单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河流生态系统结构功能模型及其应用,关闭手机,积极参与,心态归零,遵守时间,课堂要求,不要大声喧哗,注意安全,注意环境卫生,保持礼仪,课间要求,课后要求,提 纲,引言,1,水文生物生态功能的河流连续体,4-D,模型,2,水文过程生态过程耦合模型,3,河流系统空间异质性生物群落多样性耦合模型,4,模型应用,1,水文,-,生物,-,生态功能河流,连续体,4,D,模型,1,水文,-,生物,-,生态功能河流连续体,4,D,模型,Vannote,等人在,1980,年提出了河流连续体概念,(River Continuum Concept,RCC),从河流源头到下游，河流系统内的宽度、深度、流速、流量、水温等,物理变量,具有连续变化特征,把河流网络看作是一个连续的整体系统，强调河流生态系统的结构与功能与河流生境的,适应性、整体性。,1,水文,-,生物,-,生态功能河流连续体,4,D,模型,1,水文,-,生物,-,生态功能河流连续体,4,D,模型,Ward,等学者将河流生态系统描述为四维系统，即具有纵向、横向、竖向和时间尺度的生态系统（,Ward et al,，,1989,）,时间坐标,：既强调随降雨、水文条件变化河流的可变性，也强调河流演变的动态性。,1,水文,-,生物,-,生态功能河流连续体,4,D,模型,河流水文,-,水力学因子三维连续性；,营养物质流和能量流空间连续性；,生物群落结构空间连续性；,信息流空间连续性；,水文、生物及河流生态系统演变和进化的动态特征,2,水文过程与生态过程耦合模型,2,水文过程与生态过程耦合模型,洪水脉冲概念,FPC,Junk 1989,首次提出了洪水脉冲的概念,(flood pulse concept:,FPC),。他认为,周期性的洪水脉冲是河流洪泛滩区系统的驱动力。,洪水脉冲的生态功能,信息流功能,长江的四大家鱼每年,58,月水温升高到,18,以上时，如逢洪水，家鱼便集中在重庆至江西彭泽的,38,处产卵场进行繁殖。,家鱼在涨水第一天开始产卵，如江水不再继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。,自从,1956,年开始的长期观测表明，四大家鱼在水位上涨时产卵形成高峰,（据水工程生态研究所,常剑波资料）,3.,河流空间异质性生物群落多样性 耦合模型,上中下游空间异质性,蜿蜒性,横断面多样性,岸坡物质的透水性和多孔性,3,河流空间异质性生物群落多样性 耦合模型,上中下游,的生境异质性，造就了丰富的流域生境多样化条件；,河流纵向的,蜿蜒性,，形成了急流与缓流交错、深槽与浅滩相间的格局；,河流的,横断面,形状多样性，表现为深槽与边滩交错；,河床材料,的透水性多孔性为生物提供了栖息所和产卵地，地下水补给。,3,河流空间异质性生物群落多样性耦合模型,基于河流地貌学河流生态学的原理,河流空间异质性与河流生物群落多样性存在正相关关系。,提高空间异质性 提高生物群落多样性,耦合模型是建立二者的相关关系，评估生态状况，预测未来状态状况。,4.,河流生态系统结构功能模型的应用,a),对河流生态系统的双重胁迫,b),生态水工学的理论框架,c),结构功能应用举例,a),对河流生态系统的双重胁迫,在自然河流经历的数万以至数百万年的演变过程中，受到自然界和人类活动的双重干扰，这种干扰或者压力在生态学中称为胁迫（,stress,）。,水利工程对河流生态系统的胁迫,水利工程对河流,生态系统胁迫,自然河流,人工渠道化,自然河流,非连续化,跨流域,调水工程,直线化 裁弯取直,河床断面规则化,护坡材料硬质化,筑坝引起顺流方向非连续化,筑堤引起河流侧向非连续化,调水区胁迫效应,受水区胁迫效应,运河沿线胁迫效应,a),河流的人工渠道化,b),河流的非连续化,b),河流的非连续化水文情势变化,水库运行期服从于防洪和兴利调度，自然河流的脉冲式水文周期变化趋于均一化,生态学与相关学科交叉,什么是生态水利工程学？,生态水利工程学（,Eco-Hydraulic Engineering,）,作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学,。,生态水利工程学的学科基础和研究对象,工程目的,工程任务,学科基础,传统水利工程学,对水资源开发利用,对河流改造,对水流控制,工程力学,水文学,生态水利工程学,兼顾生态系统健康,兼顾生物栖息地建设,增加,生态学,c),河流生态系统结构功能模型的应用举例,河流生态修复,水库生态调度,水电梯级开发程度,河流生态修复的技术工具 景观格局分析、生态水力学,景观格局分析：景观格局生态过程模型,生态水力学：微生境评估,RS GIS GPS DEM,应用,技术工具,1,景观格局分析,空间景观模式缀块、廊道、基底,通过对于可视的地貌格局（,RS.),的对比分析,获得隐含的生物过程信息。,技术工具,2,生态水力学,河段尺度的栖息地评估，建立水力学因子与标志性生物因子的相关关系，对于不同河流修复方案进行预测评估；对于河流枢纽建筑物的不同布局进行情景分析。,b),兼顾生态的水库多目标调度,水库多目标生态调度方法是指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标的同时，兼顾河流生态系统需求的水库调度方法,。,传统水库调度模式所存在的问题,径流调节,低温水下泄,泄洪掺气,清水下泄,蓄水运行,洪水脉冲减弱,影响鱼类繁殖,鱼类气泡病,下游冲刷，地貌变化,富营养化,3.,模拟自然水文情势的水库泄流方式,三门峡水库泄流,小浪底水库泄流,明确水文过程与生,态过程的相关关系，,制定合理的生态,调度方案。,选择标志性物种，建立相应的数学模型。,掌握水库建设前水文情势，包括流量丰枯变化形态、季节性洪水峰谷形态、洪水来水时间和长短等因子对于鱼类和其它生物的产卵、育肥、生长、洄游等生命过程的关系。,调查、掌握水库建成后由于水文情势变化产生的不利生态影响。,对于采取不同的水库生态调度方式影响生态过程进行敏感度分析。,结 语,河流生态系统结构功能模型是人们对于自然规律总结的尝试，需要不断地探索，并力求给出某种形式的数学表达。,河流生态系统结构功能模型是生态水工学的理论基础。,生态水工学是一个新兴的交叉学科，需要跨学科合作，才能发展完善。,人法地，地法天，,天法道，道法自然。,老子,道德经,