水资源开发利用对汉江流域水生态环境影响及生态系统健康评价研究

发布时间：2020-08-25 05:58

【摘要】：汉江流域是长江第一大支流,分布有丰富的水能资源,占长江流域技术可开发量的7.2%。开发汉江流域水资源是长江流域经济社会可持续发展的必然选择,也是当前汉江流域各省份经济社会发展之必需。但当前过快的水资源开发速度,导致汉江水资源开发面临众多的生态环境问题。随着流域内人们对生活环境质量要求的不断提高,许多生态环境问题显得越来越突出,同时影响到汉江流域水资源的进一步开发利用和流域社会经济的可持续发展。为此,从流域层面开展水资源开发利用对汉江流域水生态环境及生态系统健康影响研究,可为流域水资源管理与保护提供技术支撑及科学依据。本论文以汉江为对象,研究了水资源开发利用对汉江流域生态环境的影响,针对汉江流域水资源承载力、流域水资源承载力、流域水环境承载力、流域水生态承载力、水电梯级开发对汉江流域生态环境的影响及汉江水华发生影响因子进行分析,并在此基础上对汉江流域生态系统健康进行评价。主要研究内容和结果包括以下几个方面： (1)构建基于距离指数法的汉江流域水资源承载力概念模型,并在此基础上建立了评价指标体系,采用层次分析法确定指标权重。汉江流域水资源承载力等级状态为：从流域来看,汉江全流域为“中等”,上游流域为“较高”,中游流域为“中等”,下游流域为“中等”；从地区来看,汉中市、安康市、十堰市、商洛市、神农架林区为“较高”,应城市、汉川市、南阳市、武汉市、天门市、潜江市、仙桃市为“中等”,荆门市为“较低”,襄阳市为“低”。水资源开发利用对汉江流域水资源产生巨大影响,对中下游流域影响更为强烈,汉江中下游水资源承载力较上游下降明显。采用GIS技术,结合水资源承载力综合分析,将计算结果集成汉江流域水资源承载力评价图。此外,建立了汉江流域水资源承载力系统动力学模型,预测了2010-2040年不同方案下流域水资源承载力综合变化率,提出了包括开源、节水、治污等措施的的汉江流域水资源承载力提高的最优方案。 (2)构建流域水环境承载力评价指标体系,以层次分析法确定权重。汉江流域水环境承载力评价结果显示：从流域来看,全流域为“较低”,上游流域为“中等”,中游流域为“较低”,下游流域为“较低”。从地区来看,神农架林区为“较高”,汉中市、十堰市、商洛市、安康市为“中等”,汉川市、荆门市、南阳市、应城市、潜江市、仙桃市、天门市为“较低”,襄阳市、武汉市为“低”。采用GIS技术,结合水环境承载力综合分析,将计算结果集成汉江流域水环境承载力评价图。水资源开发利用对汉江流域水环境各承载指数均有影响,造成汉江中下游水环境承载指数呈显著下降。此外,构建了汉江流域水环境承载力系统动力学模型,预测了2010-2040年不同方案下流域水环境承载力指标变化值,提出了新建引水工程、供水管网改造、新建污水处理厂相结合的汉江流域水资源开发利用的优化调整方案。 (3)在分析汉江干流水电梯级开发的基础上,构建基于PSR模型框架的水电梯级开发生态环境影响评价多层次评价指标体系,并以熵权法确定指标权重。水电梯级开发生态环境影响评价结果显示：随着汉江干流梯级大坝的逐步开放,汉江生态环境影响评价综合指数总体呈现下降趋势,水电梯级开发将会对汉江流域生态环境造成“不利”影响。水电梯级开发对汉江生态环境的压力影响较为明显,汉江流域的生态环境在王甫洲和黄金峡运营时期呈现下降趋势,在崔家营电站运营后,由于防洪功能和水资源调节功能的增大而使得生态系统综合功能有所改善,但随着大坝的增大使得生态系统综合功能又有继续下降的趋势。将标准化后的各个水电开发阶段的压力指数和汉江生态环境影响评价综合指数利用SPSS进行拟合分析,建立水电梯级开发生态环境影响预测模型,定量预测汉江干流水电梯级开发生态环境影响程度。 (4)对汉江流域水华发生的原因进行分析,提出汉江水华的发生主要受到气象、水文、水质和社会经济系统因素影响的结论。根据汉江水华发生的限制条件,运用主成分分析法筛选影响汉江水华发生的显著因子,采用多元线性回归分析法建立汉江仙桃段和武汉段多个影响因子间的线性回归方程,进一步确定影响水华发生的主要影响因子。基于响应面分析建立汉江仙桃段和汉江武汉段水华发生年线性回归模型,定量分析汉江仙桃段和武汉段水华可能发生的限制条件。此外,构建汉江流域水华发生系统动力学模型,选取气温、流量、流速、总氮、氮磷比和COD排放量这6个指标作为决策变量。通过改变决策变量的值来得到不同方案下相关指标的模拟结果。再将模拟结果进行量化即可得到不同方案下藻类细胞数量的大小及变化情况。结果表明：在实施引江济(补)汉工程、丹江口水库与引江济汉工程联合调度、加大治污力度、实施生态补偿与湿地保护相结合,可使得全流域的水华发生的可能性大幅下降,对汉江流域经济社会发展有了很好的促进作用。 (5)构建流域水生态承载力评价指标体系,以层次分析法确定权重。汉江流域水生态承载力评价结果显示：从流域来看,全流域为“中等”,上游流域为“中等”,下游流域为“较低”,中游流域为“较低”；从地区来看,安康市为“较高”,十堰市、汉中市、神农架林区、商洛市、潜江市为“中等”,武汉市、荆门市、仙桃市、南阳市、汉川市、应城市、襄阳市、天门市均为“较低”。采用GIS技术,结合水生态承载力综合分析,将计算结果集成汉江流域水生态承载力评价图。流域水资源开发利用对流域水生态各承载指数均有影响,造成汉江中下游水生态承载指数呈显著下降。此外,构建了汉江流域水生态承载力系统动力学模型,预测了2010-2040年流域水生态承载力变化情况。 (6)构建基于综合健康指数法流域生态系统健康评价的指标体系,并对汉江流域生态系统健康进行评价。汉江流域生态系统健康评价结果显示：从流域来看,全流域为“不健康”,上游流域为“亚健康”,中游流域为“不健康”,下游流域为“不健康”；从地区来看,汉中市、神农架林区、安康市、十堰市为“健康”,商洛市、荆门市为“亚健康”,南阳市、汉川市、应城市、潜江市、仙桃市、天门市、襄阳市、武汉市均为“不健康,,。说明水资源开发利用对汉江流域生态系统均有影响,并造成汉江流域中下游生态系统健康程度下降明显。采用GIS技术,结合生态系统健康综合分析,将计算结果集成汉江流域生态系统健康分布图。此外,构建了汉江流域生态系统健康系统动力学模型,预测了2010-2040年不同方案下流域生态系统健康指标变化值,提出了汉江流域水资源开发利用的优化调整方案。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X143;X826
【图文】：

框架模型,指代

Pressure (压力）一State (状态）一Response (响应）模型最初由Tony和David提出，用于分析环境压力、现状与响应之间的关系（图1-1)。基于PSR(压力一状态一响应）的概念模型主要从压力、状态、响应三个方面选取评价指标。其中，压力指代人类活动对环境引起的直接或间接的不恰当影响，如人口、能源消耗、污染物排放等；状态指代环境（或生态系统）的状态，如环境质量、土壤退化程度等；响应指代人类对状态做出的相关对应措施，如污染控制政策、发展环保技术等[24‘245]。^ ！响应Pressure State I Response信息I 「； i人类活动及其影响产生污染物环境及自然资源状态制度或个体反应能源与废弃物 > 空气信息 ’ 立法运输水经济手段工业土地新技术农业 *一“资源利用生物多样性 ‘社会响应决社会价值观念的改变渔业适宜性策与行动国际义务i ^ ‘I 社会响应（决策与行动）图1-1压力-状态-响应（PSR)框架模型Fig. 1-1 Pressure-State-Response model framework生态系统健康指标系统评价法中常将各类的数学运算方法（如综合指数法、模糊数学法）或统计学方法（如聚类分析法等）作为分析方法。伴随大规模高性能计算机的飞速发展，一些智能分析方法应运而生。此外，基于遥感技术与地理23

水系图,汉江流域,水系图,流域面积

河、酉水河、子午河、池河、天河、月河、玉带河、任河、鼠河、牧马河、北河及蛮河等（图2-1)。汉江及其支流所构成的水系是不对称的，右岸流域面积62，247平方公里，占全流域面积的85.77%，左岸流域面积lll，753kin2，占全流域面积64.23%,流域的不对称系数为0.57。汉江及其主要支流的长度、流域面积以及表征流域形态特征的完整系数与形状系数计算如表2-1(2)地形地貌汉江流域地势大体上是西北高，东南低，山脉河流均作东西和西北一东南走向

示意图,汉江流域,遥感影像,地带

汉江流域地势大体上是西北高，东南低，山脉河流均作东西和西北一东南走向，见汉江流域遥感影像图（图2-2)。流域地貌上可分为三个地带：即秦岭淮阳山地地带，大巴山荆山山地地带，汉江河谷及下游泛滥平原地带。流域北部以秦28

【引证文献】