水电工程水生态环境效应评价方法与调控措施
发布时间：2021-11-14 17:45
围绕水电工程的水生态环境问题,重点梳理了水库运行下关键生源要素生物地球化学循环的变化及其水生态效应、底栖动物生境和鱼类生境以及鱼类洄游通道的影响、水生态环境保护工程与非工程措施等方面的研究进展,剖析了当前科学研究和工程应用中存在的难题,从理论、方法与技术角度阐明了出现这些难题的原因。提出了水电开发水生态环境保护未来需要重点开展的研究:长期系统性观测,揭示库内生源要素的滞留-转化-输送过程与机制及水生态环境累积效应;水库调控导致的鱼类性腺发育有效积温和产卵临界水温节律变化以及两者对鱼类种群繁衍的联合作用。最后特别指出当前针对鱼类保护的部分强制性措施存在的问题,并提出了高坝多环境因子调控的生态调度和支流生境替代等鱼类保护技术以及保护效果量化评价新方法。
【文章来源】：水科学进展. 2020,31(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：18 页
【部分图文】：
水库运行影响下消落带和库内关键生源要素生物地球化学循环过程
河流水温自然节律的改变,直接影响了整个河流水生态系统,大部分生物对环境温度具有感知适应性,水温节律的变化对群落结构和组成造成影响[47- 48]。Lugg和Copeland[49]综述了水温在整个鱼类生活史中的影响,表明温度改变会引发鱼类的心率、呼吸率、代谢率、产卵率、孵化率等产生不同程度的响应。鱼类在长期适应气候条件后,其繁殖遵循季节交替规律,当水温变化节律被扰乱时,鱼类产卵将受到外在环境压力的影响[50]。例如,卵母发育过程的延迟[51]、卵子产量的降低[47]、有效繁殖率和生存率降低[22,52]等各种不利于鱼类繁衍的情景,在水温节律改变的情况下均会发生。物种繁殖有具体的热量需求[53],描述鱼类发育、产卵和生长受温度变化的影响[52,54- 55]主要通过触发产卵的临界温度和性腺发育过程的积温阈值作为主要指标。开始产卵的临界水温与产卵季节、鱼类种类、栖息地、地理因素有关[56]。例如,长江中华鲟开始产卵的临界水温值在18 ℃以下[22],Clanwilliam大坝下游黄鱼产卵的临界水温值在19 ℃以上[57],比斯开湾的凤尾鱼产卵临界水温值在14 ℃以上[58- 59]。然而,仅依赖触发产卵的临界水温不足以完整描述水温对鱼类繁殖的影响,因为产卵前期性腺发育成熟是一个较长的时间过程,而以性腺发育积温阈值表征的是长期度量指标[60],可以更好地描述水温对鱼类繁殖的影响。例如在发育起点温度为15 ℃和18 ℃时,欧洲鳗鱼发育至性成熟的积温阈值为900 ℃·d和1 300 ℃·d[61]。此外,由于鱼类对外界环境压力的适应性和可塑性[62- 63],鱼类繁殖积温和产卵临界水温具有一定的耐受范围[55]。性腺发育积温阈值和产卵临界水温阈值到达的时间共同决定了鱼类的繁殖效率,如图2(b)、图2(c)。从水库不同热分层下泄水体是调节下游河道水温的有效方式[45- 46],通过有效的调度方案可以实现基于水温的河道生态保护[64]。但是,对于存在梯级水库的河流,水库对河流水温的影响还存在沿程累积效应[65- 66],在确定梯级水库调度规则时,需要对其进行系统性模拟分析。
针对TDG过饱和对鱼类的危害,重点研究了鱼类气泡病及其症状[87- 88]、气泡病的致病因素[89- 90]、鱼类对过饱和TDG的耐受性[91],从而评价高坝泄水过饱和TDG的生态风险[92],如图3(a)。这方面更多的涉及鱼类生理等相关内容,本文不做详细陈述。值得特别一提的是水深的增加可减弱TDG过饱和对鱼类的影响,这对采取补偿水深降低甚至规避大坝泄水产生的过饱和TDG对鱼类的危害具有较强的指导意义。梯级开发后形成水库之间首尾相连的格局,上一梯级泄水产生的过饱和TDG在下一梯级释放缓慢(如图3(b)),导致影响持续至大坝下游数十甚至数百公里[92],因此需要特别关注过饱和TDG在下游水体中的释放过程及规律研究,尤其是初始饱和度的精确确定和沿程饱和度变化的准确预测。不过,由于梯级水库之间的水域水深较大,为鱼类进行深度补偿提供了有利条件,如图3(c)。但是,最后一级水库的下游主河槽泄水期流速较大,喜好静水的鱼类往往栖息于流速较小的滩地或近岸浅水区,不利于鱼类进行深度补偿,需要对最后一级电站坝下近区的TDG过饱和度提出比中间梯级电站更严格的限制标准。因此,需要精确测定近区TDG初始含量,深入研究TDG过饱和的发生过程及其机制,从而为防控近区TDG过饱和提供依据。4 水电工程对河流底栖动物群落结构及分布的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电开发对鱼类种群分布及生态类型变化的影响——以溪洛渡至向家坝河段为例[J]. 李婷,唐磊,王丽,安磊,王骏,莫康乐,陈求稳. 生态学报. 2020(04)
[2]高岚河大型底栖动物时空分布及影响因子研究[J]. 许亚红,郑子叶,王建柱,罗遵兰. 生物资源. 2019(05)
[3]小型水坝拆除后河貌演变模拟分析——以西河水坝为例[J]. 唐磊,何术锋,莫康乐,林育青,马君秀,陈求稳. 水科学进展. 2019(05)
[4]拉萨河流域大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系[J]. 陈丽,王东波,君珊. 生态学报. 2019(03)
[5]水库运行对漫湾库区洲滩水热交换影响[J]. 姬雨雨,陈求稳,施文卿,易齐涛,林育青. 水科学进展. 2018(01)
[6]鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究[J]. 王琳,冯镜洁,李然. 工程科学与技术. 2017(06)
[7]拆坝对河流生态系统的影响及评估方法综述[J]. 林育青,马君秀,陈求稳. 水利水电科技进展. 2017(05)
[8]梯级水库建设对水环境的累积影响研究进展[J]. 纪道斌,龙良红,徐慧,刘德富,宋林旭. 水利水电科技进展. 2017(03)
[9]金沙江下游梯级水库淤积及其对三峡水库影响研究[J]. 朱玲玲,董先勇,陈泽方. 长江科学院院报. 2017(03)
[10]三峡成库后香溪河库湾底栖动物群落演变及库湾纵向分区格局动态[J]. 张敏,蔡庆华,渠晓东,邵美玲. 生态学报. 2017(13)
本文编号：3495074
【文章来源】：水科学进展. 2020,31(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：18 页
【部分图文】：
水库运行影响下消落带和库内关键生源要素生物地球化学循环过程
河流水温自然节律的改变,直接影响了整个河流水生态系统,大部分生物对环境温度具有感知适应性,水温节律的变化对群落结构和组成造成影响[47- 48]。Lugg和Copeland[49]综述了水温在整个鱼类生活史中的影响,表明温度改变会引发鱼类的心率、呼吸率、代谢率、产卵率、孵化率等产生不同程度的响应。鱼类在长期适应气候条件后,其繁殖遵循季节交替规律,当水温变化节律被扰乱时,鱼类产卵将受到外在环境压力的影响[50]。例如,卵母发育过程的延迟[51]、卵子产量的降低[47]、有效繁殖率和生存率降低[22,52]等各种不利于鱼类繁衍的情景,在水温节律改变的情况下均会发生。物种繁殖有具体的热量需求[53],描述鱼类发育、产卵和生长受温度变化的影响[52,54- 55]主要通过触发产卵的临界温度和性腺发育过程的积温阈值作为主要指标。开始产卵的临界水温与产卵季节、鱼类种类、栖息地、地理因素有关[56]。例如,长江中华鲟开始产卵的临界水温值在18 ℃以下[22],Clanwilliam大坝下游黄鱼产卵的临界水温值在19 ℃以上[57],比斯开湾的凤尾鱼产卵临界水温值在14 ℃以上[58- 59]。然而,仅依赖触发产卵的临界水温不足以完整描述水温对鱼类繁殖的影响,因为产卵前期性腺发育成熟是一个较长的时间过程,而以性腺发育积温阈值表征的是长期度量指标[60],可以更好地描述水温对鱼类繁殖的影响。例如在发育起点温度为15 ℃和18 ℃时,欧洲鳗鱼发育至性成熟的积温阈值为900 ℃·d和1 300 ℃·d[61]。此外,由于鱼类对外界环境压力的适应性和可塑性[62- 63],鱼类繁殖积温和产卵临界水温具有一定的耐受范围[55]。性腺发育积温阈值和产卵临界水温阈值到达的时间共同决定了鱼类的繁殖效率,如图2(b)、图2(c)。从水库不同热分层下泄水体是调节下游河道水温的有效方式[45- 46],通过有效的调度方案可以实现基于水温的河道生态保护[64]。但是,对于存在梯级水库的河流,水库对河流水温的影响还存在沿程累积效应[65- 66],在确定梯级水库调度规则时,需要对其进行系统性模拟分析。
针对TDG过饱和对鱼类的危害,重点研究了鱼类气泡病及其症状[87- 88]、气泡病的致病因素[89- 90]、鱼类对过饱和TDG的耐受性[91],从而评价高坝泄水过饱和TDG的生态风险[92],如图3(a)。这方面更多的涉及鱼类生理等相关内容,本文不做详细陈述。值得特别一提的是水深的增加可减弱TDG过饱和对鱼类的影响,这对采取补偿水深降低甚至规避大坝泄水产生的过饱和TDG对鱼类的危害具有较强的指导意义。梯级开发后形成水库之间首尾相连的格局,上一梯级泄水产生的过饱和TDG在下一梯级释放缓慢(如图3(b)),导致影响持续至大坝下游数十甚至数百公里[92],因此需要特别关注过饱和TDG在下游水体中的释放过程及规律研究,尤其是初始饱和度的精确确定和沿程饱和度变化的准确预测。不过,由于梯级水库之间的水域水深较大,为鱼类进行深度补偿提供了有利条件,如图3(c)。但是,最后一级水库的下游主河槽泄水期流速较大,喜好静水的鱼类往往栖息于流速较小的滩地或近岸浅水区,不利于鱼类进行深度补偿,需要对最后一级电站坝下近区的TDG过饱和度提出比中间梯级电站更严格的限制标准。因此,需要精确测定近区TDG初始含量,深入研究TDG过饱和的发生过程及其机制,从而为防控近区TDG过饱和提供依据。4 水电工程对河流底栖动物群落结构及分布的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电开发对鱼类种群分布及生态类型变化的影响——以溪洛渡至向家坝河段为例[J]. 李婷,唐磊,王丽,安磊,王骏,莫康乐,陈求稳. 生态学报. 2020(04)
[2]高岚河大型底栖动物时空分布及影响因子研究[J]. 许亚红,郑子叶,王建柱,罗遵兰. 生物资源. 2019(05)
[3]小型水坝拆除后河貌演变模拟分析——以西河水坝为例[J]. 唐磊,何术锋,莫康乐,林育青,马君秀,陈求稳. 水科学进展. 2019(05)
[4]拉萨河流域大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系[J]. 陈丽,王东波,君珊. 生态学报. 2019(03)
[5]水库运行对漫湾库区洲滩水热交换影响[J]. 姬雨雨,陈求稳,施文卿,易齐涛,林育青. 水科学进展. 2018(01)
[6]鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究[J]. 王琳,冯镜洁,李然. 工程科学与技术. 2017(06)
[7]拆坝对河流生态系统的影响及评估方法综述[J]. 林育青,马君秀,陈求稳. 水利水电科技进展. 2017(05)
[8]梯级水库建设对水环境的累积影响研究进展[J]. 纪道斌,龙良红,徐慧,刘德富,宋林旭. 水利水电科技进展. 2017(03)
[9]金沙江下游梯级水库淤积及其对三峡水库影响研究[J]. 朱玲玲,董先勇,陈泽方. 长江科学院院报. 2017(03)
[10]三峡成库后香溪河库湾底栖动物群落演变及库湾纵向分区格局动态[J]. 张敏,蔡庆华,渠晓东,邵美玲. 生态学报. 2017(13)
本文编号：3495074
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