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1、基于过程的区域水网生态景观系统构建赵进勇 张志昊 丁 洋 张 晶中国水利水电科学研究中国水利水电科学研究院水生态环境所(院水生态环境所(IWHRIWHR)中国水利学会生态水利工程学专委会(中国水利学会生态水利工程学专委会(CEHECEHE)亚洲河流生态修复协作网络(亚洲河流生态修复协作网络(ARRNARRN)2023年04月23日 武汉第八届中国(国际)水务发展论坛汇 报 提 纲一.是什么二.为什么三.怎么做四.小结一、区域水网生态景观系统何为生态景观系统?目之所及,皆为景观。五感:视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。看不见的底层逻辑:生态过程是水系景观动态变化的塑造力。变化之源,皆为过程。一、区域
2、水网生态景观系统一、区域水网生态景观系统引起共鸣、触动内心的是文化。真正强大的力量,往往无形且持久。明月松间照,清泉石上流。-王维一、区域水网生态景观系统飞流直下三千尺,疑是银河落九天。-李白一、区域水网生态景观系统一、区域水网生态景观系统何为区域水网生态景观系统?以风景为门、以生态托底、以文化为魂的自然-社会-经济复合型淡水生态系统。大中小三个空间尺度,过去-现在-未来时间尺度。具有完善的供给、支撑、调节和文化四大类水生态系统服务功能;大地血脉、灵气、宜居、美丽、美好生活等关键词。流域或区域尺度河流廊道或河段尺度场地或场所尺度工程节点尺度大中小四个空间尺度时间尺度(年、季节、时辰)时间尺度(
3、年、季节、时辰)一、区域水网生态景观系统流域或区域尺度一、区域水网生态景观系统基底-斑块-廊道景观格局一、区域水网生态景观系统景观格局后面看不见的生态过程;水文循环过程始终与生物过程交织在一起。一、区域水网生态景观系统 应明确河流-湖泊-湿地流域总体格局中的空间景观定位,保持湖泊、廊道、湿地等各类景观的有机融合,形成既联系又各具特色的自然景观格局;识别生态源地,形成景观生态安全格局的大框架;中小流域综合治理与统筹发展规划;乡村生态空间格局;土地利用;水系类国家公园保护、水系类自然保护区规划等。一、区域水网生态景观系统河流廊道或河段尺度一、区域水网生态景观系统五大生态要素特征及生态过程水文情势时
4、空变异性河湖地貌形态空间异质性河湖三流四维连通性水体物理化学适宜性食物网和生物多样性宜昌水文站2000年长江流量过程与生物过程地貌空间异质性-栖息地多样性五种河型蜿蜒型微弯顺直型辫状型网状型游荡型2023/4/21地貌空间异质性-栖息地多样性深潭与浅滩交错缓流与湍流相间深潭:木质残骸、有机颗粒,鱼类生物量最大浅滩:湍流,富于溶解氧,鱼类产卵场,贝类,小型动物庇护所地貌空间异质性-栖息地多样性河流纵向连通性-上下游连通性河流纵向连通性-上下游连通性营养物质、泥沙输移鱼类洄游,鱼卵和树种漂流传播等2023/4/2120水体物理化学特性需要维持在正常范围,以满足水生生物生长繁殖需要。主要包括:水温、
5、透明度;pH值、溶解氧、营养物(氮磷)、重金属、有毒有机化学品等。水体物理化学适宜性食物网和生物群落多样性河道:鱼类、甲壳类、无脊椎动物,藻类、大型植物构成的食物网。河漫滩:初级生产者-有藻类、维管植物、大型水生植物等。河滨带:生物集群-细菌、无脊椎动物、鸟类和哺乳动物。地貌单元类型多样、干支流功能协调;河湖滨岸应采用景观协调性较好的护岸形式,植物搭配主次分明,富于四季变化,避免采用单调的传统混凝土或浆砌石护岸结构,同时满足道路、人行步道通行要求;滨岸景观应避免人工化、园林化、商业化倾向,保持河湖的自然风貌。尽量减少商业设施和建筑物,避免对自然景观的破坏或环境污染。一、区域水网生态景观系统场地
6、或场所尺度 水动力特性、流场、水位;亲水、滨水人行控导系统;景观偏好;纵向分段-平向分区-竖向分层的滨水蓝绿系统设计模式。一、区域水网生态景观系统 在景观美学功能区营造自然景观,利用河湖水域岸线空间创造亲水环境,使河湖成为休闲、运动、科普、文化教育的公共空间,充分发挥农村水系独有的美学和文化功能,使其成为乡愁的载体。一、区域水网生态景观系统 全球重点流域城市滨水开放公共空间评价 对应SDG指标:11.7.1:按性别、年龄和残疾人划分的供所有人使用的公共开放空间的城市建成区平均比例 所用数据:OSM(Open Street Map)、GEE(Google Earth Engine)、美国国家大气
7、和海洋管理局(NOAA)等 研究空间/时间尺度:世界典型流域,2010年-2020年一、区域水网生态景观系统1、全球重点流域分析与筛选 筛选原则:历史悠久、区位重要、兼顾各大洲。目前已初步确定选择莱茵河、多瑙河、科罗拉多河、密西西比河、墨累达令河等14个流域。确定各流域范围。2、城市滨水开放公共空间评价指标建立3、城市滨水开放公共空间评价结果 利用GIS确定各流域城市区域面积;确定各流域城市区域中滨水公共开放空间;进行城市滨水开放公共空间评价一、区域水网生态景观系统 水利遗产特色生态文化景观的实现模式李云鹏等,李云鹏等,2021一、区域水网生态景观系统 依托水文化形态,构建生态治理与景观规划相
8、统一的实施路径。李云鹏等,李云鹏等,2021一、区域水网生态景观系统小水电生态化改造 修建生态堰坝、增设生态流量泄、放水设施,探索“水电+文化”的发展模式,将废弃电站活化利用,用于开展科普教育。工程节点尺度一、区域水网生态景观系统汇 报 提 纲一.是什么二.为什么三.怎么做四.小结 习近平总书记指出,高质量发展,就是能够很好满足人民日益增长的美好生活需要的发展,是体现新发展理念的发展。十九大报告:社会主要矛盾是人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾;32二、为什么 2018年机构改革,水利部职责中的职能转变包括“维护河湖健康美丽”;水利部党组书记、部长李国英在“三对标、一规划
9、”专项行动总结大会上指出,复苏河湖生态环境是推动新阶段水利高质量发展的实施路径之一。水利高质量发展:以绿色为普遍形态,将生态优先、绿色发展理念贯穿水利高质量发展始终,充分发挥水资源刚性约束制度效能,推进用水方式向集约节约转变,持续改善水生态水环境,有效维护河湖健康生命,加快形成绿色发展方式和生活方式,实现人水和谐共生。二、为什么 污水资源化利用文件,生态补水为六大途径之一,再生水作为第二水资源,城市水系如何有效承接再生水?海绵城市建设,如何有效衔接流域、水系、场所单元等不同尺度,在防洪排涝、生态修复方面发挥更大作用?河流型自然保护区,如何更好权衡水利工程体系和自然保护之间的度?城镇化大背景下,
10、并入或接近城市建成区的水库、灌溉渠道等如何调整功能,融入城市发展?34二、为什么 在资源开采地区,如何有效协调河流生态空间与开采区域的关系?在城市滨水区域,如何提供可持续的景观系统?在乡村地区,水系规划如何改善乡村环境、助力乡村振兴?如何发挥水的纽带作用,促进山水林田湖草沙的一体化修复与系统治理?35多重约束条件下寻求最优解的过程,从生态系统视角重新理解美丽河湖。二、为什么汇 报 提 纲一.是什么二.为什么三.怎么做四.小结三、怎么构建水系生态景观系统3.1流域或区域水系连通3.2生态流量计算3.3三全三可水环境治理策略3.4河流平面形态及布局技术3.5生态护岸技术(横向)3.6河道内栖息地改
11、善工程(纵向)3.7拟自然减渗技术(垂向)技术已在华北地区潮白河、华东地区大彦河、东北地区珲春河和西南地区鹿溪河等地区典型河流开展了推广应用,为水生态系统保护与修复提供技术支持,为河流生态廊道构建提供技术支撑。基于基底-斑块-廊道模式的水文景观格局动态连通性分析在国内较早将图论邻接矩阵方法引入河湖水系连通性定量评价领域,经过了点连通度-边连通度-加权有向连通度-考虑闸坝开合度四个技术迭代阶段,可定量表征水系连通程度及识别排序影响连通性的敏感河段和闸坝,突破了传统上对于水系“连通-不连通”的零和思维局限。河湖水系连通性定量评价软件水文景观格局动态连通度综合指数CECI=0.44CON+0.28C
12、OH+0.16FN+0.11DIV正向+负向景观连通指数 CONNECT=1 1 2=1 100 COHESION=1-pijnj=1mi=1 pij aijnj=1mi=1 1-1 A-1100 FN=Np-1Nc DIVISION=1 2=1=1 分离度破碎化指数斑块内聚力指数连接度指数加权有向图连通度评价软件三、怎么构建水系生态景观系统3.1水系生态连通图论边连通度计算流程形成布局方案水系概化流程多闸坝河渠塘淀河网水系连通性分析现场调研、资料收集河网图模型河道自然和社会属性邻接矩阵的建立加权邻接矩阵相关文献和规划资料水流畅通度矩阵顶点水流通畅度河网加权连通度根据规划前和规划后,从廊坊市四
13、大 水系分析连通度对廊坊市河网连通度定量评价建立加权邻接矩阵属性类别权重系数边权值河道社会属性河道级别1河水功能定位0.58空间位置0.42河道自然属性河道过水能力0.5水面高程差0.5顶点水系连通性=nijfD1j1-n1i河网水系加权连通度=niiDD1n1根据相交分析得加权邻接矩阵 基于图论的平原河网水系连通度定量评价三、怎么构建水系生态景观系统3.1水系生态连通40 扬州市水系连通评价计算当前扬州市水系连通度仅为1。从城区内部水系来看,东部城区处于古运河与京杭大运河之间,七里河、横沟河等河道沟通了古运河和京杭大运河;西部城区处于古运河与乌塔沟及润扬河之间,南部水系也基本相通,但北部骨干
14、河道沿山河与瘦西湖、古运河尚未相通,唐子城护城河尚未贯通,东部沙施河与古运河之间也不连通。对城区河道活水造成了影响。3.1水系生态连通三、怎么构建水系生态景观系统自主开发连通性定量计算软件反映水系连通程度;识别影响水系整体连通性的关键河段和关键闸站。水系提取建立图模型构建邻接矩阵计算边连通度50个节点72条边;计算水系边连通度为2。=nnKGnKGVGk,1,min)(17种删除边的组合,形成孤立节点,从而使连通图变为不连通图;5种删除边的组合,形成悬挂节点,水系无法连通。3.1水系生态连通三、怎么构建水系生态景观系统 扬州市水系连通评价(a)2013 年(常水位)(b)2014 年(高水位)
15、(c)2016 年(低水位)(d)2017 年(常水位)湿地生态水文连通度综合指数与水位关系湿地生态水文连通度综合指数与水位关系湿地不同水位和年份数据处理与景观类型分析不同年份常水位下湿地生态水文连通不同年份常水位下湿地生态水文连通度综合指数度综合指数景观/年份2013 年2017 年湖泊6.277.48河流2.624.61湿地生态水文连通性指标体系指标名称连接度指数CONECT斑块内聚力指数COHESION破碎化指数FN分离度DIVISION权重0.440.280.170.11湿地生态水文连通度综合指湿地生态水文连通度综合指数数:CECI=0.44CON+0.28COH+0.16FN+0.1
16、1DIV指标进行标准化处理和权重确定湿地生态水文连通度 CONNECT=1 1 2=1 100 COHESION=1-pijnj=1mi=1 pij aijnj=1mi=1 1-1 A-1100 FN=Np-1Nc DIVISION=1 2=1=1 分离度破碎化指数斑块内聚力指数连接度指数基于景观指数的湿地生态水文连通性分析:考虑地理上孤立的湿地斑块以及水文过程对连通性的影响,选择连接度指数、斑块内聚力指数、破碎化指数以及分离度4个景观指数建立湿地生态水文连通性指标体系,并构建湿地生态水文连通度综合指数,定量评价湿地生态水文连通性。3.1水系生态连通三、怎么构建水系生态景观系统河湖水系连通规划
17、布局方案优选平台入选2021年度水利先进实用技术重点推广指导目录河湖水系连通规划布局方案优选平台V1.0(2018SR969671)国内外河湖水系连通案例库管理系统V1.0(2017SR430547)河湖水系连通规划布局方案优选平台3.1水系生态连通三、怎么构建水系生态景观系统3.1水系生态连通三、怎么构建水系生态景观系统 建立区域水网水质水量联合调度模型评价方法主要方法评价方式生态基础优点缺点水文学法Tennant、流量历时曲线、水文指标法、7Q10法、RVA法水文指标天然流量和生态系统状况的关系快速、数据容易满足,不需要现场测量标准需要验证、未能考虑高流量水力学法湿周法、R2CROSS法、
18、河道形态分析法河流水力参数生物生产力与河道湿周面积关系简单的现场测量体现不出季节性生境模拟法IFIM法、CASIMIR法生境适宜性曲线生境与生态系统之间的关系理论依据充分未考虑整个河流生态系统的需求,操作复杂整体分析法BBM法、DRIFT法ELOHA法河流生态系统整体性天然流量与生态系统整体性关系尺度研究生态整体性,可与流域管理规划结合需要数据资料复杂,资源消耗大 水文学法适合用于设定初级目标和国家性战略决策,至今仍然是应用最为广泛的方法;水力学法一般需要对河流的断面进行实地调查,该法实际操作比较困难;生境模拟法最具科学性,但对数据要求较高;整体法强调流域系统的整体性,对数据的要求依然很高。3
19、.2生态流量计算三、怎么构建水系生态景观系统 针对河流水文条件、生态特征等,提出河流生态流量或生态水位标准。河湖生态环境需水计算规范(河湖生态环境需水计算规范(SL/T 712SL/T 71220212021)河湖生态系统保护与修复工程技术导则(河湖生态系统保护与修复工程技术导则(SL/T 800SL/T 80020202020)3.2生态流量计算三、怎么构建水系生态景观系统 5.3.5平原河网区河流,可以用水量(水位)作为生态流量表征指标。以断面水质达标倒逼治理体系,具有区域全覆盖、水污输移全过程、山水林田湖草全要素等特点,可实现问题可定位定时识别、措施可落地有效、效果可定量预测,形成科学客
20、观的城市河湖水环境治理方案。构建了面向流域水环境过程综合调控的城市河湖水环境治理三全三可策略体系技术路线:三步走三、怎么构建水系生态景观系统3.3面向流域的城市河湖水环境治理策略体系包括工程前期的河湖全生态要素定量计算方法、河湖水系生态连通规划方法,以及工程运行期的河流生态修复适应性管理决策支持平台等。河流生态修复决策支持系统系统总控、人机交互、输入/输出立项分析项目规划规划实施后评估系统交互层子系统程序信息管理模型数据处理知识管理水文评估水力评估地貌评估生物评估物理化学评估社经生态评估库数据库模型库知识库业务层功能层支撑层河湖水系生态连通规划布局优化系统河流生态修复适应性管理决策支持平台逐步
21、缩小目标差的河流生态修复负反馈调节原理图河湖水系生态连通规划分阶段方法信息滤波和传输信息输出(干预)实施制订目标方案修改完善水文评估物理化学评估地貌评估生物评估水质监测地貌监测生物监测水文监测目标差状态评估系统监测系统目标差评估系统最小方差专家经验模糊评估方案修改机制生态修复规划设计方案河流生态系统生态修复目标多学科合作公众参与利益相关者协调三、怎么构建水系生态景观系统关键阶段分析决策方法库 确定河流廊道空间范围原则:主体功能一致性原则因地制宜原则(人类活动影响状况)“三线”协调原则(生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界)内容:主体功能生态保护、修复需求连接度长度和宽度构成纵向应以其所在区
22、域的水生态功能、各类保护区分布进行合理分区。穿越生态保护红线范围的河段应归属于水生态保护红线范围,严格禁止或限制各类开发建设活动。以植被覆盖状况、人类活动影响程度及土地利用开发方式、限制性要求进行河流廊道分类分段。横向天然河流廊道应包括其某时空尺度下对应频率的水域范围、河流边滩及两岸自然植被带,该范围应包括划定的岸线范围,并包括滨河植被带或满足其功能完整性的地貌景观带已建有堤防的河流,应包含堤防管理范围及堤外护堤地、防护林带,可与堤防保护范围一致;无滨河植被带的河流应根据其周边土地利用类型确定所需缓冲带宽度,并以此确定廊道范围。缓冲带宽度难以实现、受周边土地开发限制的农用地、城镇开发区域内的河
23、流生态廊道宽度应与其岸线范围和城市绿道范围相一致划分方法:三、怎么构建水系生态景观系统3.4河流平面形态及布局技术生态系统的服务功能支持供给调节文化河流廊道的生态功能栖息地通道过滤和屏障源和汇基于水生态分区的河流水生态服务功能类型水源涵养河湖生境形态维护物种多样性保护地表水利用拦沙保土水域景观维护地下水保护地表水功能区划分饮用水源区工业用水区农业用水渔业用水景观娱乐用水区过渡区排污控制区全国生态功能区划生态调节产品提供人居保障水源涵养土壤保持防风固沙生物多样性保护洪水调蓄农产、畜产、水产、林产大城市、重点城镇主体功能梳理 确定河流廊道空间范围三、怎么构建水系生态景观系统河流廊道功能 永定河生态
24、廊道宽度确定及平面形态布局研究根据河流廊道时空变化特征及水文地貌状况,提出基于河流四维连续体-洪水脉冲理论的廊道宽度界定方法;根据永定河泛区情况及其主导功能,建立河流生态廊道宽度界定指标体系;以ArcGIS和MIKE21软件为主要手段,确定不同时间维度下河流生态廊道空间范围;目标层准则层指标层指标因子 指标单位指标含义动态河流生态廊道构建河流廊道功能水源涵养水源涵养指数无量纲表示河道枯水期径流占年径流的比重物种保护物种数量比率无量纲表示保护区的物种数量占全区物种数量的百分比生境维持生态基流量m s-1表示维持河流生态系统运转的基本流量洪水控制洪峰流量m s-1当流域大部分高强度径流汇入时,河水
25、流量增至最大值时的流量洪峰水位m一次洪水历时过程中的最大水位上限值廊道周边土地利用类型自然或人工植被定性以水源涵养和水土保持、水域防护为目的的自然或人工植被占地农业用地定性廊道缓冲带功能以农业面源污染消减为主,占地主要为居民点、农田等城市开发建设用地定性廊道缓冲带功能以城市面源污染消减为主,占地主要为硬化屋顶、道路等人为活动影响城镇开发边界线定量允许城市建设用地扩展的最大边界水生态红线定量保护水生态空间范围内具有重要生态功能、必须强制性严格保护的区域界线永久基本农田控制线定量实施永久特殊保护的耕地景观建设用地定性已存在或规划的景观建设用地堤埝管理范围定量研究区堤埝管理范围 确定河流廊道空间范围
26、三、怎么构建水系生态景观系统上游(入境断面-更生闸)(km)中游(更生闸-永定河橡胶坝)(km)下游(永定河橡胶坝-出境断面)(km)河流廊道横断面示意图380m/s0.631.030.432.031.132.03500m/s0.531.030.701.201.202.201000m/s0.631.530.806.201.203.201420m/s1.032.032.207.201.205.202000m/s2.203.203.208.201.206.202500m/s2.205.205.2010.201.206.20 确定河流廊道空间范围三、怎么构建水系生态景观系统(1)蜿蜒型波长Lm与平滩
27、流量Qb间关系经验公式:Lm=aQbk1式中:Qb为河道平滩流量,m/s;Lm为蜿蜒型波长,m;a、k1为系数。永定河泛区段平滩流量选用3年一遇流量380m/s,选择a为54.3,k1为0.5,因此蜿蜒型波长Lm=54.3*3800.5=1058.50m。(2)蜿蜒型波长Lm与河道平滩宽度W间关系经验公式:Lm=k2W式中:Lm为蜿蜒型波长,m;W为河道平滩宽度,m;k2为系数,选用k2为12.47。河道平滩宽度W=1058.5/12.47=84.88m。(3)曲率半径Rc经验公式。1)Mitsch(2004)建议的公式:Rc=Lm/5(式中:Lm为蜿蜒波形波长,m;Rc为曲率半径,m)2)美
28、国陆军工程兵团(USACE,199)建议的公式:Rc=(1.54.5)W。因此,曲率半径Rc范围为195.22211.70m。(4)半波弯曲弧线长度Z经验公式Z与河道平滩宽度W的关系式:Zk3W式中:Z为半波弯曲弧线长度,m;W为河道平滩宽度,m;k3为系数,选择为10。因此,半波弯曲弧线长度Z=10*84.88=848.8m。波长Lm(m)平滩宽度W(m)曲率半径Rc(m)半波弯曲弧线长度Z(m)干流00蜿蜒度1.3 确定河流平面形态参数三、怎么构建水系生态景观系统针对赤水河干流的125组弯曲河段,统计分析9项参数分布规律,并应用经验关系公式确定地
29、貌特征参数范围。可作为河流生态修复参照样板。弯曲河段形态参数定义k1范围为13.18,20.4k2范 围 为 3.0,5.7,k3为13.8,23.5。系数k1散点分布图指标参数规律分析赤水河干流弯曲河段的蜿蜒度平均数为1.2127。上游:1.2089;中游:1.1890;下游:1.5142蜿蜒波形波长与河道平滩宽度:曲率半径与河道平滩宽度:蜿蜒度蜿蜒波形波长蜿蜒波形振幅曲率半径中心角半波弯曲弧线长度横向偏移度河道转向角平滩宽度 确定河流平面形态参数三、怎么构建水系生态景观系统以浙江丽水瓯江-贵州赤水河为参照样板,通过河床底质与底栖生物多样性现场调查和相关关系分析,建立了包括中值粒径、不均匀系
30、数、曲率系数的原生态河段/河流底质铺设控制标准准则,为其他类似山区河流底质多样性重构提供参数依据。三、怎么构建水系生态景观系统河湖生态修复规划设计准则 岸坡植被系统作用固土:可降低土壤孔隙压力,吸收土壤水分;提高土体的抗剪强度,增强土体的黏结力降低流速,减轻冲刷鱼类、水禽和昆虫等动物提供栖息地 以下河道部位可以考虑不做岸坡人工防护工程坚硬完整岩石裸露的山脚河道凹岸缓流部位高程较高的河滨带天然植物茂盛的部位,可以发挥防冲刷作用V 形河谷三、怎么构建水系生态景观系统3.5生态护岸技术(横向)天然植物护岸 芦苇有降低流速和护岸的功能 柳树发达的根系对土壤有很强的束缚作用,能保持岸坡稳定芦苇和柳树 联
31、排条捆 木桩、联排条捆主体和竖条捆组合而成的结构 把雨水排入河道,柳树群成为良好的栖息地 适宜在水深 1.0m 左右的水边木桩护岸联排条捆三、怎么构建水系生态景观系统 芦苇和柳树 植物纤维垫(毯)采用天然植物纤维制成(也可用土工格栅加筋),可结合植物一起用于河道岸坡防护。可用活木桩固定,下层为混有草种的腐殖土,并覆盖一层表土,在表土层内撒播种子,并穿过纤维垫扦插活枝条 适用于水流相对平缓、水位变化不频繁、岸坡坡度缓于 1:2 的小型河流 设计中应保证植物降解时间大于形成植被覆盖所需的时间;纤维垫的厚度,撕裂强度及其在紫外线照射、酸碱作用后下降程度,最大允许等效孔径O95,要符合要求;应选择多种
32、本土草种;扦插的活枝条、活木桩也有一定的要求三、怎么构建水系生态景观系统 土工织物扁袋三、怎么构建水系生态景观系统三、怎么构建水系生态景观系统 植生式生态挡墙护岸 可与植被结合的石笼类护岸 铅丝笼 用六边形网目的钢丝笼子(网箱),笼中填块石或卵石,置于岸坡上,用以护岸 具有柔性,能够适应地基轻微沉陷。其多孔性特征使得水下部分成为鱼类和贝类的栖息地。笼内填土后可以种植植物,形成近自然景观 铅丝笼用途广泛,其坡面坡度适用范围为 1:11:2,优先考虑易于获取卵石材料的河段。为防止铅丝严重锈蚀,pH 值小于 5 的河段、Cl-浓度达 450mg/L 以上的河段或土壤为黑色有机质混合土壤的河段,不宜采
33、用三、怎么构建水系生态景观系统 预制混凝土块用钢缆或聚酯缆绳连接,或通过混凝土块相互连接,铺于岸坡上。结构底面铺设土工布或碎石作反滤层和垫层 混凝土块的孔洞面积率满足充填表土或砾石材料的要求,允许植物生长发育,能够改善岸坡栖息地条件,提升自然景观效果 适用于流速较高和风浪淘刷侵蚀严重、坡面相对平整的河道岸坡 混凝土材料有强度、耐久性要求,混凝土搅拌时可加入适量的醋酸木质纤维三、怎么构建水系生态景观系统 多孔透水混凝土构件 有助于创建具有多样性特征的水深、底质和流速条件。卵石是很好的掩蔽物,其背后的局部区域是生物避难和休息场所。有助于形成相对较大的水深、湍流以及流速梯度,曝气作用能够增加溶解氧。
34、Atlantic salmon parr in cobble habitat卵石群布置示例卵石群的平面排列三、怎么构建水系生态景观系统3.6河道内栖息地改善工程(纵向)河道内栖息地改善工程卵石群树墩用于河道内栖息地改善三、怎么构建水系生态景观系统 河道内栖息地改善工程树墩和原木构筑物 丁坝的功能 防洪、护岸、维持航道 调节水流的流速和水深,增加水力学条件的多样性,创造多样化的栖息地 促使冲刷或淤积,形成微地形 洪水期,丁坝能够减缓流速,为鱼类和其他水生生物提供避难所 连续布置的丁坝之间易产生泥沙淤积,为柳树等植物生长创造条件三、怎么构建水系生态景观系统 河道内栖息地改善工程丁坝 W 形堰,圆木
35、堰W 形堰圆木堰三、怎么构建水系生态景观系统 河道内栖息地改善工程堰 河床基质重构减渗层上垫面采用细粒土回填而得,压实系数为0.90减渗体主土料为粘土,掺比钠基膨润土,厚度共200mm生态层无纺布面密度为500g/m2生态填料包括由碎砖粒、陶粒、沸石均匀掺混形成的填料保护层主体卵石的粒径为3575mm;厚度共200mm上部砾石群包括37块砾石,间距15100cm砾石群保护层生态层减渗层颗粒粒径增大三、怎么构建水系生态景观系统3.7拟自然减渗技术(垂向)生态控渗技术试验材料:素土:取自研究区河床底质漫滩区,主要成分为粉土、粉质黏土膨润土:钠基膨润土、人工钠基膨润土、钙基膨润土植物纤维:椰壳纤维、
36、剑麻纤维试验仪器:包括恒压供水马氏瓶结构和监测记录设备等。工程特性试验研究:无侧限抗压试验冻融试验:在河道水量和入渗之间寻找平衡点,通过实验确定自然材料类型、掺量、单层和多层级配等参数,分区制定强渗、弱渗结合的平原河流河床合理渗透系数组合。三、怎么构建水系生态景观系统 河床基质重构 生态控渗技术减渗配比方案:减渗配比方案:方案方案1:强度和减渗性能最高,适用于水位较高、减渗需求高、冲刷较:强度和减渗性能最高,适用于水位较高、减渗需求高、冲刷较强的地区;强的地区;方案方案2:具有适中的强度和减渗能力,适用于大多数地段,可以有效减:具有适中的强度和减渗能力,适用于大多数地段,可以有效减渗并满足一定
37、地下水补给需求;渗并满足一定地下水补给需求;方案方案3:适用于地形平缓,水头不高,地下水补给要求高的地区。:适用于地形平缓,水头不高,地下水补给要求高的地区。渗流模拟计算通过Geo Studio SEEP/W软件模拟了研究区典型河道断面采取不同减渗方案条件下的渗流状况,分析了渗流过程中的压力水头分布、渗流路径等渗流特性方案方案水位(水位(mm)0.30.31.21.22 2无措施无措施单宽渗流量(m3/s)6.376E-086.018E-071.423E-06方案方案1 1单宽渗流量(m3/s)2.819E-082.359E-074.436E-07减少率(%)55.860.868.8方案方案2
38、 2单宽渗流量(m3/s)5.393E-094.418E-088.314E-08减少率(%)91.592.794.3方案方案3 3单宽渗流量(m3/s)3.295E-092.683E-085.048E-08减少率(%)94.895.596.5三、怎么构建水系生态景观系统 河床基质重构 生态控渗技术研发了多类别多尺度生态友好型水工程建设技术和工艺材料工具箱 入河污染物总量控制 湖 库富 营养 化防治 小流域治理 河流纵向连通性修复 河流横向连通性修复 河流垂向连通性修复 改善水库调度方式调节 改善闸坝调度 水库分层取岸边带保护与修复 河流连通性恢复 河湖基底生态整治 蜿蜒性修复 水质改善 河流地
39、貌修复 水文情势修复 生物多样性保护 洄游通道保护措施 鱼类栖息地保护与修复 濒危珍稀特有物种保护 环境水流计算 生态调度 生态补水 重要湿地保护 曝气 推流 生物浮岛 退田还湖 鱼道 升鱼机 缓冲带构建 生态护岸构建 近岸植物带修复 地下生物廊道 生物治污技术 生物操纵技术 入库面源污染控制 河道补水 地下水补给 深潭浅滩序列 越冬场产卵场索饵场 改善 增殖放流 生态基流 自然水文过程需水 人工湿地 洄游通道保护 过鱼设施 植物材料 土 工 合成材料 石笼 栅栏 生态铺设 底泥资源化 生态疏浚 生态水利工程工具箱 包括河流廊道修复工程、湖泊湿地生态修复工程、河湖水系连通工程等类型。河流廊道全
40、覆盖立体式自然化修复技术河湖水系连通工程技术湖泊湿地生态修复工程技术三、怎么构建水系生态景观系统生态友好型水工程建设技术工具箱针对形成合理水面需求,以及安全、净水、生态和景观多目标统筹,利用模型试验、L、F方程拟合、数值模拟等研究方法,确定堰体形态、填料组合、堰群布局等方面技术参数,尝试水利、生态、环境和景观工程的结合。仿生式多组合生态净水堰平原河流河床自然材料生态控渗技术在河道水量和入渗之间寻找平衡点,通过实验确定自然材料类型、掺量、单层和多层级配等参数,分区制定强渗、弱渗结合的平原河流河床合理渗透系数组合。三、怎么构建水系生态景观系统植被在生态护岸工程中经常被作为一种工程材料,针对如何合理
41、选择类型、草灌乔配置、位置以及生长期和其他硬性材料的匹配性问题,现场观测分析和数值模拟。岸坡复合植被根系加筋锚固对引水式电站拦河闸坝或溢流堰体进行局部改建,确定高度、坡度、表面粗糙度、表层结构材料类型等技术参数,形成“鱼坡式溢流坝段”。引水式电站鱼坡式溢流坝段生态改造技术s=4CwAS/AO.tot 三、怎么构建水系生态景观系统汇 报 提 纲一.是什么二.为什么三.怎么做四.小结四、小结 区域水网的安全、生态、美丽等多个方面,互为补充的关系,螺旋上升;深刻理解“水是生命之源、生产之要、生态之基”,需要学科交叉创新;向各行业学习请教,互相启发,共同推动科技创新,助力经济社会高质量发展。澳大利亚
42、布里斯班,2019年10月四、小结生态健康-景观优美-文化彰显-宜居幸福的生态水网,将多学科高度融合,达到“虽为人作 宛如天开”的整体效果,融入区域经济发展,将水系打造为当地的名片,提升区域竞争力。四、小结区域水网生态景观系统的定位和愿景2013年出版四、小结2019年3月出版四、小结生态水工学概论被列为:工程教育专业认证教材 普通高等教育“十三五”系列教材2020年3月出版在中国水利学会2021学术年会水利工程教育专业认证分会场,应邀做报告生态水工学进展及其对新阶段水利人才培养的支撑作用探讨四、小结 书名:河湖水系连通生态模型、规划方法和工程实践 中国水利水电出版社2021年7月出版四、小结水利部网站 生态水工学专栏http:/ 生态水利工程学专委会微信公众号:请您多多指正!