沧江 怒江 元江 预测模型 生态调控
【学位授予单位】：北京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TV7;X171
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-20
• 第一章 绪论20-37
• 1.1 选题背景及研究意义20-21
• 1.2 国内外研究进展21-31
• 1.2.1 生态完整性概念的提出与发展21-22
• 1.2.2 生态完整性评价指标与方法22-27
• 1.2.3 水电工程胁迫下生态完整性变化机理及表征27-31
• 1.2.4 需要进一步研究的问题31
• 1.3 研究目标、内容及技术路线31-37
• 1.3.1 研究目标31-32
• 1.3.2 研究内容32-35
• 1.3.3 研究方法、思路及技术路线35-37
• 第二章 水电工程胁迫下河流生态完整性评价理论37-44
• 2.1 生态完整性理论37-39
• 2.1.1 概念内涵37-38
• 2.1.2 属性特征38-39
• 2.2 水电工程驱动效应39-42
• 2.3 水电工程胁迫下河流生态完整性变化机理及途径42-44
• 2.3.1 水电工程驱动效应途径及时空尺度特征42
• 2.3.2 水电工程累积效应42-44
• 第三章 水电工程胁迫下河流生态完整性评价方法44-69
• 3.1 研究区概况44-47
• 3.1.1 纵向岭谷区自然环境概况44
• 3.1.2 纵向岭谷区水电开发概况44-47
• 3.2 研究方法流程47-48
• 3.3 评价时空范围48-49
• 3.3.1 空间范围48
• 3.3.2 时间范围48-49
• 3.4 评价指标体系49-53
• 3.4.1 水电工程胁迫下河流生态完整性评价原则49-50
• 3.4.2 指标体系构建原则50
• 3.4.3 指标的筛选50-51
• 3.4.4 指标体系确定51-53
• 3.5 单项指标计算方法53-62
• 3.5.1 研究河段划分53
• 3.5.2 梯级累积效应和叠加效应53-54
• 3.5.3 土壤侵蚀54-58
• 3.5.4 河网密度58-59
• 3.5.5 地震诱发等级59
• 3.5.6 河道基底状态59-61
• 3.5.7 断面宽深比61
• 3.5.8 栖息地横向连续性61-62
• 3.5.9 栖息地纵向连续性62
• 3.5.10 栖息地环境和多样性62
• 3.5.11 水库调节库容62
• 3.5.12 库容系数62
• 3.5.13 水体流动性62
• 3.6 预测模型建构62-65
• 3.6.1 河流生态完整性量化63-64
• 3.6.2 水电开发压力量化64-65
• 3.6.3 水电开发压力胁迫下河流生态完整性预测模型65
• 3.7 阈值理论65-66
• 3.8 生态调控模型66-69
• 3.8.1 生态调控原理66-67
• 3.8.2 生态调控原则67-69
• 第四章 纵向岭谷区水电工程胁迫下河流生态完整性评价69-104
• 4.1 澜沧江结构完整性变化69-77
• 4.1.1 土壤侵蚀69-71
• 4.1.2 河流断面形态71-72
• 4.1.3 河床形态72-75
• 4.1.4 河网密度75-76
• 4.1.5 库岸稳定性76-77
• 4.2 澜沧江功能完整性变化77-89
• 4.2.1 生物多样性维系功能77-84
• 4.2.2 水资源调节功能84-86
• 4.2.3 防洪功能86-88
• 4.2.4 污染物净化功能88-89
• 4.3 澜沧江生态完整性变化89-92
• 4.4 澜沧江水电开发压力92-95
• 4.5 模型构建95-98
• 4.5.1 预测模型95-97
• 4.5.2 模型适用条件及范围97-98
• 4.5.3 阈值模型98
• 4.6 水电开发胁迫下河流生态完整性变化理想模型98-100
• 4.7 讨论100-104
• 4.7.1 指标体系100-101
• 4.7.2 分级标准101-102
• 4.7.3 关键指标预测结果102-103
• 4.7.4 预测模型103-104
• 第五章 基于河流生态完整性和阈值理论的生态调控104-114
• 5.1 怒江、元江生态完整性变化预测及三江生态完整性对比104-105
• 5.1.1 怒江、元江使用预测模型的可行性分析104
• 5.1.2 怒江、元江生态完整性变化预测及三江对比104-105
• 5.2 三江水电开发压力阈值105-106
• 5.3 生态调控类型106-110
• 5.3.1 压力调控106-108
• 5.3.2 响应调控108-110
• 5.4 生态调控目标110-111
• 5.5 调控建议和减缓措施111-112
• 5.5.1 水土流失控制111
• 5.5.2 鱼类保护措施111
• 5.5.3 水质的调控措施111-112
• 5.5.4 水库淹没112
• 5.5.5 水库运营112
• 5.5.6 环保意识112
• 5.5.7 特殊文物古迹112
• 5.6 讨论112-114
• 第六章 结论与展望114-119
• 6.1 主要研究结论114-117
• 6.1.1 理论部分114
• 6.1.2 案例部分114-117
• 6.2 主要创新点117-118
• 6.3 研究展望118-119
• 参考文献119-131
• 致谢131-132
• 研究生期间已发表论文、参与著作和科研项目情况132-133
• 已发表论文132-133
• 参与著作133
• 博士研究生期间参与科研项目133

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

流域水电梯级开发项目累积环境影响作用机制及评价研究    钟姗姗

国际河流水权制度构建与实证研究    郭思哲

水能梯级开发生态影响评价阈值研究    陈敏

澜沧江小湾水库水环境和氮磷营养盐的时空分异特征初步研究    朱春灵

漫湾电站建成后澜沧江下游水质变化    张榆霞,刘嘉麒,王立前

漫湾电站库区降雨侵蚀力时空变化    何云玲;

关注大坝对流域环境的影响    赵惠君,张乐

我国西南纵向岭谷区环境与发展问题初步研究    吴绍洪,戴尔阜,何大明

澜沧江-湄公河水电梯级开发的生态影响    陈丽晖,何大明

云南纵向岭谷地区气候变化对河流径流量的影响    尤卫红,何大明,段长春

澜沧江河道冲淤变化特征及发展趋势    尤联元

平原河网地区河流结构特征及其对调蓄能力的影响    袁雯,杨凯,唐敏,徐启新

GIS支持下的澜沧江流域云南段土壤侵蚀空间分析    姚华荣;杨志峰;崔保山;

纵向岭谷区生态系统变化及西南跨境生态安全研究    何大明,吴绍洪,彭华,杨志峰,欧晓昆,崔保山

流域水电梯级开发项目累积环境影响作用机制及评价研究    钟姗姗

西部中小城市工业园区生态建设策略研究——以重庆永川市工业园为例    易成波;周波;丁海容;艾南山;陈洋;

从岩石水力学观点探讨水库诱发地震机理    谢向东;李彦强;秦丽;汪轩;

三峡库区长江干流和支流富营养化研究    胡正峰;张磊;邱勤;韩光;李兴琼;

基于苗木生产视角探讨城市园林建设    陈贤;龚元圣;

刍论园林绿化城市景观的生态设计    杨金;龚元圣;陈贤;

基于GIS的东至县土壤侵蚀敏感性评价    施申兰;

城市绿地系统文化特色研究——以安徽省铜陵市绿地系统规划为例    高欢;黄超;

弯道内非淹没丁坝附近水流流态的试验研究    周阳;郭维东;梁岳;董延超;

柳河泥沙的危害及治理措施    赵杰;吴永跃;郝立彦;

滹沱河岗黄区湿地生态旅游资源功能评价与开发研究    赵旭阳;刘立;

安徽废弃矿区的生态恢复和开发利用研究    许克福;

矿山废弃地生态恢复综述    邱波;彭尽晖;余文婷;

流域开发的生态效应问题初探    张雷;黄园淅;程晓凌;杨波;李江苏;

西北生态脆弱区铁路建设生态系统完整性影响评价研究——以兰新铁路二线红柳河至乌鲁木齐段为例    邹长新;李海东;张慧;孙俊;

城市生态功能保护区规划理论及措施    苏建雷;王宁;姚翔;

黄土高原乡村生态系统健康评价指标体系与生态经济功能区试验研究    李壁成;方炫;

干旱区建设项目水土保持植物措施初探    刘强;

河流生态建设健康评估及展望    李建华;黄亮亮;姜德刚;

黄河下游游荡性河道河型变化及成因分析    王卫红;田世民;孟志华;赖瑞勋;

县域生态服务价值对生态建设的响应    成六三;李妍均;吴普特;赵西宁;

徐州市城区景观格局时空变化遥感监测与分析    周兴东

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

海底管线的冲刷与导流防护技术研究    韩艳

北极生态保护法律研究    杨凡

亚高寒草甸弃耕地恢复演替过程及其生态学机制研究    李文金

长江口水沙运动及三维泥沙模型研究    刘高峰

城市社区公共空间宜居性研究    伍学进

短期围栏封育下退化绢蒿荒漠草地更新特征研究    鲁为华

中国湿地生态补偿机制研究    姜宏瑶

基于数据挖掘的钱塘江河口水沙运动规律研究    曾剑

黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀规律与坡面侵蚀经验模型的研究    陈晓安

风化型土质金矿尾矿植被恢复研究    安俊珍

武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究    张燕

循环水养殖池塘浮游生物群落结构变化规律的研究    杨慧君

兰陵溪小流域生态系统健康评价研究    苏毅

水土保持生态修复区域差异研究    聂斌斌

山地煤矿区土地复垦规划与设计研究    潘妍宇

基于LUCC与RS/GIS的济南市生态安全评价    张京钊

枫香人工林凋落物分解速率及其对土壤养分的影响    罗佳

城市公园改造中文化的延续    吴鹏

复杂系统顶点赋权因果关系图模型及其应用研究    王翠霞;贾仁安;

大钟岭水库氮磷营养盐季节变化及其与水质的关系    柴夏;史加达;刘从玉;谢贻发;

重庆巫山千丈岩梯级水电站的生态评价    刘玉洁;

国际河流开发的区域合作法律机制    贾琳;

论中国环境保护公众参与制度的建设    韦芳;胡迎利;万涛;

龙川江河道内最小生态需水量估算    何茂恒;徐文刚;可晓勤;

跨界水资源开发中环境影响评价的国际法研究    孔令杰;

基于主成分分析法的大坝风险后果综合评价模型    孙玮玮;李雷;

水资源持续利用的特性与原理    王先甲,肖文

乌江流域梯级开发的不良环境效应    苏维词

中国-东盟国际河流保护合作法律机制研究    余元玲

梯级水利枢纽多尺度多目标联合优化调度研究    马超

国际水资源安全问题研究    张泽

基于RS/GIS的水电开发生态环境时空影响定量分析研究    李文波

石油开发对环境的影响及对策研究    王林昌

基于复杂系统理论的梯级水电开发生态环境影响评价研究    付雅琴

我国环境资源产权制度构建研究    左正强

矿区生态环境综合治理协同机制与对策研究    付薇

基于熵的单周期产品库存协调研究    丁正平

高山峡谷水库大型堆积体岸坡失稳机理分析及稳定性评价    陈聪

三峡库区水环境中营养盐磷分布规律的数值研究    覃春丽

湖库化河流水体富营养化研究    高洪生

飞来峡水库运行初期水质和浮游生物群落结构的动态特征    何国全

嘉陵江水体中碳、氮、磷季节变化及其输出    刘婷婷

流溪河水库氮磷营养盐动态与收支分析    林国恩

太湖氮磷分布特征及其吸附/解吸特征研究    丁静

西江流域水环境问题分析及对策研究    张广艳;

云南西双版纳鱼类名录及一新种    张春霖

云南西双版纳兽类调查报告    高耀亭 ,陆长坤 ,张洁 ,汪松

滇南地区爬行类的初步研究    杨大同,苏承业,利思敏

中国黑斑蛙种群的线粒体DNA多样性和生物地理演化过程的初探    杨玉慧,张德兴,李义明,吉亚杰

桂西南缘兽类区系概貌    汪松

中国林地资源时空动态特征及驱动力分析    徐新良,刘纪远,庄大方,张树文

湖滨带生态系统恢复与重建的理论、技术及其应用    卢宏玮,曾光明,金相灿,焦胜

长江中游洪水位变化初探    殷瑞兰

基于DEM的数字河网生成方法的探讨    熊立华,郭生练

长江上游流域地表侵蚀与河流泥沙输移    刘毅，张平

不同尺度数字高程模型提取水系的尺度效应    张宏才

鸭绿江西水道建设工程的生态完整性影响评价    马丽;何春光;边红枫;

公路建设对区域生态完整性影响的关键因子及评估框架    徐碧华;朱俊;马蔚纯;

江西省五河治理防洪工程(赣江干支流及渌水)对区域生态完整性的影响研究    余锦龙;雷波;曹炳伟;黎湘虹;

桃山水库生态完整性影响评价    赵峰;吴计生;岳超俊;董惠民;迟国英;

辽河中下游水文生态完整性模糊综合评价    郭维东;王丽;高宇;赖倩;张智勇;徐星星;李杨;

双溪水电站工程对区域生态完整性的影响研究    余明勇;汪富贵;马军;

基于PSR模型的刁口河流路生态完整性评价    吕龙龙;李新宝;蒋晓辉;董国涛;邵天元;

南水北调西线一期工程调水区生态影响分析    吴春华;王晓峰;牛卫华;

景观空间格局分析在生态环境影响评价中的应用——以西岭雪山景区为例    贾滨洋;刘孝富;王文国;刘宜;

保持生态完整性 夯实加快发展的基础    记者 唐彪

纵向岭谷区水电工程胁迫对河流生态完整性影响的研究    翟红娟

长白山地区生态完整性遥感评价研究    齐新

南宁青秀山风景名胜区生态完整性研究    杨强

莫莫格湿地生态完整性变化与景观动态研究    关晓睿