長江流域水生態調劑水電平台與長江模仿器研發
中國網/中中山區 水電國發展門戶網訊 黨的十八年夜以來，黨中心把推進生態文明建設放在凸起地位，2018年3月，十三屆全國人年夜一次會議通過憲法修改案，將新發展理念、生態文明和建設漂亮中國的請求載進憲法，確立了生態文明的憲法位置。構建生態文明體系，完美生態文明領域的統籌協調機制，促進經濟社會發展的周全綠色轉型，是“十四五”期間國家發展的主要任務。
2014年，長江經濟帶建設成為新時期國家發展嚴重戰略。2016年、2018年、2020年、2023年，習近平總書記先后在水電網重慶、武漢、南京、南昌掌管召開推動長江經濟帶綠色發展座談會，確定了“共抓年夜保護、不搞年夜開發”“生態優先、綠色發展”的整體方針，突顯了長江經濟帶高質量綠色發展在國家生態文明建設中的戰略位置。2019年以來，生態環境部、國家發展和改造委員會聯合開展了長江保護修復攻堅行動計劃，流域水環境質量獲得明顯改良，水生態退步獲得初步遏制，但面源淨化把持不力、湖泊濕地萎縮、生物多樣性損掉等問題仍然凸起。受氣候變化和人類活動的影響，未來長江流域生態保護形勢仍然嚴峻復雜，水環境管理和水生態修復任務仍然面臨宏大挑戰。2021年3月1日，《中華國民共和國長江保護法》正式實施。貫徹落實《長江保護法》，在科學統籌的條件下進行流域系統管理，最終實現長江流域生態優先下的高質量綠色發展，有2項主要任務需求盡快開展：國家層面的全流域協調機制要盡快樹立，加強科技創新的引領感化，支撐流域生態環境修復保護和綜合治理的流域水系統模擬調控裝置需求盡快建設。
針對全球變化帶來的生態與環境問題中山區 水電行，國內外學者提出和發展了一系列大安區 水電地球系統模子（ESMs）。以全球年夜氣動力學形式為基礎，耦合陸地、陸地、冰凍圈等動力學形式，旨在預測、重構和深刻懂得全球氣候變化過程，評估氣候變化對生態和環境的影響。2002年3月，japan(日本)建成地球模擬器（ES），今朝已發展至ES4版本。2012年，american國家年夜氣陸地局地球物理流體動力學實驗室開發了地球系統模子（ESMs）。2018年，american動力部主導發布了E級動力地球系統模子（E3SM），關注點除氣候變化預測外，還將評估氣候變化對動力基礎設施帶來的壓力。2020年，瑞士年夜氣和氣候科學研討所發展了一個模塊化地球系統模擬器（MESMER）。2010年，曾慶存等針對國際上地球系統動力形式研討的趨勢，提出發展我國的地台北 水電球系統動力學形式。2022年10月，中國科學院年夜氣物理研討所聯合清華年夜學，正式建成“地球系統數值模擬裝置”，對深刻懂得氣候變化對全球及中國區域環境的影響意義嚴重。2021年，于貴瑞等提出打造“陸地生態系統數值模擬器”，發展基于“多源數據剖析—生態過程模擬—時空格式評估—生態預測預警”于一體的年夜陸標準的陸地生態系統模擬剖析裝置，作為中國國家生態系統觀測研討網絡的嚴重基礎設施建設內容。但現有的地球系統模擬器側重于整個地球系統的刻畫，空間辨別率較粗。例如，“地球系統數值模擬裝置”的最地面間辨別率今朝為5 km，不克不及精細刻畫空中生態水文過程，也不克不及精細刻畫人為活動與治理辦法對流域生態水文過程的影響，而這些過程的精細模擬對流域水環境水生態的評估、預警、調控必不成少。
2019年頭，中國科學院啟動了“漂亮中國生態文水電網明科技建設工程”戰略性先導科技專項（A類），此中項目4“長江經濟帶支流水環境水生態綜合管理與應用”重要針對以水為紐帶的長江經濟帶高質量綠色發展所亟待解決的水生態和水環境問題。研討團隊率先提出“長江模擬器”構想，在流域信息空六合一體化監測基礎上，發展流域水系統綜合模擬系統，為流域水系統調控和統籌治理供給綜合的技術計劃。本文重要針對長江流域水生態問題進行分析，介紹了長江模擬器在流域水生態調度方面的研討和模擬實踐，希冀為長江流域水生態調度治理供給參考。
長江流域水生態現狀與重要問題
長江水系具有非常主要的生態服務效能，是中華平易近族永續發展的主要支撐。長江流域水生生物多樣性甚高，有魚類400余種（海水348種，特有166種）、兩棲動物145種（特有49種）、軟體動物296種（特有197種）、水生維管制植物298種，是非常主要的種質資源庫，支撐流域海水魚產量超過全國的70%，為世界的40%。受強烈的人類活動和氣候變化的綜合影響，長江流域正面臨著部門區域水資源缺乏、水淨化嚴重、水生態受損等問題，成為制約區域社會可持續發展的主要原因。5萬余座水庫總庫容占到了全流域地表徑流總量的37%，極年夜地改變了長江流域水循中正區 水電環特征和水生生物棲息地環境。
長江流域水生態的重要問題，凸起表現為水生生物多樣性降落。今朝，長江流域白鱀豚、白鱘等珍稀物種基礎滅絕，不少魚類（約30%）、鳥類、貝類等動物瀕危；中華鱘、達氏鱘、胭脂魚、四大師魚等卵苗量年夜幅減少，江湖捕魚產量近50年降落了近80%；江豚數量近20年減少了80%，現僅存1 249頭。長江流域水生態問題在上中下流有分歧的表現，歸納綜合為4個方面。
下游梯級水庫群惹起的水生態問題
長江下游流域水能資源豐富，金沙江中下流梯級水庫群、雅礱江流域梯級水庫群已陸續建成，為國家經濟社會發展供給了穩定的動力支撐。但梯級水庫群建設也顯著改變了水生生物的生境，凸起表現為2個重要問題。
總消融氣體過飽和問題對魚類的影響持續存在。高壩運行使得總消融氣體（TDG）過飽和成為一個嚴重的水環境問題。2014年，溪洛渡壩下持續1周多的TDG過飽和水流導致下流向家壩庫區10×104 kg魚類逝世亡。而梯級水庫群聯合調度可導致TDG過飽和持續時間長，以及過飽和程度較高的累積效應。采用流動動力學模子模擬預測TDG過飽和的發生分布，優化水電站發電形式和運行調度方法，是今朝解決梯級水庫群高壩泄流TDG過飽和問題的最優方法。
梯級水庫群對魚類生物多樣性的晦氣影響持續存在。梯級水庫群建設導致下游河流水文情勢顯著改變（包含流速下降、水溫分層改變等）、魚類洄游通道阻斷台北 水電行、魚類生境破裂化等問題持續存在，魚類多樣性顯著下降。溪洛渡和向家壩電站運行后，綏江斷面魚類物種數由54種降落至35種。2018年在長江下游珍稀特有魚類國家級天然保護區宜賓段的調查結果表白，原有36個產卵場中，效能部門退步、嚴重退步的占到了61%。建築過魚設施、建設保護區和人工產卵場、水庫生態調度、生境替換等辦法的綜合采用，將是建設綠色水電和魚類保護相結合的最好大安區 水電行形式。
三峽庫區水生態問題
三峽水庫因防洪、發電等需求，其水位調節強度和頻度都比較強烈，產生了一系列的水環境水生態問題。重要體現為庫區消落帶、主流回水區和庫區自己3個方面。
庫區消落帶水土流掉與植被退步問題。消落帶水位落差高達30 m、水淹時間長、反季節水位波動頻繁，導致原有植被年夜規模退步，產生了較嚴重的水土流掉問題。近年來通過一系列的生態修復與工程管理辦法，消落帶生態系統安康絕年夜部門呈現出逐年穩定與改良的趨勢，但庫首和庫尾消落帶管理仍需加強。
庫區主流回水區水華問題。三峽工程蓄水后，主流回水區因營養鹽輸進及水文情勢的改變，即出現水華問題。改變庫灣水動力及生境條件，三峽水庫采用潮汐式生態調度，成為台北 水電 維修克中正區 水電制庫灣區水華的有用方法。但“花兒？”藍媽媽一瞬間嚇得瞪大了眼睛，感覺這不像是女兒會說的那樣。 “花兒，你不舒服嗎？為什麼這麼說？”她伸手庫區水華預測預警、主流水體營台北 水電行養鹽把持仍需加強。
庫松山區 水電區魚類生物多樣性衰減問題。水庫蓄水后，原有部門產卵場被淹沒台北 水電 行，庫區魚種資源不斷減少。據調查，庫區支流魚種數由20世紀80年月的140—200種降落至2013—2015年的84種。魚類資源的衰減與恢復，仍需深刻研討其成因及恢復機制。
中下流水生態問題
中下流地區水生態系統深受水利工程、河湖采砂、圍墾造田等人類活動的影響，其水生態問題凸起表現為3個方面。
河湖水文情勢改變及對水生生態系統的晦氣影響。水庫調蓄及其導致的河床下切改變了支流和通江湖泊的水文節律，對水生生態系統產生了主要影響。三峽水庫運行后，壩下年徑流總量下降了6%—10%，壩下年均輸沙量減少了63%—80%。出庫泥沙偏細，導致壩下河床沖刷下切，年夜通河段汛期同流量水位降落0.1—1 m。顯也正因為如此，她在為小姐姐服務的態度和方式上也發生了變化。她不再把她當成自己的出發點，而是一心一意地把她當成自著改變的河湖水文情勢和水溫體制，破壞了水生植物生長條件及魚類洄游產卵和發育條件，并下降了水體自凈才能。三峽水庫壩下支流春季水位的疾速上升影響濕生和挺水植物的萌發，導致水鳥和魚類棲息地發生較年夜改變，從而影響魚類和水鳥等動物資源。中游河流的堤防工程、裁彎取直工程、堵叉工程、洲灘種樹工程，使得河流渠化，減少了水生生物的棲息空中積，水生生境異質性下降，下降水生生物多樣性。
湖泊圍墾破壞了水生生態系統的完全性。湖泊的不斷圍墾和泥沙淤積及沿湖建設，導致湖泊濕空中積不斷萎縮、湖濱帶效能退步，水生和沿岸植被闌珊，下降了湖岸帶淨化物攔截和消減內源淨化的才能，破壞了湖泊生態系統完全性。
河湖采砂和航道整治對水生生物棲息地的破壞。河湖采砂和航道整治顯著改變河湖水文地貌和水文過程，破壞了底部棲息地，對底棲動物和水生植物形成宏大影響。采砂導致的懸浮物濃度增添，下降了水體通明度，對浮游生物和水生植物都有較年夜影響。
典範通江湖泊的水生態問題
長江中下流淺水湖泊歷史上均與支流相通，構成江湖復合生態系統，從而成為世界罕有的海水物種資源庫。可是，20世紀50年月以來，江湖筑壩建閘嚴重影響了江湖系統的側向水文連通，只剩下洞庭湖、鄱陽湖堅持通江狀態。今朝，洞庭湖、鄱陽湖受水利工程調蓄、湖泊圍墾等人類開發行為的影響，湖泊濕地年夜規模喪掉，江湖水沙交換關系和江湖水動力學特征發生較年夜改變，進而影響到湖泊水生態系統的完全性，形成生物多樣性降落和湖泊水質降落等嚴峻的水生態問題，重要表現為4個方面。
部分湖區藻華風險較高。鄱陽湖都昌、軍山湖、康山湖、撮箕湖、戰備湖等湖區水面均觀測到年夜面積的藍藻湊集。尤其是東部湖灣，相對其他湖區而言，水流較緩而總磷、總氮濃度較高，已發生屢次水華湊集現象。東洞庭湖也因水流緩慢而面臨較高的水華風險。
沉水植被年夜幅度減少。受水面萎縮影響，通江湖泊部門湖區水生生境向陸生生境演替，沉水植被面積年夜幅縮減，群落結構簡單化、多樣性下降。
底棲動物多樣性、完全性降落。鄱陽湖底棲動物優勢種由年夜型軟體動物逐漸演變成小型軟體動物和昆蟲類，多樣性降落明顯；而洞庭湖底棲動物完全性也呈顯著降落趨勢。
干旱脅迫下魚類和江豚遭到威脅。周全禁漁之后，捕撈壓力減小，魚類資源量增添，江豚數量也呈上漲趨勢。但受近年來頻繁低枯水及旱澇急轉影響，通江湖泊退水速度加速、水位驟降，使得部門來不及回退的江豚和魚類滯留于低洼水體，干松山區 水電行涸而逝世。
長江流域水生態調度重要實踐與問題
三峽水庫蓄水以來，科研人員即開始關灌水庫的生態調度問題。程根偉等提出堅持河道洪水節律、維持高低游輸沙均衡、促進庫區水量交換、實現防洪補償調節的生態調度目標。郭文獻等從壩下河流環境流量、中華鱘產卵期水文水動力需求、四大師魚產卵期需求進行了量化剖析，討論了三峽水庫生態調度目標。2011—2020年，長江水利委員會在三峽水庫共開展了14次促進壩下江段四大師魚天然滋生的生態調度試驗。除2016年、2020年生態調度期間沒有出現年夜規模滋生以外，其他年份生態調度的實施對促進產漂流性卵魚類滋生起到了積極的感化。2020—2021年，漢江水利水中山區 水電電集團在丹江口-王甫洲區間開展了3次生態調度試驗，針對伊樂藻等沉水植物過度生長，在保證北調水量的條件下，采取加年夜下泄流量的方式，對沉水植被生長進行擾動，有用克制了王甫洲庫區的水草增長。
從三峽水庫的生態調度實踐看，其調度目標仍比較單一，僅考慮四大師魚的產卵需求。實際上，除產卵外，魚類資源恢復還必須足夠年夜的餌料生物豐富的肥育水域。剛孵化的魚苗必須到浮游動物豐富的緩流或靜水環境，否則魚苗到幼魚（10—20 cm）的成活率相差成千上萬倍。食性轉換后的幼魚、亞成魚和成魚攝食浮游生物、底棲動物或水生植物，其水文需求與餌料生物的類似，也需求流速較低的環境。是以，未來流域生態調度還應考慮以滿足多數魚類生涯史全過程及所需餌料生物（重要是漫灘植物）的水文過程需求為目標。
長江模擬器的研發與河流水生態調度設想
長江模擬器的研發
長江模擬器，是指以長江流域為對象，以流域水循環為紐帶，將天然過程與人文過程相耦合的流域模擬系統及科學裝置。長江模擬器強調長江上、中、下流及湖庫—岸線—城市群的互聯互動，強調防洪、發電與水生生物保護等目標相結合的聯合調度，以“清楚過往長江、認識現在長江、瞻望未來長江”為目標，具有“監測—模擬—評估—預警—決策—調控”一體化效能。經過近5年的摸索，基礎構成了長江模擬器建設的系統框架（圖1），并從感知體系、模擬體系和服務體系建設著眼，構成了長江模擬器的初代產品。
在感知體系建設方面，初步構成了流域空六合一體化監測監控體系。研發了基于連續精細接收光譜的接觸式水下原位水質探測系統和基于反射式高光譜成像技術的空、地基水質探測系統，今朝已在三峽庫區噴鼻溪河站和鄱陽湖區實現了實時水質指標的在線連續高頻觀測。采用遙感解譯的方法，獲取了鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪湖1987—2021年長序列水質時空變化數據，獲取了武漢、重慶、上海、長沙等典範城市黑臭水體數據，制作了長江畔流水質月標準解譯產品，獲取了近40年來長江畔流岸線的時空變化數據。與環境監測部門初步樹立了數據共享一起配合機制，聯合打造長江流域水生態水環境監測信息平臺。
在模子體系建設方面，構建了長江畔流水系統綜合模擬與調控平臺。發展了流域分布式生態水文模擬模子、流域面源淨化模擬模子、三峽水庫水動力-水質-調度耦合模子、長江中下流支流水動力-水質耦合模子、鄱陽湖及洞庭湖二維水動力模子、長江畔流典範河段水生態模擬模子、長江畔流典範城市水系統模子等專業模子。專業模子耦合模擬的精度獲得了檢驗，在清溪場、萬縣、城陵磯、漢口、湖口、年夜通6個關鍵斷面，流量、水位模擬的納什效力系數達到0.70以上，模子耦合模擬精度達到了預期。
在各專業模子的開發基礎上，研發了長江模擬器軟件平臺，分專業版和決策版（圖2）。軟件平臺專業版中，各模子既可獨立運行，也供給各轎子的確是大轎子，但新郎是步行來的，別說是一匹英俊的馬，連一頭驢子都沒有看到。模子耦合模擬定制化環境。軟件平臺決策版中，實現了長江模擬器“監測—模擬—評估—預警—決策—調控”一體化效能，已開發了監測監控、面源淨化、水循環、水生態、岸線、城市群、調控決策7個模塊。監測監控模塊中，實現了項目示范區和三個湖泊試驗站實時在線水質監測數據的接進展現，接進了全流域水文實時監測數據。水循環模塊中，模擬剖析了近40年和未來30年全流域水文循環的時空變化特征；基于15天短期天氣預報數據，實現了流域水文情勢的滾動預報，可預報各水文響應單元的產流、泥土濕度、蒸散發變化，預報干主流關鍵斷面的流量、水位變化，預報鄱陽湖、洞庭湖的水情變化。湖庫模塊中，模擬了洞庭湖、鄱陽湖近40年和未來30年湖泊水文水動力過程，并可模擬鄱陽湖建閘的水文情勢變化及其對候鳥棲息地的影響。岸線模塊中，獲取了中下流支流陸向和水向岸線質量演變特征；樹立了基于旗艦物種江豚生境需求的水向岸線質量評估模子；樹立了陸向岸線淨化物攔截空間設置裝備擺設模子，確立了分歧類型的陸向岸線的空間設置裝備擺設計劃，并應用于長江流域國土空間設置裝備擺設規劃。水生態模塊中，樹立了典範河段的水文-水動力-食品鏈關系模子，聯合流域水文模子、三峽調度模子、支流水動力模子，初次確立了考慮水生生物食品鏈需求的三峽水庫生態調度計劃。城市水系統模塊中，實現了長江中游城市群、成渝城市群的降雨—產流—用水—排水—產污過程耦合模擬；針對典範城市（重慶、武漢）開展了城市化的水文效應模擬、城市內澇模擬；針對基于未來24 h逐時天氣預報數據，實現了武漢市建成區內澇趨勢的滾動預報，并可應用于長江流域各級城市。決策調控模塊中，樹立了流域綠色發展評價模子，評估地級市標準的綠色發展分歧維度的時空差異，提出地級市標準的綠色發展調控計劃，并可模擬剖析分歧調控計劃下賤域面源淨化的能夠變化及其對支流水質變化的能夠貢獻。
在服務體系研發方面，針對公眾服務、數據應用、當局決策、綜合管理技術等方面開展了任務。開冰涼。發了長江模擬器公眾版小法式，為公眾宣傳與公眾參與長江年夜保護奠基了基礎；建設了長江模擬器綜合數據庫，支撐長江模擬器專業版、決策版、公眾版平臺，并為長江流域科學數據共享服務打下了基礎；當局決策服務方面，通過咨詢報告等為行業及區域治理供給了主要的決策咨詢建議；流域綜合管理技術服務方面，構建了典範湖泊/湖區水生態修復關鍵技術、城市水環境水生態綜合管理關鍵技術、長江畔流岸線生態修復及調控技術等，初步構成了長江模擬器的服務體系。
長江模擬器服務于科研用戶、公眾和當局決策的研發理念及其研發進展，獲得了重慶市當局的認可。在中國科學院與重慶市當局戰略一起配合協議框架下，重慶市當局將長江模擬器落地建設作為支撐重慶和整個長江流域生態文明建設的科技利器。支撐長江模擬器研發與落地建設寫進了2021年3月重慶市當局印發的《重慶市國平易近經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》和2022年重慶市當局印發的《重慶市科技創新“十四五”規劃（2021—2025年）》，雙方將爭取把長江模擬器打造為流域信息綜合集成平臺、流域水系統演變模擬平臺、流域綜合調控治理決策支撐平臺，成為生態環境領域又一個國家級嚴重科技基礎設施。
長江模擬器的水生態調度設計
在長江模擬器研發過程中，考慮了兩個年夜型通江湖泊洞庭湖、鄱陽湖的生態水位需求，支流河流典範江段底棲動物、魚類、漫灘植被對河流水文節律（流量、流速）的響應關系，河口壓咸流量需求，以防洪、發電、航運需求為約束條件，以現有三峽水庫調度計劃為基礎，樹立了三峽水庫生態調度模子。設置了6種水庫出庫把持方法，包含假設無庫、現有優化調度方法、規劃設計調度方法、壩前水位把持方法、下泄流量把持方法、生態調度方法。通過三峽水庫分歧調度方法與流域分布式水文模子、流域面源淨化模子、支流水動力水質模子、通江湖泊水動力模子、河流水生態模子聯合模擬，模擬剖析分歧調度方法下支流及通江湖泊水質、水文、水生態過程的變化特征，以及水生生物生境的能夠變化及食品鏈的分歧響應，從而確定三峽水庫適宜的水生態調度計劃。
基于長江模擬器的支流河流水生態調度研討
支流河流水生態調度模子構建
長江模擬器的支流中山區 水電行河流水生態調度模子，以生態系統服務目標所需的水文周期波動過程為基礎，從現階段的流量目標靜態化轉向為動態化，從安慰四大師魚產卵向滿足魚類全生涯史過程需求轉變。該調度模子由長江模擬器中的流域水文模子、三峽水庫調度模子、支流一維水動力模子、典範江段二維水動力模子和多個典範河段水文-食品網模子聯合模擬完成，具體流程見附錄。模子輸進參數為三峽水庫出庫周年日流量，輸出參數為多個典範河段基礎生物（濕生植物、挺水植物、浮游植物、浮游動物和底棲動物）資源量、魚類資源量和江豚潛在數量。基礎生物資源量預算，基于各基礎生物對水流生境因子（水深、流速）的需求，結合典範河段二維水動力模子得出基礎生物適宜面積，該面積乘以生物量獲得河段基水電 行 台北礎生物的資源量。通過比較分歧計劃的模擬結果，剖析環境變化下河流水生態效應，即高級生物對水文、棲息地等環境條件的需求，并用于優化三峽水庫的生態調度。
基于三峽調度下的支流河流水生態模子應用
三峽水庫蓄水后實際運行方法的水生態效應模擬。本研討模擬剖析了無庫和有庫條件（實際運行形式）下支流河段水生生物的響應。與無庫情況比擬，三峽水庫實際運行方法會導致魚類和江豚數量減少2.8%（0.5%—4.9%）、濕生植物資源量減少3%（0—5.8%）、挺水植物減少5%（0.4%—8%）、底棲動物減少0.6%（0—2.2%）、浮游生物影響不年夜。重要緣由是枯水期（2—3月）為滿足航運需求增高水位，導致漫灘濕生植物萌發面積減小；汛前消落期（5月25日—6月10日）短期內大批放水（6月10日庫水位降至145 m），導致河流水位疾速降低，晦氣于漫灘濕生植物生長。此外，三峽出庫泥沙偏細，導致中下流河床沖刷加劇，底質不穩定，底棲動物資源量減少，也是影響魚類資源的一個主要原因。
提出了三峽水庫生態調度可行的最佳參數。① 通過對分歧調度計劃進行比選，在滿足防洪和航運需求的條件下，考慮支流河段水生生物與河道水文情勢之間的關系，初步確定了三峽水庫生態調度的基礎參數（圖3）。2—3月下泄流量為6 000—7 000 m3/s，可滿足航運需求（航運最低需求為6 000 m3/s），同時應盡量堅持低流量，以使漫灘植物有足夠的萌發面積；4月下泄流量區間堅持為7 000—8 000 m3/s、5月為8 000—13 000 m3/s、6月為13 000—18 000 m3/s，既可滿足防汛需求，也對水生生物影響較小。此中，4月15日—6月15日，三峽防汛騰庫時，應盡能夠地慢速騰庫容（日增小于160 m3/s），使濕生植物有足夠的生長期；5—6月，水溫達到18℃—30℃（最適18℃—24℃）時，制造洪峰以滿足四大師魚產卵需求，日漲水量年夜于2 000 m3/s，漲水次數約5次，總漲水量年夜于10 000 m3/s（短期的持續漲水對漫灘植物不會形成很年夜影響）。本計劃已經向長江水利委員會和三峽松山區 水電水利樞紐梯級調度通訊中間作了專門匯報。今朝確立的三峽水庫生態調度計劃，除考慮魚類產卵需求外，還考慮了魚類全生涯史各個階段的水文過程需求。春末夏初，制造洪峰促進產漂流性卵魚類產卵，魚卵孵化后構成的仔稚魚需求到緩流區（流速<0.03 m/s）（河漫灘、通江湖泊等）攝食浮游動物，此時淹沒的植物可營造低流速的生境。食性轉換后的幼魚、亞成魚和成魚攝食浮游生物、底棲動物或水生植物，也需求流速較低的環境。對于產粘性卵魚類（如鯉、鯽、翹嘴鮊）需求植物體、砂石等作為粘卵基質，若產卵期水體沒有合適的基質，則需求水位上升以便親魚到水陸交錯區產卵。是以，若要進步魚類總資源量，生態調度需滿足魚類全生涯史各個階段的需求。
通江湖泊典範水情模擬及生態效應
通江湖泊水動力模子，基于通江湖泊精細地形高程和收支流流量水位等輸進信息，能夠反應通江湖泊與長江之間的出流、頂托和倒灌感化，模擬湖泊流域和長江來水配合感化下的湖泊水動力變化，刻畫水面動態的干濕變化過程。可應于分歧氣候變化和人類活動影響下，江湖關系變化對通江湖泊水動力的影響，捕獲典範水文年、典範水文階段的湖泊水動力場，為湖泊水生態和濕地生態研討供給湖泊水文水動力要素時空變化數據集。以鄱陽湖為例，2006年枯水期水深時空分布模擬結果，很好地刻畫了鄱陽湖河流深水、洲松山區 水電行灘淺水以及北部深、南部淺的分布格式（圖4）。湖泊水動力場的精細模擬，可用于航道規劃、候鳥和其他水生生物棲息地適宜性評估。
通江湖泊水利樞紐工程調控效應
近20年來，鄱陽湖枯水位下降、枯水期提早、枯水歷時延長等問題日益凸顯，并表現為常態化、趨勢化。建設鄱陽湖水利樞紐工程，被當地認為是一個“最基礎性”解決計劃。為滿足鄱陽湖擬建水利樞紐工程的影響評估需求，鄱陽湖水動力模塊專門增添了樞紐效能的定義與邊界刻畫，可分別進行現狀條件和建閘情況下的評估計算。
考慮水利樞紐有用增添水資源的同時，需關注流速下降、換水周期延長等能夠帶來的水環境風險。本研討選取2011年（枯水年松山區 水電）、2016年（豐水年）和2017年（平水年）3個典範年份，開展了建閘前后湖泊水文水動力變化評估。從影響時段看，9月蓄水期和退水初期影響最年夜，枯水年全湖均勻水位建閘后比擬建閘條件升了1.52 m，豐水年均勻水位晉陞了1.07 m；12月份水位均勻晉陞幅度均小于0.5 m。從空間影響來看，建閘重要影響湖區北部、中部及東部，對湖區西部和南部影響較小。對水動力的影響重要集中在河流區，河流流速整體減小，閘前流速降幅較年夜；洲灘區域，自己流速偏小、流向不定，對水利樞紐的響應不如河流區敏感。
通江湖泊候鳥棲息地潛在生境模擬
候鳥棲息地潛在生境模子以通江湖泊水動力模子為基礎，基于湖泊水動力模子輸出的水深計算結果，通過設定水深閾值，自動提取候鳥潛在生境。通江湖泊候鳥棲息地水深閾值設置為50 cm，基礎包括了通江湖泊一切候鳥類型棲息地適宜的水深。考慮通江湖泊候鳥的遷徙和逗留時間，重要計算時段水電師傅為每年的1—2月和11—12月，同時兼顧適宜水深的持續時間。基于分歧典範年、分歧水情條件的水動力模擬結果，可計算相應條件下全年潛在適宜的候鳥棲息地空間分布及變化情況。
以2006年為例，鄱陽湖適宜候鳥的潛在棲息地空間重要分布在湖區中部河口、天然保護區及淺水湖灣（圖5a），模擬結果與以往報道相符。水利樞紐建成運行后，水深條件發生變化，潛在棲息地空間分布格式發生了相應調整，此中湖區中部和東部面積略有減少，西部面積年夜為增添（圖5b）。即針對極端枯水年，建閘后的水位抬升，使得底本部門干涸灘地淹沒成為淺水洲灘，可有用增年夜候鳥棲息地適宜范圍。
小結與建議
小結
長江模擬器考慮年夜型水庫調度對下流河流和通江湖泊水文情勢的影響，構建了基于能流-食品鏈關系的河流水生態模子，可評估分歧調度方法下河流水生生物的響應，初次樹立了考慮河流魚類生長史全過程水文需求的三峽水庫生態調度計劃，深化了三峽生態調度的內涵。但三峽調度觸及防洪、發電、航運、生態、環境等多個方面，觸及多部門之間溝通一起配合問題，模子開發中發電和航運調度模塊相對簡單，未來需求進一個步驟深化。而三峽以上梯級水庫的聯合調度，若何在考慮防洪、發電的基礎上，進行逐級的生態調度實踐，既需求梯級台北 市 水電 行水庫水量的聯合調度，也需求針對具體河段的水生生物的基礎需乞降水生態保護目標，需進一個步驟深刻研討，開發相應的水動力-水生態耦合模擬模塊。
長江中下流通江湖泊的水生態問題，還受下流流域多個水利工程的綜一起配合用，需求開展三峽水庫與下流水利工程的聯合生態調度深度研討。例如鄱陽湖的水生態調度，不僅僅觸及三峽調度，也觸及贛江流域下游水利工程的聯合調度。在通江湖泊水動力模子研發基礎上開發的候鳥棲息地適宜性評估模子，可模擬剖析分歧調度方法和建閘與否對通江湖泊水文情勢和候鳥棲息地的能夠影響。今朝湖泊模子尚缺少水動力-水質耦合模擬才能，尚不克不及模擬剖析水動力環境改變對湖泊水質影響的時空台北 水電 維修分異特征，水生態過程的模擬也僅僅考慮了候鳥棲息地，相對簡化。未來湖泊水動力-水質-水生態耦合模擬將是一個主要標的目的，可在今朝水情預測的基礎上，擴展通江湖泊水動力模子的效能和應用領域。而處于面源淨化模子下流的通江湖泊水質模擬有賴于面源淨化模擬的精度。長江模擬器初步開發了流域面源和點源淨化模擬模子，可精細表達徑流路徑差異信義區 水電對淨化物遷移過程的影響，識別淨化物關鍵源區和關鍵時段，能直接對接收理防控需求，但限于水質監測資料的共享限制、點源淨化源精細分布空間信息把握缺乏，其模擬精度還有很年夜的晉陞空間。
當前研發的長江模擬器，只能算是年夜型流域模擬的初代裝置，與規劃的目標與理論框架之間的距離還很遠。長江模擬器在水生態調度方面的才能晉陞，還需求在描寫才能、計算才能、年夜數據匯聚和處理才能、人文過程模子化、調控決策聰明化等方面加鼎力度。在科技創新領域，專業模子和模塊的不斷發展完美，將是長江模擬器研發面臨的長期任務。在流域綜合管理與當局決策輔助方面，要發展針對分歧部門、分歧層級的應用實例，深刻掌握用戶需求，完美應用效能開發。在公眾教導與參與領域，進一個步驟懂得公眾需求，針對性開發公眾版相關效能，是長江流域生態保護需求開展的一項主要任務，也是長江模擬器的主要任務。
建議
長江模擬器研發過程中，《中華國民共和國長江保護法》頒布實施，我們深入體會到部門和當局間協調、流域統籌在長江流域生態保護中的主要性，而缺少強無力的科技支撐，是長江流域水生態保護面臨的關鍵問題。
建議盡早將長江模擬器列進國家嚴重科技基礎設施建設。發揮科技創新的引領感化，是推動長江流域系統管理與綠色發展的關鍵。流域模擬器已成為國際水文協會（IAHS）第3個十年計劃的主要創新標的目的。長江模擬器是國際上首個年夜型流域模擬裝置，有中國科學院、高校、部門研討機構等10余家研討單位參與，是科教資源優化組合和協同創新共同的主要體現，晉陞了流域水系統科大安區 水電學的原始創新才能。長江模擬器基于流域水系統綜合監測信息，可實現對流域水系統分歧時段和分歧子區域水系統狀態的有用診斷和評價；通過對流域人文和天然過程的耦合模擬，綜合考慮流域高低游、擺佈岸、干主流、城市鄉村、工程辦法與非工程辦法等的影響，有助于實現流域“源頭管理”與“系統管理”相結合，采用標本兼治的方式系統解決流域水環境問題，促進流域綠色可持續發展。國家在支撐長江模擬重視年夜基礎設施建設中，可依托長江模擬器建成長江流域科學數據中間，實現分歧行業、分歧類型數據的互聯互通，打破行業數據共享壁壘；通過耦合分歧的監測技術、模子方式、管理及災害治理技術等，實現跨越分歧行業和部門的模子融會，打造一個具有開放性和水電網可拓展性的耦合集成年夜科學裝置，晉陞流域水系統科學研討的創新才能，服務于長江經濟帶高質量綠色發展。
建議開展三峽水庫、下游水庫以及兩湖流域水庫的聯合生態調度研討和實驗。考慮到三峽生態調度對兩湖影響具有較強的時空異質性，在東洞庭湖和鄱陽湖北部等區域後果相對顯著，但短期的感化後果無限，建議開展三峽水庫、下游及兩湖流域水庫的聯合生態調度研討和實驗。此外，兩湖年夜范圍的洪泛洲灘濕地作為產粘性卵魚類產卵場和越冬候鳥主要棲息地，會隨著水體淹沒或出露動態變化，開展生態調度時，洲灘面積及水位變化情況也需求親密關注。未來聯合生態調度對水文連通、水體交換和水環境等影響疊加的生態效應研討仍需求深化。
盡快依托長江模擬器開展面向魚類和江豚保護的三峽水庫生態調度試驗。“長江模擬器”已耦合三峽調度模子、長江中下流支流一維水動力模子及典範江段水文-水動力-食品網模子、湖泊水動力模子和候鳥棲息地潛在生境模子，可作為依托開展長江流域的生態調度試驗。但因河道、水庫高精度水下地形數據疏散且難以獲得，故建議整合全國優勢氣力，集中研發“水文-水動力-食品網”模子，為持續完美生態調度任務供給科學支撐。
（作者：夏軍，武漢年夜學 中國科學院地輿科學與資源研討所；林忠輝、占車生，中國科學院地輿科學與資源研討所；高文娟、王洪鑄，中國水電科學院水生生物研討所；李云良、姚靜，中國科學院南京地輿與湖泊研討所；曾思棟，中國科學院重慶綠色智能技術研討院；黃仁勇，長江科學院；編審：楊柳春；《中國科學院院刊》供稿）