水力学参数在资料缺乏区河流生态保护中的应用

水利水电技术 第42卷 2011年第10期

水力学参数在资料缺乏区河流

生态保护中的应用

王秀英1

,王东胜1,2

,白音包力皋

1

(11中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038;

21国家水电可持续发展研究中心,北京 100038)

摘 要:本文在总结不同尺度河流栖息地水力学表征参数的基础上,以南水北调西线工程水源区雅砻江甘孜河段生态保护为例,从中观尺度栖息地保护角度,依据长系列流量资料和水文站断面资料,探讨了少资料区生态水力学指标的获得方法,以及水利工程建设对该河段鱼类产卵的影响,本方法为资料缺乏地区水生态环境保护提供了思路,为水利工程生态调度研究提供参考。关键词:水力学参数;雅砻江甘孜段;生态保护;资料缺乏区

中图分类号:X17111 文献标识码:A 文章编号:100020860(2011)1020016206

Application of hydraulic parameters to river eco 2p rotection of data 2d eficiency region

WANG Xiuying 1

,WANG Dongsheng 1,2

,Baiyinbaoligao

1

(11State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Bash,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China ;21National Research Center for Sustainable Hydropower Development,Beijing 100038,China)Abstract:On the basis of summarizing the hydraulic parameters of river habitat at different scales,the method to obtain the eco 2hydraulic indexes of the data 2deficiency region is studied herein from the aspect of the protection on the habitat at the medium 2scale in accordance with both the long 2term flow data series and the data of the hydrologic sections from the local hydrological sta 2tions by taking the eco 2protection of the Ganzi Reach of Yalongjiang River within the water source area for the West 2route of the South 2to North Water Transfer Project as a study case,and then the impact from the construction of water resources project on the fish spawning therein is also discussed 1This study method can not only provide a concept for the protection of the water eco 2envi 2ronment in the data 2deficiency region,but also can give a reference for the study on the eco 2operation of water resources project concerned 1

Key words:hydraulic parameters;Ganzi Reach of Yalongjiang River;eco 2protection;data 2deficiency region

收稿日期:2011207225

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50809077);国家/十一五0科

技支撑计划重大项目(2006BAB04A 08)。

作者简介:王秀英(1977)),女,高级工程师,博士。

西南地区是我国重要的能源基地、南水北调西

线工程水源区,也是我国生态多样性最为丰富的地区,资源开发利用过程中的河流生态保护是贯穿工程规划建设运行不同阶段的重要考虑因素,特别是对重要土著生物生境的保护应给予高度关注。然而,这一地区水利水电工程适宜建设位置均处在高山峡谷区,可用于河流水生态环境保护研究的资料积累程度较低,现场调查的单次资料难以充分反映丰富度较高的水生生物群居环境系统性、多样性、相对稳定性和自恢复能力等特征。如何在有限的资

料中提取生境保护的信息,并应用于工程实践中,对于西南无资料或少资料区水利水电工程建设与河流生态保护具有重要意义。

由于自然河流年际年内流量过程有所差别,不存在流量过程完全相同的年份,这就决定了生存其

王秀英,等M 水力学参数在资料缺乏区河流生态保护中的应用

中的水生生物系统是经过长期适应发展而来的,水生环境与长期的水流过程关系密切。而水文监测数据是最为常见的数据资料,历时长,监测频度高,能够在一定层面上反映河流长期变化特征。在许多资料缺乏区水文数据甚至是唯一可用的资料,因此对于研究河流生态保护而言,充分利用水文数据具有重要意义。

国内外水利、生态研究者就生态流量的求取

[1-2]

、

生态水文过程的获得进行了大量研究[3-4]

,一些生物某一生活史关键时期生态习性与水文过程和水力学过程密切相关,已有学者尝试这方面的研究

[5]

,由于内

容涉及水力学与生态、生物学交叉学科,研究成果距离应用还有一段距离,尤其对于资料缺乏地区。本文在总结不同尺度河流栖息地水力学表征参数的基础上,以南水北调西线工程水源区雅砻江甘孜河段生态保护为例,从中观尺度栖息地保护角度,探讨了少资料区生态水力学指标的获得方法,以及水利工程建设对该河段鱼类产卵的影响。

1 栖息地尺度与水力学表征

自然环境的空间和时间尺度是可变的,时空异质性使得生态结构和过程从一个尺度上看似十分显著,但是从另外的尺度看却又不同。影响河道内和岸边生境作用的过程是多尺度的,尺度对于研究评价河道生态栖息环境非常重要,与鱼类和底栖生物相关的栖息地尺度包括:微生境尺度,如水深、流速、基质;中生境尺度,如河道形态(深潭、浅滩、急流等);大生境尺度,如流域、河段、产汇流等。不同尺度的栖息地,生态系统影响因子及其特性研究的着眼点不同。在微观栖息地尺度,已经证明许

多依赖水流的生物具有偏好某种流态的习性[6-7]

;中观尺度栖息地中,一些在浅滩生境中居留的生物会独占浅滩,而其他生物只有在晚上才能利用;在河段尺度上,岸边条件也许会影响营养结构;在流域尺度内,河道的阻隔可能会导致栖息地在整个时段内都无法利用。由此可见,尺度问题必须与研究设计、模型和工具相结合。

河流中不同水生生物生活在同一栖息地空间,经过长期调整适应,形成了相对稳定的生态系统。虽然每年河流的来水条件不尽相同,但年际、年内变化具有一定的规律性和稳定性,为自然生态系统的演变提供了相对稳定的条件和正常的水文干扰。因此能够反映河流长期演变特点的水力学参数可以从不同尺度上帮助了解河流栖息地特征。

2 中观尺度生态水力学指标获取

211 基础资料的获取

本文以南水北调西线一期工程雅砻江甘孜段为例进行说明。西线一期调水工程从雅砻江干流热巴坝址调水,调水工程实施后下游减水对河道内鱼类的影响是生态影响所关注的主要问题。甘孜河段属水库下游流量恢复区,甘孜水文站位于热巴坝址下游9614km 处,其水生环境变化是衡量调水工程影响的重要依据。甘孜站是雅砻江上游仅有的具有长系列流量观测资料的水文站,在生态背景资料极度缺乏的区域,从长系列流量数据中分离可以表征生物生命过程中不同时期生境需求的生态流量,并结合断面资料,求取与生态水力学相关的数据,可为评价工程的影响提供基础。

甘孜上游流域面积约313万km 2

,年区间来水

量约8515亿m 3,多年平均流量280m 3

/s 。本研究收集到甘孜站1957~1987年时间段内20年的流量过程以及甘孜水文断面形态数据,多年日平均流量过程及水文站1986年实测断面形态如图1和图2所示。

图1 甘孜水文站多年平均流量过程

图2 甘孜站1986年实测断面形态

212 水力学指标计算方法

根据资料情况,确定中尺度分析雅砻江甘孜河段栖息地水力学特征,主要特征指标为过水断面面积、平均河宽、平均流速及平均水深。过水断面面