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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  
【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。


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