长江水沙环境变化对鱼类的影响及栖息地数值模拟

论文摘要

水利工程在防洪、发电、灌溉等方面发挥着举足轻重的作用,是人类改造自然、利用自然的一大创举;同时,水利工程建设和运行给生态环境带来的不利影响也引起了社会越来越多的关注。通过统计分析、野外调查及数值模拟等手段,探索了水利工程建设对长江鱼类的影响,主要研究成果包括:1)从河道栖息地阻隔,江湖连通度降低,水文、泥沙、水温及水质等条件变化几方面分析了水利工程对鱼类栖息地的影响,提出了对河流进行综合治理的原则。2)采集了长江中下游的水质、底泥及鱼样,对其重金属含量进行了测试分析。结果表明,底泥中重金属含量是水体中的100-10 000倍,鱼体内重金属含量居于两者之间,底栖鱼类体内重金属含量相对中上层鱼类要高。鱼类食性与体内重金属含量也有密切的关系,底栖肉食性鱼类体内重金属含量最高,浮游植物食性鱼类体内重金属含量最低。3)建立了中华鲟栖息地适合度模型,模型由中华鲟栖息地适合度方程和二维水沙数学模型两部分组成。根据实测资料对模型进行了验证,结果表明,栖息地适合度方程形式正确,关键因子的选取和适合度曲线的取值合理;二维水沙模型针对弯道环流和横向输沙的改进,能更准确地模拟实际情况下的水流和泥沙输移情况。将模型运用来计算不同流量级下葛洲坝至宜昌河段中华鲟栖息地模拟发现,流量位于10000 m3/s～30000 m3/s时,中华鲟产卵场条件较为适宜,流量过大或过小均对产卵产生不利影响。4)建立了“四大家鱼”栖息地适合度方程,将其与一维数学模型结合建立了“四大家鱼”栖息地适合度模型。对1998年宜昌至城陵矶江段栖息地适合度的模拟发现,计算值与实测统计分布吻合较好。不同基准流量下,不同日流量涨幅的家鱼栖息地适合度模拟显示,日涨水幅度在800 m3/s以上时,家鱼产卵场适合度较高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 长江鱼类资源状况
• 1.2.1 中华鲟
• 1.2.2 四大家鱼
• 1.3 长江鱼类栖息地状况
• 1.3.1 中华鲟的栖息地
• 1.3.2 四大家鱼的栖息地
• 1.4 水生态模型研究评述
• 1.4.1 生态毒理模型
• 1.4.2 水质生态模型
• 1.4.3 河流栖息地生态模型
• 1.5 论文主要工作
• 第2章 水利工程对鱼类栖息地的影响及治理
• 2.1 水利工程建设现状
• 2.2 水利工程对鱼类栖息地的影响
• 2.2.1 河道栖息地被阻隔
• 2.2.2 江湖连通度降低
• 2.2.3 水文、泥沙规律发生改变
• 2.2.4 水温和水质条件发生改变
• 2.3 河流综合管理
• 2.3.1 修建过鱼设施，减轻阻隔的影响
• 2.3.2 增加河水在陆地上的流动时间
• 2.3.3 提高生物栖息地的多样性和连通度
• 2.3.4 水文过程的调节实现防洪发电效益与生态效益相结合
• 2.4 本章小结
• 第3章 水沙污染对长江中下游鱼类的影响
• 3.1 本章引论
• 3.2 样品采集与处理
• 3.2.1 样品的采集
• 3.2.2 样品的预处理与测定
• 3.3 测试结果分析与讨论
• 3.3.1 水体质量及评价
• 3.3.2 底泥中重金属含量及质量评价
• 3.3.3 长江中下游鱼体重金属含量及评价
• 3.4 水沙污染对鱼类的影响研究
• 3.4.1 生存环境对鱼体重金属含量的影响
• 3.4.2 重金属沿食物链的传递
• 3.5 本章小结
• 第4章 栖息地适合度模型与二维水沙数学模型
• 4.1 本章引论
• 4.2 栖息地适合度模型基本概念
• 4.2.1 栖息地概念
• 4.2.2 关键因子的选取
• 4.2.3 栖息地适合度曲线
• 4.2.4 栖息地适合度模型
• 4.3 平面二维水沙数学模型的控制方程
• 4.3.1 直角坐标下的二维水沙模型方程
• 4.3.2 贴体坐标系下二维水沙模型方程
• 4.3.3 二维水沙控制方程的修正
• 4.3.4 定解条件
• 4.4 模型中有关问题的处理
• 4.4.1 动边界处理技术
• 4.4.2 悬移质含沙量垂线分布
• 4.4.3 非均匀沙水流挟沙力
• 4.4.4 非均匀沙推移质输沙率公式
• 4.4.5 恢复饱和系数
• 4.5 二维水沙基本方程的离散及求解
• 4.5.1 通用形式的控制方程
• 4.5.2 交错网格的布设
• 4.5.3 通用控制方程的离散
• 4.5.4 通用控制方程的求解及收敛标准
• 4.6 本章小结
• 第5章 中华鲟栖息地适合度模型及应用
• 5.1 本章引论
• 5.2 中华鲟栖息地适合度模型方程
• 5.3 中华鲟栖息地适合度方程验证
• 5.4 二维水沙模型验证
• 5.4.1 水位、流速验证
• 5.4.2 不同排放情况下中性悬浮质浓度分布验证
• 5.4.3 河床冲淤计算
• 5.5 栖息地适合度模型应用
• 5.6 本章小结
• 第6章 四大家鱼栖息地适合度模型及应用
• 6.1 本章引论
• 6.2 “四大家鱼”栖息地适合度方程
• 6.3 一维水流数学模型及解法
• 6.3.1 基本方程
• 6.3.2 计算方法
• 6.3.3 有关问题的处理
• 6.4 “四大家鱼”栖息地适合度模型验证
• 6.4.1 “四大家鱼”栖息地适合度方程验证
• 6.4.2 一维水流模型验证
• 6.5 “四大家鱼”栖息地适合度模型应用
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 长江中下游采集的鱼样种类及生活习性
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果