【摘要】：水文過程控制著濕地的形成與演化,是塑造濕地生態(tài)系統(tǒng)結構與功能、濕地景觀格局動態(tài)特征的重要驅(qū)動力。本文遵循河口水文過程與濕地景觀格局間相互影響的內(nèi)在規(guī)律,基于驅(qū)動—狀態(tài)—響應模型,提出了水文過程與濕地景觀格局響應的基本理論框架。結合黃河口濕地的實際,采用具有生態(tài)學意義的水文變化指標分析河口段生態(tài)水文情勢的變化,結合3S技術研究河口濕地景觀格局的動態(tài)演變特征。構建了生態(tài)水文因子與關鍵景觀格局指標之間的定量關系,探討水文情勢變化情景下濕地景觀格局特征的響應規(guī)律,總結河口環(huán)境水流需求,提出了河口濕地生態(tài)修復的水文措施與建議。 論文的研究內(nèi)容與主要成果包括以下幾個方面： (1)濕地生態(tài)系統(tǒng)是由不同類型植被群落與地貌單元形成的景觀鑲嵌體,水是濕地生態(tài)系統(tǒng)的控制性環(huán)境因子。濕地水文過程一方面直接影響濕地植被的不同生活史行為,作用于鑲嵌體格局；另一方面通過影響濕地的環(huán)境條件,如生物、物理化學、地貌特征,間接引起濕地植被群落的結構與功能特征的動態(tài)變化,提出濕地水文過程—物理化學與地貌特征—景觀的時空異質(zhì)性與格局特征的驅(qū)動—狀態(tài)—響應概念模型。 (2)采用具有生態(tài)學意義的包括3種環(huán)境水流組分與5種水文要素的生態(tài)水文指標定量評估了黃河水量統(tǒng)一調(diào)度與調(diào)水調(diào)沙對河口段生態(tài)水文情勢的影響。評價結果為：利津斷面流量年內(nèi)分配情況發(fā)生明顯變化,5-11月份月均流量變化顯著,6月份月均流量增加幅度最大；年極小值流量與基流指數(shù)大幅度增加,年極大值流量略有增加,年最大流量出現(xiàn)時間提前15天；低流量持續(xù)時間增加,水文過程的變化率降低,洪水漫灘過程消失,水文過程趨于平緩。與水量統(tǒng)一調(diào)度前相比,水量統(tǒng)一調(diào)度與調(diào)水調(diào)沙后利津斷面水文情勢有所改善,年極小值流量明顯增加,但是水文過程變化率降低,洪水漫灘過程消失,水文過程趨于平緩。 (3)環(huán)境水流是河流生態(tài)保護與修復的有效管理工具。環(huán)境水流不僅是單獨的生態(tài)環(huán)境需水量或是適宜生態(tài)流量,而是包含多種水文要素特征、具有脈沖式漲落變化的動態(tài)水文過程。目前河口徑流條件在枯水期能夠滿足適宜生態(tài)流量需求；汛前4-5月關鍵期無法滿足魚類產(chǎn)卵繁殖的生態(tài)流量需求與流量脈沖過程；汛期能夠滿足河道輸沙的洪峰量級,但是無法實現(xiàn)淤灘刷槽與漫灘的洪水需求。 (4)采用3S技術與景觀格局指數(shù)分析法,研究了實施調(diào)水調(diào)沙以來河口濕地景觀格局特征的演變趨勢。自2002年以來,濕地水域、蘆葦沼澤、翅堿蓬草甸、河流水體四種景觀類型呈增加趨勢,2002-2010年時期蘆葦沼澤、濕地水域面積分別增加84.81km2、50.92km2,退化的潮灘地、裸地逐步被濕地水域、蘆葦沼澤替代。2002-2010年研究區(qū)域景觀類型多樣性與異質(zhì)性增加,整體景觀破碎化狀況非常微弱,基本保持著自然原貌。從重點景觀類型層次看,濕地水域斑塊聚合度增加,趨向黃河兩側分布；蘆葦沼澤聚集度、連通度、形狀復雜性增加；翅堿蓬草甸斑塊內(nèi)聚力指數(shù)與連接度指數(shù)保持平穩(wěn),灌叢林景觀類型存在一定的破碎化與細化過程。依據(jù)景觀格局指標的生態(tài)學意義及對河口環(huán)境因子的敏感性,從整體景觀、重點景觀類型2個水平選取了關鍵景觀格局指標：景觀水平多樣性指數(shù)、連接度指數(shù)、蔓延度指數(shù)、分離度指數(shù)、形狀指數(shù),重點景觀類型水平連接度指數(shù)、叢聚指數(shù)、分離度指數(shù)、形狀指數(shù)、核心區(qū)面積。 (5)采用相關關系法與逐步回歸分析法,識別影響景觀格局特征的關鍵水文因子,構建了關鍵水文因子與格局指標的定量關系。研究表明,整體景觀水平、濕地水體的景觀格局特征與洪峰過程(流量≥3500m3/s)具有非常顯著的相關性；蘆葦沼澤景觀格局特征與4-5月流量、4-5月水文變化率、極大值流量、洪峰流量過程均具有較強的相關性；翅堿蓬草甸景觀格局指數(shù)與生態(tài)水文指標間的相關性較差。通過逐步回歸法識別的影響濕地景觀格局特征的最關鍵生態(tài)水文因子為Qav-3500。 (6)采用情景分析法,探討景觀格局特征在關鍵水文因子變化情景下的響應規(guī)律,提出了河口濕地生態(tài)修復的水文措施建議。洪峰流量增加500m3/s的情景下,整體景觀多樣性指數(shù)、景觀蔓延度指數(shù)增加,景觀生態(tài)狀況有所改善；濕地水域與蘆葦沼澤景觀類型的核心面積分別增加4.51km2、4.25km2;當4-5月水文退水率降低5%時,蘆葦沼澤連通性增加15.6%。結合本文研究成果與環(huán)境水流需求分析,提出改善河口濕地生態(tài)狀況的水文措施與建議：4-5月適當塑造一定流量脈沖過程,脈沖流量達800m3/s,持續(xù)時間7d以上,退水率降低5%以上；借助黃河調(diào)水調(diào)沙活動,洪峰流量增加500m3/s以上,并盡可能出現(xiàn)洪水漫灘過程。 本文對水文過程與濕地景觀格局特征之間相互關系的研究,豐富與拓展了我國濕地生態(tài)水文學與河流生態(tài)修復理論的理論方法體系。同時,結合黃河口濕地具體情況,初步驗證了水文過程—濕地景觀格局響應的理論框架的合理性與可行性,并為今后黃河口濕地生態(tài)修復提供理論支持與依據(jù)。
【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P901

【引證文獻】

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1 章小輝;村落景觀格局演變驅(qū)動力及其機制研究[D];華中師范大學;2014年

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本文編號：2620688