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1、河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能模型 及其應(yīng)用董哲仁（中國水利水電科學(xué)研究院）2008年4月北京提綱引言1水文－生物－生態(tài)功能的河流連續(xù)體4-D模型2水文過程－生態(tài)過程耦合模型3河流系統(tǒng)空間異質(zhì)性－生物群落多樣性耦合模型4模型應(yīng)用正負反饋層級結(jié)構(gòu)整體性空間與時間結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理生態(tài)系統(tǒng)功能物種流動能量流動物質(zhì)循環(huán)信息流動自我調(diào)節(jié)生物生產(chǎn)水文過程與生態(tài)過程耦合模型空間異質(zhì)性－生物群落多樣性耦合模型水文－生物－生態(tài)功能河流連續(xù)體4-D模型河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能1水文-生物-生態(tài)功能河流連續(xù)體4－D模型1水文-生物-生態(tài)功能河流連續(xù)體4－D模型Vannote等人在19
2、80年提出了河流連續(xù)體概念(RiverContinuumConcept,RCC)從河流源頭到下游，河流系統(tǒng)內(nèi)的寬度、深度、流速、流量、水溫等物理變量具有連續(xù)變化特征把河流網(wǎng)絡(luò)看作是一個連續(xù)的整體系統(tǒng)，強調(diào)河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能與河流生境的適應(yīng)性、整體性。1水文-生物-生態(tài)功能河流連續(xù)體4－D模型1水文-生物-生態(tài)功能河流連續(xù)體4－D模型Ward等學(xué)者將河流生態(tài)系統(tǒng)描述為四維系統(tǒng)，即具有縱向、橫向、豎向和時間尺度的生態(tài)系統(tǒng)（Wardetal，1989）時間坐標：既強調(diào)隨降雨、水文條件變化河流的可變性，也強調(diào)河流演變的動態(tài)性。1水文-生物-生態(tài)功能河流連續(xù)體4－D模
3、型河流水文-水力學(xué)因子三維連續(xù)性；營養(yǎng)物質(zhì)流和能量流空間連續(xù)性；生物群落結(jié)構(gòu)空間連續(xù)性；信息流空間連續(xù)性；水文、生物及河流生態(tài)系統(tǒng)演變和進化的動態(tài)特征2水文過程與生態(tài)過程耦合模型2水文過程與生態(tài)過程耦合模型水文循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義營養(yǎng)物質(zhì)的載體和介質(zhì)造就了空間異質(zhì)性的生境水域生物群落的信息流人類和生物群落的可再生資源水文過程與生態(tài)過程耦合模型環(huán)境流量模型洪水脈沖模型洪水脈沖概念－FPCJunk1989首次提出了洪水脈沖的概念(floodpulseconcept:FPC)。他認為周期性的洪水脈沖是河流－洪泛灘區(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動力。洪水脈沖的生態(tài)功能洪水脈沖的生態(tài)功能河流－灘區(qū)
4、系統(tǒng)是有機物高效利用系統(tǒng)提高了河流－漫灘系統(tǒng)的動態(tài)連通性洪水脈沖的信息流功能洪水脈沖提高了生物群落多樣性信息流功能長江的四大家魚每年5~8月水溫升高到18℃以上時，如逢洪水，家魚便集中在重慶至江西彭澤的38處產(chǎn)卵場進行繁殖。家魚在漲水第一天開始產(chǎn)卵，如江水不再繼續(xù)上漲或漲幅很小，產(chǎn)卵活動即告終止。自從1956年開始的長期觀測表明，四大家魚在水位上漲時產(chǎn)卵形成高峰（據(jù)水工程生態(tài)研究所常劍波資料）3.河流空間異質(zhì)性－生物群落多樣性 耦合模型上中下游空間異質(zhì)性蜿蜒性橫斷面多樣性岸坡物質(zhì)的透水性和多孔性3河流空間異質(zhì)性－生物群落多樣性 耦合模型上中下游的生境異質(zhì)性，造就了
5、豐富的流域生境多樣化條件；河流縱向的蜿蜒性，形成了急流與緩流交錯、深槽與淺灘相間的格局；河流的橫斷面形狀多樣性，表現(xiàn)為深槽與邊灘交錯；河床材料的透水性多孔性為生物提供了棲息所和產(chǎn)卵地，地下水補給。3河流空間異質(zhì)性－生物群落多樣性耦合模型基于河流地貌學(xué)－河流生態(tài)學(xué)的原理河流空間異質(zhì)性與河流生物群落多樣性存在正相關(guān)關(guān)系。提高空間異質(zhì)性提高生物群落多樣性耦合模型是建立二者的相關(guān)關(guān)系，評估生態(tài)狀況，預(yù)測未來狀態(tài)狀況。4.河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能模型的應(yīng)用a)對河流生態(tài)系統(tǒng)的雙重脅迫b)生態(tài)水工學(xué)的理論框架c)結(jié)構(gòu)功能應(yīng)用舉例a)對河流生態(tài)系統(tǒng)的雙重脅迫在自然河流經(jīng)歷的數(shù)萬以至
6、數(shù)百萬年的演變過程中，受到自然界和人類活動的雙重干擾，這種干擾或者壓力在生態(tài)學(xué)中稱為脅迫（stress）。對自然河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫人類活動脅迫自然力脅迫氣候變化地殼變化火山爆發(fā)地震山體滑坡海洋侵蝕水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)脅迫自然河流人工渠道化自然河流非連續(xù)化跨流域調(diào)水工程直線化裁彎取直河床斷面規(guī)則化護坡材料硬質(zhì)化筑壩引起順流方向非連續(xù)化筑堤引起河流側(cè)向非連續(xù)化調(diào)水區(qū)脅迫效應(yīng)受水區(qū)脅迫效應(yīng)運河沿線脅迫效應(yīng)a)河流的人工渠道化渠道化直線化斷面規(guī)則化護坡硬質(zhì)化b)河流的非連續(xù)化河流非連續(xù)化水壩堤防b)河流的非連續(xù)化－水文情勢變化水庫運行期服從于
7、防洪和興利調(diào)度，自然河流的脈沖式水文周期變化趨于均一化生態(tài)學(xué)與相關(guān)學(xué)科交叉什么是生態(tài)水利工程學(xué)？生態(tài)水利工程學(xué)（Eco-HydraulicEngineering）作為水利工程學(xué)的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水利工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)和研究對象工程目的工程任務(wù)學(xué)科基礎(chǔ)傳統(tǒng)水利工程學(xué)對水資源開發(fā)利用對河流改造對水流控制工程力學(xué)水文學(xué)生態(tài)水利工程學(xué)兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康兼顧生物棲息地建設(shè)增加生態(tài)學(xué)c)河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能模型的應(yīng)用舉例河流生態(tài)修復(fù)水庫生態(tài)調(diào)度水電梯級開發(fā)程度河流生態(tài)修復(fù)的技術(shù)工
8、具－ 景觀
