河流生态系统结构功能模型课件.ppt

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1、河流生态系统结构功能模型及其应用董哲仁（中国水利水电科学研究院）2008年4月北京提纲引言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模型应用正负反馈层级结构整体性空间与时间结构营养结构河流生态系统结构原理生态系统功能物种流动能量流动物质循环信息流动自我调节生物生产水文过程与生态过程耦合模型空间异质性－生物群落多样性耦合模型水文－生物－生态功能河流连续体4-D模型河流生态系统结构功能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19

2、80年提出了河流连续体概念(RiverContinuumConcept,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（Wardetal，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

3、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水文循环的生态学意义营养物质的载体和介质造就了空间异质性的生境水域生物群落的信息流人类和生物群落的可再生资源水文过程与生态过程耦合模型环境流量模型洪水脉冲模型洪水脉冲概念－FPCJunk1989首次提出了洪水脉冲的概念(floodpulseconcept: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洪水脉冲的生态功能河流－滩区

4、系统是有机物高效利用系统提高了河流－漫滩系统的动态连通性洪水脉冲的信息流功能洪水脉冲提高了生物群落多样性信息流功能长江的四大家鱼每年5~8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

5、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

6、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）。对自然河流生态系统的胁迫人类活动胁迫自然力胁迫气候变化地壳变化火山爆发地震山体滑坡海洋侵蚀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)河流的人工渠道化渠道化直线化断面规则化护坡硬质化b)河流的非连续化河流非连续化水坝堤防b)河流的非连续化－水文情势变化水库运行期服从于

7、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-HydraulicEngineering）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

8、具－景观