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水利工程论文生态水力学研究进展摘要生态水力学是水利科学发展到较高级阶段出现的新兴学科,在近年由于包括水利建设在内的人类活动规模不断扩大,对于自然生态系统所产生的胁迫和压力不断加大,在某些地区出现了严重的生态环境恶化的事例。关键词生态水力学生态水力学是水利科学发展到较高级阶段出现的新兴学科,在近年由于包括水利建设在内的人类活动规模不断扩大,对于自然生态系统所产生的胁迫和压力不断加大,在某些地区出现了严重的生态环境恶化的事例。概括起来,可以有以下几方面的明显表现大规模的水坝建设使得水库对河川径流的调节能力日益加大,有些流域的水库调节库容接近或超过河川的多年平均径流量,以至造成水坝下游河流水量的减少,甚至干枯。这将造成下游河床的萎缩,对河流生态系统造成毁灭性的灾害。同时,水坝的建设造成水流连续性、河床连续性、生态连续性的破坏,并在上游造成大面积的淹没,大量移民又要造成许多新的环境问题。河流的防洪标准不断提高,河流两岸的堤防越来越高,使得河流两岸的洪泛区域与河流的水循环分离,河流两岸的湿地消失,地下水得不到河流的补充,使得两岸广阔洪泛平原的生态状况日益恶化。大量兴建的水资源开发工程造成流域水资源的过度开发利用,结果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎缩、植被干枯,生态环境恶化。在近海地区由于地下水的降低,海水入侵地下水,造成地下水的污染。概括来说,大量水利工程的建设对流域水循环的影响最大,主要表现是流域水循环的短路化,流域水循环的速度加快,降雨产汇流的速度加快,流域降雨很快汇入河道,泄入大海。流域水循环的绝缘化,洪水只在大堤的范围内流动,不再泛滥。河流两岸的广大洪泛区不再受到洪水的侵扰,但是也失去了洪水对地下水的补充和清洗。流域的水循环与河流的水循环绝缘化。流域生态系统的孤立化,流域的水绿生态网络被切断、阻隔,流域内的生物群落被局限在某一固定区域,不能自由移动,捕食和交配不能正常进行,造成生物群落的退化和灭绝。近年来,对于保护生物多样性和流域社会可持续发展的认识不断被接受,提出了对遭受破坏的生态系统进行修复的新课题,许多国家提出恢复流域的自然特征,恢复多自然特征的河流,我国的一些流域也先后提出了生态修复的目标,在这样的大潮流的推动下,出现了许多生态水力学的研究课题,比较引人注目的成果有湖泊水生态系统的修复。目前我国人口密集区的大多数湖泊出现了由于污染造成的湖泊富营养化现象,即由于磷、氮类营养盐大量进入湖泊造成湖泊内藻类的异常增殖,水体生产力提高,水质恶化。对湖泊的治理除了控制污染源之外,最有效而可行的措施就是修复湖泊的生态系统。在我国的洱海、滇池、太湖都在开展生态修复的试点工程。如湖滨带的生态修复、湖周湿地的生态修复等。湖流对营养盐的输送、湖流对湖泊内泥沙的输移、湖流对底泥污染物释放量的影响、以及综合各类研究成果建立的水域富营养化模型等都成为生态水力学中的热门课题。中国水利水电科学研究院、中国环境科学研究院率先开展了这一领域的研究,目前类似的课题已经有很多。已有三维的富营养化模型,包括流场、温度、太阳辐射、光合作用、营养盐、浮游植物、浮游动物、大型水生动植物在内的诸多物理、化学和生态参数。恢复河流自然特征的研究。传统水力学的研究,比较注重河流输水的经济性,结果造成河流断面的均一化、河流渠道化,河流自然特征逐渐消失,河流生物多样性减少。目前,在恢复河流自然特征的研究中,创造河床的滩潭交互结构、近岸的洄流结构、创造适合特种生物生存和繁殖的流场等方面的研究也方兴未艾。以河流生态系统优化为目标的水利工程调度研究。以往的水利工程调度大多只考虑水资源优化、水能经济优化等目标,没有将下游的水环境和生态环境优化作为调度目标,结果往往是达到了经济优化的目标,损坏了下游的生态环境。近年来结合下游河流环境、生态需水量的研究,提出了以下游生态环境优化为目标的水库调度研究,增加了水库的生态环境调度功能,有条件的地方将水库的改善生态环境放在首位,被称为生态型水库。洪水资源化的研究。传统水利认为洪水只是一种灾害,近来逐渐认识到洪水不仅是灾害,还是一个生态过程,通过洪水泛滥补充地下水、恢复湿地、清洗河流、改良土壤等,因此不能完全消灭洪水。这方面的研究有,有控制的人工洪水调度、与溢流堰结合的堤防设计、利用洪水的地下水回灌等。湿地修复技术研究。湿地的恢复需要适当的水流条件,不同的湿地植物群落,需要相应的水深、流速、水温等。在湿地恢复过程中要注意流场的控制,以满足湿地生态修复的要求。植物群落对水中营养盐降解的机理研究。水中的营养盐在进入水生植物系统后,经过沉降、微生物分解、根系吸收等环节,使水体内营养盐的浓度降低,达到净化目的。上述过程,与流场关系密切,如水深、流速、水体滞留时间等。目前多是通过现场的实地实验确定各种参数,试图建立数学模型。水域微流场的研究。各类水生动物的繁殖和栖息,往往要求极为严格微流场环境,如流速缓慢的回流区、静水区、掺气充分的急流区等为了解决鱼类回游设立的鱼道也要满足特定鱼类的回游特性,形成与保护鱼类相适应的流场环境。通过丁坝、布石、射流等工程措施满足鱼类对微流场的要求也是生态水力学的重要研究领域。关于生态水力学的研究还是新的课题,它涉及到物理、化学、生态等学科。本文只是粗略地进行介绍,很难描述它的快速发展,提醒大家关注这一领域的进展,加强该领域的研究工作。
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奋斗不息上传于2013-12-12

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