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按连通方式可分为疏通修复型、连通新建型、阻隔断绝型等;(8)按时间效应可分为短期效应型、长期效应型等。其中从水资源管理工作需求出发,推荐以连通目的、空间格局和连通对象的分类方式。上述分类体系如图2所示。 3.5水系连通分类等级与功能组合河湖水系连通分类等级主要从自然地理分异、连通区域、连通目的3个层面来划分江河湖库水系连通类型。①以自然地理分异为依据,可分为湿润半湿润区水系连通型、干旱半干旱区水系连通型两大类;②以连通区域尺度为依据,可分为国家层面水系连通型、流域层面水系连通型、区域层面水系连通型、城市层面水系连通型4大类;③以连通目的为依据,可分为资源调配型、水质改善型、水灾害防御型、综合治理型4大类(表2)。 在河湖水系连通功能组合方面,以上3个层面的江河湖库水系连通分类方式可以自由组合,进一步生成32种具体的连通类型。例如,湿润半湿润区-国家层面-资源调配型(如南水北调工程);干旱半干旱区-流域层面-水质改善型(如塔里木河流域下游应急输水工程);湿润半湿润区-城市层面-水灾害防御型(如水网工程)等等。4河湖水系连通评判指标与特征4.1河湖水系连通类型评判指标(1)人均水资源占有量人均水资源占有量是进行水资源紧缺程度评价的常用指标。河湖水系连通实现前后,通过使用该指标进行评价,得各区域水资源紧缺程度变化。人均水资源占有量可认为是
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河湖水系连通的地理位置属性的子属性。通过评价区域水资源紧缺程度,对照区域所处的地理位置,进行有序的河湖水系连通分类。(2)河网密度河网密度是流域结构特征的一个重要指标。河网密度与气候条件和下垫面条件密切相关。从气候方面来说,自然界为了及时将地表径流向外排泄,必将塑造一定的河流网络与之相对应,因此河网密度反映了区域降雨及径流特征。从下垫面方面来说,河网密度还受入渗能力的影响。随着渗透性加大,流域河网密度降低。一般情况下,河网密度越高的地方,遭遇洪水的可能性越大[12]。采用河网密度作为河湖水系连通类型的评判标准,不仅能在反应河湖水系连通的地理位置属性,也能反应河湖水系连通的水系特点属性。(3)平均海拔河湖水系连通区域及连通通道的平均海拔作为河湖水系连通的评判指标。区域平均海拔作为中国陆地地貌类型分类中的一个划分指标,在河湖水系连通类型评判中,其在一定意义上反应出河湖水系连通体所处区域的地理位置和水系特点[13]。此外,连通区域之间的平均海拔之差,能反应出河湖水系连通难易度。(4)连通时间河湖水系连通时间是河湖水系连通的时间效应属性的直接评判指标。在保证一定流量的基础上,通过测量河流、湖泊等水体的连通时间,直接反应河湖水系连通体的作用时间,即河湖水系连通的发挥功效的时间长久,进而与指标标准比较,得出河湖水系连通的时间效应分类结果。(5)水资源交
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换与再分配不同河流的上、中、下游的自然条件差异较大,调节能力不同,径流量年分配也不同,通过河流与河流之间的连通交接,加强连通体的径流量分配,提高水资源循环更新能力和蓄泄能力;半封闭型和封闭型湖泊具有湖泊水量补给不足、湖面蒸发量大、换水周期长、自我调节能力较差、净化功能相对较弱、生态系统脆弱等特点。4.2河流连通对水环境健康的影响水系连通可维持湿地生态系统的完整性,同时也影响到流域水资源的开发利用和区域分配。水系连通性还影响水功能区水质状况,水系连通性越好,水流的自净能力和纳污能力都会增强。同时,水生生物多样性也需通过水系连通来实现,没有水系连通,水生生物多样性就会受到很大影响[14-16]。流域生态环境需水量的供给只有通过水系连通才能实现,河流的完整性和地貌特征的多样性只有通过水系连通才能得以保持,只有保持水系连通,才能保持生物栖息地的完整和生物多样性的维持。大坝的修建割断了河道的纵向连通性,改变水流的时间和空间分布,引起水文情势的变化及生态系统物理、化学和地貌形态的改变[17]。大坝的存在一方面可以减小流量变率,使径流量在年的分配更加均匀,减轻汛期的洪水危害,同时增加枯季的水量供给,更好地满足最小生态流量的需求,但由于流量变幅减小,原先可以在洪水季节过水的湿地缺乏水源补充,不利于湿地生物的生长,有可能降低河流湿地的生物多样性[18]。因此,水
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系连通性是影响河流健康的重要因子,是健康水系其他评价指标的联系纽带。水系连通性对河流健康状况的影响主要表现在对水质、湿地生态环境、水生动物资源、防洪及水资源利用等方面的影响。水系连通性对河流健康的影响与河流湖泊水流流动性存在很大的差异,其污染物的迁移和降解特征也存在较大差异,不同连通特性的水体具有不同的降解特性[19-20]。4.3水系连通性影响因素分析河湖连通性的影响因素包括影响湖泊的形成和河湖的连接通道两个方面。从地质历史时期及人类历史时期的时间尺度看,新构造运动、气候变化等自然因素在水系连通的阻碍方面是主导因子,人类活动对水系的连通在很多地方起着决定性的作用,如人口迁徒、水土流失、湖泊淤积、大面积围垦等[21]。新构造运动沉降形成了湖泊容纳水体所需的地形条件,有利于湖泊的形成。气候变化不仅使降雨发生变化,使湖泊的入流条件发生改变,而且还由于温度的大幅度变化形成冰期和间冰期气候。泥沙淤积发生在入汇湖泊的支流或湖泊汇入长江的支流河道,使河流水系与湖泊联系通道阻塞,水系连通性变差。人为因素对水系连通性影响主要包括:围垦、筑堤、建闸和开凿运河等[21-22]。从十年至百年时间尺度看,围垦是影响河湖连通性最为重要的因素之一;筑堤和建闸人为地切断了河流与湖泊的自然连通,节制了干流及其支流和湖泊间的水力联系,从而使得原来的通江湖泊变为阻隔湖泊;开凿运河
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有利于增强水系的连通,而且能使湖泊补充一定的水源,缓解地区湖泊的污染,修复湖泊生态功能。5河湖连通的利弊与展望水系连通对保持河湖环境健康具有重要影响,其主要表现在对水质、湿地生态环境、水生动物资源、防洪及水资源利用等方面。但河湖连通同时也会带来一些对生态环境的负面影响,主要包括:①可能会使原本水质好的河流由于和水质相对较差河流连通后降低原来河流的水质;②河湖连通会加剧连通河流中物种及鱼类等生命体的竞争,虽然会促进优胜劣汰但也会使原先河流中竞争性较弱的种类濒临灭绝;③通过河湖连通,水量充沛的河流支援水量不足的湖泊,会大大减少该河流的有效可利用水量,影响通航水深和湿地蓄水量;④径流量充足的河湖由于水量减少从而导致该地区水面蒸发量减少影响该地表及陆地的水循环,从长时间看将影响地区的气候变化,如降水减少,极端气候增加等;⑤上游地区与下游地区河湖连通将导致下游地区河湖泥沙及淤积量急剧增加,从而引起下游地区河湖水环境生态健康质量降低。人为修建的大坝阻断了水流的自由流动通道和生物通道,使流域生境破碎化,但径流量的年变化将变得更加均匀。闸口一方面阻碍了江湖连通,但也可为河湖连通带来有利的影响,通过改变闸口调度机制,实行闸口生态调度,对实现江湖连通有较大的帮助[21-22]。展望中国的南水北调工程,通过跨流域的水资源合理配置,大大缓解中国北方水资源严
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