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中小河流生态保护--滩地演化机理
0.00     定价 ¥ 208.00
图书来源: 浙江图书馆(由浙江新华配书)
此书还可采购15本,持证读者免费借回家
  • 配送范围:
    浙江省内
  • ISBN:
    9787030804648
  • 作      者:
    作者:夏继红|责编:石珺//赵晶雪
  • 出 版 社 :
    科学出版社
  • 出版日期:
    2025.04
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内容介绍
《中小河流生态保护——滩地演化机理》围绕中小河流生态保护的重要需求,以滩地为研究对象,全面系统分析中小河流滩地的类型、分布格局和组分变化,提出滩地类型定量划分方法,揭示滩地形态、基质组成、植被分布等演化的水动力学驱动机理,构建中小河流滩地生态修复的思路和技术体系。《中小河流生态保护——滩地演化机理》从滩地的基本特征到演化机理,再到生态修复,系统地建立中小河流滩地演化的基础理论和生态修复技术体系,为中小河流保护提供理论与实践参考。
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精彩书摘
第1章绪论
  1.1背景与意义
  我国幅员辽阔,水系复杂,河流众多,流域面积超过1000km2的河流有1500多条,流域面积100km2及以上的河流有22909条,总长度为111.46万km,流域面积50km2及以上的河流有45203条,总长度为150.85万km(中华人民共和国水利部和中华人民共和国国家统计局,2013)。相较于干流,我国流域面积200~3000km2的中小河流数量多、分布广,总长度更长,串联的城市、乡村、产业和人口更多,人民群众对其的依赖程度也更高(张向等,2022)。作为区域水环境的重要载体和区域河流水系的主要构成部分,这些中小河流对流域及区域具有十分重要的作用。例如,对于山区中小河流,人们通常利用其河道坡降较大的特性,在沿岸区域建设水电站以开发其水电能源;丘陵和平原地区中小河流流域通过蓄泄兼筹的方式在一定程度上减少了其流入江河干流及其支流的水量,能够使洪水水位有效下降,对江河干流的防洪防涝起到了极大的积极作用。除此之外,中小河流对周围的生态环境保护、水土保持等方面也发挥了重要作用(周健,2012;陆孝平等,2005;杨丽,2017;夏继红,2022)。但与大江大河相比,中小河流防洪任务重,洪涝灾害频繁,水资源短缺、水环境污染、水土流失、生态退化等问题曰益突出(张晓兰,2005)。党中央高度重视中小河流的治理工作。2009年,水利部、财政部印发了《全国重点地区中小河流近期治理建设规划》,由此揭开了我国系统性大规模的中小河流治理序幕。2009年以来,我国持续开展中小河流治理规划,实施大规模治理,取得了显著成效,重点河段防洪减灾能力明显提升,综合保障了江河安澜,为全面建成小康社会奠定了坚实的基础(汪贵成和黄伟,2022;张宜清等,2023)。截至2021年底,全国中小河流治理河长累计超过10万km,重点中小河流重要河段的防洪能力得到了明显提升,中小河流治理取得了阶段性成果。进入新时期,推动新阶段水利高质量发展对中小河流治理提出了新要求,需要继续坚持底线思维,以流域为单元,有力有序有效地推进中小河流系统治理,不断提高国家水安全保障能力。中小河流治理正面临着一系列新形势、新使命,中小河流己成为贯彻新时期治水思路和生态文明建设思想的重要阵地,也是贯彻“两山”理念、建设美丽中国、促进高质量发展的重要途径,更是满足人民日益增长的美好生活需要的重要水利载体。
  党的二十大提出了推动绿色发展,促进人与自然和谐共生的战略要求。尊重自然、顺应自然、保护自然,是全面建设社会主义现代化国家的内在要求,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。维护中小河流生态健康己成为社会广为关注的焦点和河流建设的重点任务。作为河道重要组成部分的滩地,受长期以来治河理念和不合理利用方式的影响,生态环境出现了不同程度的退化。由于裁切、放牧、采砂、农业开垦和旅游过度开发等不合理的治理、开发与利用,尤其是无序采砂,造成中小河流滩地面积大幅度减少,结构遭到破坏,功能严重退化,旱涝灾害发生频率增加、水资源污染加重等问题,严重影响了河流生态系统健康,使河流生态系统功能严重退化(伊紫函等,2016;张琦,2019)。因此,有效恢复滩地成为当前中小河流建设和管理的重点和难点。
  为了有效保护中小河流的水资源和生态环境,保障防洪安全、供水安全和堤防安全,全面分析中小河流滩地的安全、生态、环境现状,深入探究滩地的基本特征、功能、空间格局的演化过程,研究滩地健康退化的原因、控制指标及生态修复技术己成为当前中小河流建设和管理中迫切需要解决的难题。本书将围绕这一需求,以浙江省龙游县中小河流滩地为研究对象,全面系统地调查全县中小河流滩地的现状、分布特征,定性了解滩地的主要功能,根据滩地水动力、生态、环境机制,提出滩地健康的要求和特征,深入探究滩地的主要扰动因子、扰动机制和退化机理,进一步提出滩地生态修复技术,为中小河流滩地保护治理、河流生态修复提供科学依据,有效保证中小河流防洪安全、生态安全和社会安全,对于区域可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。
  1.2国内外研究进展
  1.2.1中小河流治理与保护的历史沿革
  我国水利发展相继经历了工程水利、环境水利、资源水利、生态水利、智慧水利等认识与发展阶段(左其亭,2015b;邓铭江等,2020)。每一发展阶段都是在原有基础上的提高,是水利工作理念、管理体制、技术手段等方面的不断提升和完善,是与该阶段社会经济发展水平和观念模式相适应的产物(汪贵成和黄伟,2022)。
  相对于大江大河,中小河流沿线分布着众多的中小城镇、居民点、农田和重要基础设施,对于保障国家粮食安全、保证人民群众生活品质、维护社会和谐稳定具有重要支撑作用。据统计,我国中小河流数量占流域面积50km2以上河流的1/4。其中,兼具防洪任务的河流有7000多条,约2/3的县城、2/5的人口、1/4的耕地分布在中小河流两岸(张宜清等,2023)。我国中小河流治理理念也与我国的水利发展相适应,融入了生态水工学和生态水利的理论,其目的是运用科学化、合理化和生态学的治理技术及措施,营造出一个健全、稳定、协调的河流生态系统,实现河流生物的多样性、水质的优良性、水体与河岸的连续性、河岸带功能的延伸性、河流生态系统的完整性,让河流更好地为人类发展服务。
  2010年,国务院印发了《关于切实加强中小河流治理和山洪地质灾害防治的若干意见》,对中小河流治理提出了“要尊重自然规律,在保障防洪安全的前提下,兼顾水资源综合利用和生态需要,尽量保持河道自然形态,促进人水和谐”的总体要求。2011年、2013年,水利部先后印发了《中小河流治理工程初步设计指导意见》《关于进一步提高中小河流治理勘察设计工作质量的意见》,明确了中小河流治理的要求,即将近自然河流治理理念融入中小河流治理规划和实施中,以有效促进我国中小河流生态治理模式的建立和技术的发展。据此,多个省份积极探索中小河流多目标综合治理方式,在保障防洪安全的同时,开展了生态环境修复,打造出美丽河湖、幸福河湖。例如,浙江省先后开展万里清水河道建设、“五水共治”、美丽河湖建设、幸福河湖建设;广东省以万里碧道建设开辟流域生态治理新路径;福建省开展万里安全生态水系建设,将中小河流防洪安全、生态健康和环境宜居等目标有机统一(张民强等,2021;张宜清等,2023)。
  纵观我国河道治理的发展历程,大致分为以下几个阶段(夏继红等,2024;左其亭等,2020;左其亭,2015b)**阶段,被动防御阶段。在新中国成立之前,我国河道治理基本上是随着自然的变化而被动采取治理措施。我国古代就存在使用柳枝、竹子、块石等措施来稳固河岸和渠道的例子。明朝的刘天和总结了历代植柳固堤的经验,开创了包括“卧柳”“低柳”“编柳”“深柳”“漫柳”“高柳”的“植柳六法”,成为生物抗洪、水土保持、改善生态环境、营造优美景观的有效措施。第二阶段,资源利用治理阶段。新中国成立以来,我国河湖治理取得了举世瞩目的成就。20世纪50~70年代,由于生产发展模式与实际需求的共同作用,我国虽然在河道建设上己经取得了一定的成绩,但往往是通过“人多力量大”的方式建设完成的,缺乏科学的规划。而且为了尽可能地增加粮食产量,采取了填湖填河造地方式,造成众多河道整体上的流通不畅。第三阶段,生态可持续发展阶段。在中小河流生态治理工作中,面对资源约束趋紧、生态系统退化、环境污染严重的局面,越来越多的河道治理工程采取防洪、生态相结合的综合治理模式。20世纪90年代以后,随着经济的持续发展,很多地区在生活经济方面得到满足的同时,越来越注重生活品质的提升。河湖治理开始从传统的片面发展观念转向综合生态的方向,在满足河湖基本功能需求的基础上,融入更多的社会功能与生态功能。1999年以来,我国在借鉴国外经验和技术的基础上,开展了一系列河道生态治理方面的研究与探索。1999年,杨芸研究了自然型河流治理法对河流生态环境的影响,并结合成都府南河多自然型护岸工程,整理和分析了多自然型河流治理的常用方法。2003年,董哲仁分析了河流形态多样性与生物群落多样性的关系,结合生态学原理,提出了“生态水工学”的概念,指出水利工程在满足人类社会需求的同时,需兼顾水域生态系统的健康性需求。2003年,夏继红和严忠民综合分析了传统河岸带建设的负面影响,提出了生态护岸的概念和设计原则。2004年,杨海军等开展了城市受损河岸近自然修复过程的自组织机理研究。2004年,王超和王沛芳研究了城市水生态系统建设中的生态河床和生态护岸构建技术,提出了适应不同河道断面形式的生态河床构建、修复的手段以及新型生态材料。2006年,张纵等结合南京市滨水绿地建设,提出了城市河流景观建设应视情况的不同实施生态工法。2009年,韩玉玲等研究了河道生态建设中的植物措施技术,提出了多种配置模式,并在浙江省多条河道推广应用,取得了较好的生态效益。近年来,随着治河理念的不断发展,河流生态治理、美丽河湖建设等实践探索在全国各地取得了瞩目成效,获得了全社会广泛好评,在很大程度上增加了人民群众的幸福感,河流正朝着幸福河湖迈进。在河流保护与管理的进程中,人们对河流的治理目标经历了重水量一重水质一重生态到关注人民福祉、人水和谐共生的发展阶段。2016年,王武研究提出了河流的ARSH集成分类系统,以及中小河流的治理模式,包括不同区域河流生态治理恢复保护模式、不同河段河流生态治理恢复保护模式、不同规模河流生态治理恢复保护模式以及不同健康状况河流生态治理恢复保护模式。2019年,陈子龙和杨钧月针对城市河流提出了中小河流治理修复应该以水质提升为基础,保障生态过程的完整性,融合城市特色、生态景观及城市功能,提升城市品质和活力,并提出了四项修复策略,分别为外源管控与内源治理提升水质、分类分级差异化修复河岸、串联河岸周边开敞空间及河岸复合功能融合。
  总体上,中小河流生态治理依据中小河流分区分类的方法,在提升防洪减灾能力的基础上,从河流水系自身的自然规律出发,重点突出了生态治河理念,更多地关注恢复和维持河流及河岸生态系统。目前,我国中小河流生态修复技术措施主要包括生态护岸技术、河流生境修复技术以及生物修复技术。工程布局结合河流自然形态,宜宽则宽、宜弯则弯。断面设计中采用多元化结构形式,重点突出恢复河流生态多样性(董琳等,2018;汪贵成和黄伟,2022)。保持河流的纵向、横向和垂向三维连通性,保护和恢复河流形态的多样性与生境的异质性,改善和维持水质、水生生物的群落结构及物种多样性。近自然河流治理相比传统模式更加适应当前人们对河流的生态、景观、文化等多元化需求(王兰兰,2017)。目前我国中小河流综合治理长度超过10万km,治理的主要任务是解决防洪等薄弱环节的问题,优先治理沿河有城市(镇)、农村居民点、集中连片基本农田以及其他重要基础设施的重点河流河段。己治理河段的防洪能力提升较为明显,治理前防洪标准不足10年一遇或处于未设防状态的河长占3/4,治理后防洪标准10年一遇至30年一遇河长的占比近90%(张宜清等,2023)。中小河流还承担着农村区域行洪排涝、灌溉供水等重要任务,实施治理可以有效避免因受淹造成的粮食减产、绝产和水土流失,促进了脱贫攻坚同乡村振兴的有效衔接。中小河流治理取得了显著的防灾减灾、经济社会和生态环境效益,为全国粮食的连年丰收、打赢脱贫攻坚战贡献了重要力量(陈宇婷等,2019;张宜清等,2023)。
  中小河流治理是全面提升防洪安全保障能力、守护江河安澜的重要手段,是推动新阶段水利高质量发展、支撑国家水网建设的重要举措,也是乡村振兴战略实施、美丽中国建设的重要支撑。历经10余年大规模治理后,中小河流治理取得了阶段性的进展,但治理总体滞后,且中小河流的治理模式单一,与河流生态要求不协调等问题依然存在(彭苏丽等,2019;秦夫锋等,2021)。同时,气候变化、经济社会发展也对中小河流治理提出了新挑战。为了进一步推进以流域为单元的中小河流系统治理
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前言
第1章 绪论 1
1.1 背景与意义 1
1.2 国内外研究进展 2
1.2.1 中小河流治理与保护的历史沿革 2
1.2.2 滩地类型与形成发育机制研究 5
1.2.3 滩槽关系与水动力学机理研究 7
1.2.4 滩地治理措施与管理方法研究 10
1.2.5 主要研究方法与手段 12
1.3 主要研究内容 13
1.4 研究方法与技术路线 13
第2章 滩地类型划分与形态格局演化 16
2.1 中小河流的特征与现状 16
2.1.1 中小河流的含义 16
2.1.2 中小河流的特征 16
2.1.3 中小河流的功能区 18
2.1.4 中小河流的现状 19
2.2 中小河流滩地的结构与功能 20
2.2.1 中小河流与滩地的耦合机制 20
2.2.2 滩地的结构特点 22
2.2.3 滩地的功能特点 23
2.3 滩地类型及形态格局 26
2.3.1 研究区概况 26
2.3.2 滩地类型的定性划分 28
2.3.3 滩地形态指数的计算方法 32
2.3.4 滩地类型的定量划分 37
2.4 滩地形态格局的时空演化特征 39
2.4.1 年际演化特征 39
2.4.2 空间演化特征 43
2.5 滩地演化的影响因子分析 45
2.5.1 滩地扰动变化分析 45
2.5.2 影响因子分析 45
2.5.3 堰坝分布对滩地演化的影响 48
2.6 本章小结 51
第3章 滩地基质组成与空间变化 52
3.1 监测取样与数据处理方法 52
3.1.1 取样点布置与取样方法 52
3.1.2 土壤样品处理与指标测定 53
3.1.3 砾石图像处理方法 54
3.1.4 数据处理方法 54
3.2 滩地基质组成特征 56
3.2.1 基质组成的总体特征 56
3.2.2 土壤组成特征 57
3.2.3 卵砾石组成特征 59
3.3 基质组成的空间分布特征 60
3.3.1 土壤的空间分布特征 60
3.3.2 卵砾石的空间分布特征 68
3.3.3 基质组成的空间变异性特征 73
3.4 本章小结 75
第4章 滩地植被分布与数量波动 77
4.1 调查与分析方法 77
4.1.1 调查点布置 77
4.1.2 植被调查方法 77
4.1.3 环境因子调查方法 79
4.1.4 植被生物量测定与计算 79
4.1.5 数据处理方法 80
4.2 滩地植被物种组成与群落类型 82
4.2.1 植被物种组成 82
4.2.2 植被群落类型 84
4.2.3 滩地植被分布特征 84
4.3 滩地植被多样性与数量波动 85
4.3.1 滩地植被多样性变化 85
4.3.2 植被种群数量波动特征 87
4.3.3 植被群落数量波动特征 88
4.4 植被空间分布与数量波动变化的环境解释 90
4.4.1 关键环境因子识别 90
4.4.2 滩地高差对植被分布的影响 91
4.4.3 滩地形态指数对植被分布的影响 94
4.4.4 水文特性对植被分布的影响 96
4.4.5 滩地基质组成对植被分布的影响 97
4.4.6 植被数量波动的环境解释 97
4.5 本章小结 98
第5章 滩地形态演变的水动力机理 99
5.1 研究方法与数据处理 99
5.1.1 模型试验方法 99
5.1.2 数值模拟方法 103
5.2 滩地分布位置的水动力特性 109
5.2.1 顺直河岸边滩的水动力特性 109
5.2.2 凹岸边滩的水动力特性 111
5.2.3 凸岸边滩的水动力特性 113
5.3 滩地分布方式的水动力特性 115
5.3.1 顺直河岸边滩分布的水动力特性 115
5.3.2 蜿蜒河岸边滩分布的水动力特性 121
5.4 形态规则型滩地演变的水动力驱动机制 132
5.4.1 短宽规则型滩地演变的水动力驱动机制 132
5.4.2 窄长规则型滩地演变的水动力驱动机制 137
5.5 形态不规则型滩地演变的水动力驱动机制 142
5.5.1 窄长不规则型滩地演变的水动力驱动机制 142
5.5.2 短宽不规则型滩地演变的水动力驱动机制 147
5.6 本章小结 152
第6章 滩地基质演变的水动力机理 154
6.1 数值模拟方法 154
6.1.1 控制方程与数值解法 154
6.1.2 计算区域与网格模型 155
6.1.3 模型的验证与率定 157
6.2 关键影响因子识别 158
6.2.1 主要影响因素及其影响方式 158
6.2.2 影响土壤空间分布的关键因子识别 167
6.2.3 影响砾石空间分布的关键因子识别 169
6.2.4 影响淤积物空间分布的关键因子识别 171
6.3 土壤空间分布演变的水动力驱动机理 174
6.3.1 五年一遇洪水条件下土壤分布的响应变化 174
6.3.2 十年一遇洪水条件下土壤分布的响应变化 176
6.4 砾石空间分布演变的水动力驱动机理 177
6.4.1 五年一遇洪水条件下砾石分布的响应变化 177
6.4.2 十年一遇洪水条件下砾石分布的响应变化 179
6.5 淤积物空间分布演变的水动力驱动机理 180
6.5.1 五年一遇洪水条件下淤积物分布的响应变化 180
6.5.2 十年一遇洪水条件下淤积物分布的响应变化 182
6.6 本章小结 183
第7章 滩地植被分布的水动力机制及优化 184
7.1 模型试验方法 184
7.1.1 试验装置设计 184
7.1.2 试验材料 185
7.1.3 试验工况与测点布设 186
7.1.4 测量指标与测量方法 187
7.2 滩地植被分布的水流基本特性 188
7.2.1 水流基本特点 188
7.2.2 植被类型对水深与流速的影响 190
7.2.3 植被布置密度对水深与流速的影响 194
7.2.4 植被排列方式对水深与流速的影响 196
7.3 滩地植被分布的水流紊动特性 198
7.3.1 水流紊流特性的描述变量 198
7.3.2 植被类型对水流紊流特性的影响 199
7.3.3 植被密度对水流紊流特性的影响 200
7.3.4 植被排列方式对水流紊流特性的影响 200
7.4 本章小结 201
第8章 滩地生态修复 203
8.1 滩地生态修复思路与技术体系 203
8.1.1 总体要求 203
8.1.2 生态修复思路框架 203
8.1.3 生态修复技术体系 204
8.2 滩地健康评价 205
8.2.1 滩地健康的含义与特征 205
8.2.2 滩地健康的评价指标 206
8.2.3 滩地健康的评价方法 207
8.3 滩地生态修复技术措施 212
8.3.1 安全防护措施 212
8.3.2 破碎化处理与水系连通措施 214
8.3.3 基质修复措施 218
8.3.4 植被修复措施 219
8.3.5 亲水与景观营造措施 224
8.4 典型滩地生态修复 225
8.4.1 形态不规则滩地的生态修复 225
8.4.2 形态规则型滩地的生态修复 228
8.5 本章小结 234
第9章 结论与展望 236
9.1 主要结论 236
9.2 展望 238
参考文献 239
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