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水电开发对山区河流生态系统影响模型及应用研究

关注热度:123   来源:新能源学术论文  作者:郑江涛
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【摘要】:水电开发不仅可以充分利用水资源,还直接关系到国家节能减排目标的实现和能源可持续发展战略的实施。中共中央、国务院在“十二五”规划纲要中强调,要加强生态系统保护,维护区域资源环境承载力,加大环境保护力度和资源节约与管理。因此,如何在获取水电开发最大经济效益的同时,又科学、合理地评价其对河流生态系统的影响,实施“在开发中保护,在保护中开发”,实现经济、社会、资源与环境的协调、可持续发展已成为一个重大的现实问题。 我国的山区河流具有丰富的水资源和巨大的开发利用潜力,在全国水资源和水能资源的配置格局中占有非常重要的战略性地位。山区河流的水电开发及其对生态系统的影响是复杂而特殊的。本文以怒江流域为研究实例,从山区河流生态系统健康、可持续发展能力、生态承载力、梯级开发对河流水温的影响、水电开发的水足迹等方面深入研究了水电开发对山区河流生态系统的影响,并取得了如下主要成果: (1)水电开发对山区河流生态系统健康与可持续发展能力影响模型的研究及应用。通过分析山区河流的基本特征,从山区河流生态系统的自然生态功能和人类服务功能出发,分别构建了山区河流生态系统健康和可持续发展能力评价指标体系,建立了基于投影寻踪和改进遗传算法的山区河流生态系统健康影响模型及基于信息熵和逼近于理想解排序法的山区河流生态系统可持续发展能力影响模型,并将其应用于怒江生态系统的研究中。通过实际应用表明,所建指标体系和评价模型合理可行,具有很强的实用性。结果显示,在怒江地区进行适当的水电开发,能有效地改善山区河流生态系统对人类的服务功能,改善了整个山区河流生态系统中河流系统和两岸山地系统的极度不平衡,使整个山区河流生态系统朝着更有利、更健康的方向发展;水电开发和旅游开发后,怒江生态系统可持续发展能力均有不同幅度的增加,且前者增幅较后者大,二者协同开发可以使基础设施更加完善、居民收入更高。 (2)水电开发对山区河流生态系统生态承载力影响模型的研究及应用。基于生态系统健康的生态承载力理念,提出水电开发对区域生态承载力影响的评价指标体系,建立了基于投影寻踪和改进遗传算法的计算模型。以怒江州为例,深入分析了水电开发对生态承载力的影响,以水电效益最大化与环境负影响最小化之间的最佳平衡点为追求目标,探讨水电开发与生态环境协调发展、相互促进的条件与模式。研究结果表明,在怒江中下游“一库四级”水电梯级开发模式下,怒江的水电开发对怒江州区域的生态承载能力有一定的积极影响。 (3)水电开发对河道水温影响模型的研究及应用。基于MIKE11软件,建立了一维水温模型和立面二维水温模型,为河道水温的预测提供了一条有效的途径。并以怒江流域为例,进行了天然河道水温数值模拟和“一库四级”梯级开发下的库区及河道下泄水温变化的预测,研究了怒江水电工程对河道水温的影响规律、库群形成状态与河道水温的关系、水库调度方式等对河道水温的累积影响;最后针对冷水下泄问题提出相应对策,为怒江水电运行的水温控制提供有力的技术支撑。 (4)水电开发中水足迹研究。将水足迹分析法应用到山区河流梯级水电开发的水资源消耗评价中,通过评估怒江梯级干流电站的水足迹,研究其在发电过程中消耗的水资源数量,对于尚未建设的怒江干流梯级电站,具有重要参考价值;同时拓宽了水电开发的水资源利用评价思路和方法,具有重要的理论和现实意义。
【关键词】:水电开发 山区河流 生态系统 影响模型 应用研究
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X143;X171
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-16
  • 第1章 绪论16-29
  • 1.1 选题背景及研究意义16-19
  • 1.2 国内外研究进展19-26
  • 1.2.1 河流健康评价研究进展19-20
  • 1.2.2 考虑流域健康的水电开发研究进展20-22
  • 1.2.3 生态承载力研究进展22-23
  • 1.2.4 水库水温研究进展23-25
  • 1.2.5 水足迹研究进展25-26
  • 1.3 本文主要研究内容和技术路线26-29
  • 第2章 山区河流生态系统分析的基本理论与方法29-42
  • 2.1 引言29
  • 2.2 山区河流的概念及特性分析29-31
  • 2.2.1 山区河流的概念29-30
  • 2.2.2 山区河流的特性分析30-31
  • 2.3 山区河流生态系统分析31-33
  • 2.3.1 生态系统的概念31
  • 2.3.2 山区河流生态系统的概念31-32
  • 2.3.3 山区河流生态系统的基本特征32
  • 2.3.4 山区河流生态系统的结构、功能分析32-33
  • 2.4 山区河流生态系统健康与可持续发展33-36
  • 2.4.1 山区河流生态系统健康的内涵33-34
  • 2.4.2 山区河流生态系统可持续发展的内涵34-35
  • 2.4.3 基于生态系统健康的生态承载力内涵35-36
  • 2.5 水温预测方法36-38
  • 2.6 水电开发中的水足迹计算方法38-41
  • 2.6.1 水足迹内涵38
  • 2.6.2 水电开发中水足迹的计算方法38-41
  • 2.7 本章小结41-42
  • 第3章 山区河流生态系统健康与可持续发展影响模型及应用42-64
  • 3.1 引言42-43
  • 3.2 影响模型43-56
  • 3.2.1 评价指标体系的建立43-47
  • 3.2.2 水电开发对山区河流生态系统健康影响模型47-52
  • 3.2.3 水电开发对山区河流生态系统可持续发展能力影响模型52-56
  • 3.3 实证研究56-63
  • 3.3.1 水电开发对生态系统健康影响的实证研究56-59
  • 3.3.2 水电开发对生态系统可持续发展能力影响的实证研究59-63
  • 3.4 本章小结63-64
  • 第4章 水电开发对山区河流生态承载力影响模型及应用64-75
  • 4.1 引言64-65
  • 4.2 基于生态系统健康的生态承载力65
  • 4.3 影响模型65-69
  • 4.3.1 水电开发对山区河流生态承载力影响评价指标体系的建立65-67
  • 4.3.2 水电开发对山区河流生态承载力影响模型67-69
  • 4.4 实证研究69-73
  • 4.4.1 水电开发对怒江生态承载力影响研究的必要性70
  • 4.4.2 数据来源70-71
  • 4.4.3 结果分析71-73
  • 4.4.4 调控措施建议73
  • 4.5 本章小结73-75
  • 第5章 水电开发对河道水温影响模型及应用75-111
  • 5.1 引言75
  • 5.2 影响模型75-85
  • 5.2.1 水库水流演进计算方法75-76
  • 5.2.2 水库水温结构判别方法76-78
  • 5.2.3 天然河道平均水温预测分析78-81
  • 5.2.4 库区立面二维水温预测分析81-84
  • 5.2.5 水温预测及影响分析步骤84-85
  • 5.3 实例分析85-110
  • 5.3.1 怒江天然河道水温模拟计算86-90
  • 5.3.2 水库联合调度计算与分析90-95
  • 5.3.3 马吉电站水库水温预测分析95-103
  • 5.3.4 梯级开发水温变化预测分析103-107
  • 5.3.5 水温影响及对策研究107-110
  • 5.4 本章小结110-111
  • 第6章 水电开发中水足迹研究111-117
  • 6.1 引言111-112
  • 6.2 水电开发中的水足迹模型112
  • 6.3 实例研究112-116
  • 6.3.1 数据来源113-115
  • 6.3.2 结果与讨论115-116
  • 6.4 本章小结116-117
  • 第7章 结论与展望117-120
  • 7.1 结论117-118
  • 7.2 展望118-120
  • 参考文献120-134
  • 攻读博士学位期间发表的论文134-136
  • 攻读博士学位期间参加的科研工作136-137
  • 致谢137-138
  • 作者简介138


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关键词: 水电开发

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