河流生態(tài)水力學(xué)

前言

維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康是流域綜合管理的一項重要目標，也是當前國際上河流研究的熱點問題之一。為了在維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的前提下開發(fā)利用河流水資源，有必要深人研究水利工程調(diào)節(jié)下河流水文、水動力和生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用，從而提出減緩水利工程對河流水生態(tài)環(huán)境影響的對策與措施。該書系統(tǒng)地介紹了河流水環(huán)境與水生態(tài)模型，描述了如何定量化研究水庫調(diào)節(jié)對下游河道水文情勢、水環(huán)境、岸邊帶植被、底棲動物生境、魚類及其棲息地的影響，詳解了基于魚類生境保護的生態(tài)流量過程推求方法，闡述了基于水庫生態(tài)友好的水庫調(diào)度模型，為實施生態(tài)友好的水庫運行模式提供了科學(xué)依據(jù)和定量手段。書中首先講述了一維和二維耦合水環(huán)境模型，其中一維模型為二維模型提供上游邊界流量值，二維模型為一維模型提供下游邊界水位值，從而實現(xiàn)動態(tài)耦合。然后介紹了河流岸邊帶植物野外觀測及實驗室脅迫實驗、魚類野外調(diào)查和行為生態(tài)學(xué)實驗，詳述了建立目標物種對關(guān)鍵水環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系的過程，并在此基礎(chǔ)上進一步詳解了基于非結(jié)構(gòu)化元胞自動機的植被動態(tài)模型、基于個體的魚類種群動態(tài)模型、基于模糊數(shù)學(xué)的魚類棲息地模型及其與二維水環(huán)境模型的耦合。接著采用開發(fā)的生態(tài)水力學(xué)模型，通過生態(tài)目標約束條件下的反算求解河流控制斷面日均、月均生態(tài)流量過程線，用于取代目前通用的單一流量。最后描述了水庫生態(tài)友好運行優(yōu)化模型及其求解方法，提出了如何建立生態(tài)流量保障度與發(fā)電損失率之間的關(guān)系以及折中方案的確定方法。

內(nèi)容概要

水電梯級開發(fā)是我國一項重要的能源戰(zhàn)略，水電開發(fā)在為人類合理利用水資源、水能資源提供有效手段的同時也在許多層面給區(qū)域和流域生態(tài)環(huán)境造成正面及負面的效應(yīng)。本書以生態(tài)水力學(xué)作為理論基礎(chǔ)，開發(fā)水環(huán)境與河流生態(tài)系統(tǒng)耦合模型，研究水電開發(fā)對河流生態(tài)環(huán)境的短期和累積性影響以及水電開發(fā)的生態(tài)效益，建立定量的分析和評價方法，并科學(xué)地提出減少河流生態(tài)影響、增強區(qū)域生態(tài)效益的水電開發(fā)運行改進措施。    本書主要材料依托雅礱江梯級開發(fā)和漓江多庫運行的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究成果，可作為水利科學(xué)中環(huán)境和生態(tài)科研人員，大專院校水利、環(huán)境、生態(tài)和地學(xué)系的教師和學(xué)生的參考書。

書籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1 研究背景  1.2 研究區(qū)域    1.2.1 漓江流域    1.2.2 雅礱江中下游  1.3 下游河道主要生態(tài)環(huán)境效應(yīng)    1.3.1 水文水環(huán)境    1.3.2 河流動植物生境    1.3.3 水庫生態(tài)友好調(diào)度  1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀第2章  水文水環(huán)境影響  2.1 水文分析  2.2 水環(huán)境模型    2.2.1 一維水環(huán)境模型    2.2.2 二維水環(huán)境模型    2.2.3 一維和二維模型耦合  2.3 漓江應(yīng)用實例    2.3.1 特征水文年    2.3.2 模型邊界條件    2.3.3 模型參數(shù)率定及驗證    2.3.4 青獅潭水庫補水的水文情勢影響    2.3.5 青獅潭水庫補水對下游河道的水環(huán)境影響    2.3.6 青獅潭水庫補水對下游局部河段的水環(huán)境影響  2.4 小結(jié)第3章  岸邊帶植被影響  3.1 岸邊帶植被調(diào)查與生理生態(tài)分析    3.1.1 野外植被調(diào)查    3.1.2 植物對水流因子的響應(yīng)  3.2 岸邊帶植被動態(tài)模型    3.2.1 基于元胞自動機的植被模型    3.2.2 二維水流模型    3.2.3 水流與植被模型耦合  3.3 漓江應(yīng)用實例    3.3.1 植被調(diào)查與實驗    3.3.2 水流模擬    3.3.3 植被演替模擬  3.4 小結(jié)第4章  底棲動物的影響  4.1 大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)分析    4.1.1 目標物種選擇    4.1.2 底棲動物與環(huán)境的關(guān)系  4.2 底棲動物棲息地動態(tài)模型    4.2.1 底棲動物棲息地評價模型    4.2.2 水環(huán)境模型    4.2.3 水環(huán)境模型與底棲動物模型的結(jié)合  4.3 漓江應(yīng)用實例    4.3.1 底棲動物調(diào)查    4.3.2 底棲動物生境模型    4.3.3 河流調(diào)節(jié)對棲息地的影響  4.4 小結(jié)第5章  魚類動態(tài)影響  5.1 魚類調(diào)查與生理生態(tài)分析    5.1.1 魚類調(diào)查    5.1.2 魚類行為生態(tài)實驗  5.2 魚類種群動態(tài)模型    5.2.1 水環(huán)境模擬    5.2.2 基于個體魚類模型  5.3 漓江應(yīng)用實例    5.3.1 魚類行為生態(tài)學(xué)實驗    5.3.2 模型參數(shù)設(shè)置    5.3.3 模型結(jié)果  5.4 小結(jié)第6章  河流生態(tài)流量過程  6.1 魚類生態(tài)調(diào)查  6.2 魚類棲息地模型    6.2.1 基于模糊數(shù)學(xué)的魚類棲息地模型    6.2.2 二維水環(huán)境模型    6.2.3 水環(huán)境與魚類棲息地模型耦合  6.3 河流生態(tài)流量過程計算  6.4 雅礱江錦屏減水河段應(yīng)用實例    6.4.1 目標物種篩選    6.4.2 棲息地模型建立    6.4.3 棲息地模型驗證    6.4.4 河流調(diào)節(jié)對棲息地的影響    6.4.5 生態(tài)流量過程線  6.5小結(jié)第7章  生態(tài)友好調(diào)度  7.1 生態(tài)友好調(diào)度涵義  7.2 生態(tài)友好調(diào)度優(yōu)化模型    7.2.1 目標函數(shù)    7.2.2 約束條件    7.2.3 優(yōu)化方法    7.2.4 模型運算  7.3 雅礱江錦屏梯級應(yīng)用實例    7.3.1 模型建立    7.3.2 優(yōu)化結(jié)果及討論  7.4 小結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：生態(tài)水力學(xué)和流域生態(tài)學(xué)的研究成果將為生態(tài)水工設(shè)計和工程生態(tài)友好運行提供理論與技術(shù)支持，而生態(tài)水工的發(fā)展將不斷提出新的研究需求和方向。就流域梯級水電開發(fā)而言，目前面臨的研究難點主要包括：①從生物生理的角度建立生命體對水動力和水環(huán)境等非生命因子的響應(yīng)機理和定量關(guān)系；②考慮生物個體的差異性、水動力和水環(huán)境因子空間異質(zhì)性的影響；③分析水動力一水環(huán)境一生態(tài)系統(tǒng)等多過程的特征時空尺度，建立多尺度耦合；④實現(xiàn)從內(nèi)在作用機理的研究到外在系統(tǒng)演變的調(diào)控；⑤從單個水庫的生態(tài)友好調(diào)控機制拓展到流域尺度梯級水庫的聯(lián)合調(diào)控機制。河流生態(tài)恢復(fù)是生態(tài)工程學(xué)的一個分支。生態(tài)工程學(xué)是為促進工程學(xué)與生態(tài)學(xué)相結(jié)合而形成的一門新興的交叉學(xué)科。1962年，Odum等提出將自我設(shè)計（self-organizing activities）的生態(tài)學(xué)概念用于工程中，首次提出生態(tài)工程（ecological engineering）概念。1989年，美國Mitsch和Jorgensen正式探討1962年由Odum等提出的生態(tài)工程概念并賦予定義，正式誕生了生態(tài)工程。1993年，在美國科學(xué)院主辦的生態(tài)工程研討會上，根據(jù)Mitsch的建議，把“生態(tài)工程學(xué)”定義為“將人類社會與其自然環(huán)境相結(jié)合，以達到雙方受益的可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計方法"。生態(tài)工程學(xué)的研究范圍很廣，包括河流、湖泊、濕地、礦山、森林、土地及海岸等的生態(tài)建設(shè)問題。

編輯推薦

《河流生態(tài)水力學(xué):壩下河道生態(tài)效應(yīng)與水庫生態(tài)友好調(diào)度》由科學(xué)出版社出版。

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