河湖生态水位控制方法

5湖泊生态景观水位的确定方法及关键技术5.1水位波动对湖泊生态系统的影响水位波动（Water-levelfluctuations）根据发生尺度的不同可以分为短期波动、年内波动和年际波动，是湖泊生态系统结构与功能的主要水文控制因子。水位波动的范围、频率和持续时间不仅影响湖泊的物理过程，而且对生物群落结构和生态系统功能起重要调控作用。在浅水湖泊中，水位波动作为水文情势最重要的组成成分在生态、功能和管理方面起到了决定性作用。在长期的进化过程中，不同生物逐步形成了与自然水位波动周期相适应的生活史对策。5.1.1水位波动对水生植物的影响自然水文情势是湿地植物群落结构和分布格局的主要决定因素，水深、持续期、频率、水位上升或下降的速率、淹没或干旱的时间以及可预测性是其重要的几个方面。在长期的进化过程中，不同生物逐步形成了与自然水文情势相适应的生活史对策。自然水文情势的改变必然会引起湿地植被物种组成和群落结构的改变。通过调查武汉城市圈的梁子湖、沉湖、斧头湖、西凉湖以及磁湖高等水生植物的种类组成以及分布。五个湖泊共采集高等植物95种，其中湿生植物75种、挺水植物9种、浮水植物5种、沉水植物6种。所有湖泊中，沉湖植物种类数最多，为64种；磁湖种类数最少，为25种；斧头湖、西凉湖和梁子湖种类数分别为26种、27种和47种（图5.1-1）。总体看来，以沉湖的物种多样性最为丰富，其次是梁子湖，多样性最低的是磁湖。造成这种格局的原因和其水文状况有密切关系。沉湖为过水性湖泊，水位波动最大，巨大的消落区为湿生植物提供了良好的发育条件。剧烈波动的水位同时也提供了多样的生境，因此各生活型植被种类数相对较多。梁子湖水位波动仅次于沉湖，物种多样性略低于沉湖。斧头湖和磁湖为阻隔湖泊，水位基本常年保持稳定，且磁湖湖滨带均为直立堤岸，湖水污染较为严重，这也使得磁湖的物种多样性最小。图5.1-1五个湖泊水生植物种类数对比沉湖和梁子湖春、夏、秋三个季度主要群落变化如表5.1-1所示。春季低水位时期沉湖和梁子湖湿生植被开始发育，主要植被类型都是湿生植物。沉湖中最主要的是红穗苔草，分布于水面上高程20cm-70cm左右，高度约61cm，盖度在80%以上。蛇床、白鳞莎草和长刺酸模主要分布在水面上高程60cm左右，上层主要是蛇床群落和长刺酸模群落，下层是白鳞莎草群落，分层较为明显。梁子湖中最主要的水生植被群落是菹草群落和黄丝草群落，其中菹草在梁子湖整个东半湖区都有分布。湿生植物主要是苔草、稻搓菜和狗牙根，苔草主要分布于水面上高程0.15-1.2m、稻搓菜主要分布于0.6m-1.5m、耐干旱能力最强的狗牙根分布范围最为广泛，分布于0.3-2.0m。夏季水位上涨，湖滨带消落区大片湿生植被被淹没，挺水植被得到很好的发展。沉湖中苔草等湿生植物地上部分死亡，莲、芦苇、香蒲、酸模叶蓼等水生植物快速发展。梁子湖中湖滨带主要植被类型是狗牙根群落和酸模叶蓼群落，由于水位上涨，狗牙根群落所占比例有所降低，酸模叶蓼成为新的优势物种。秋季水位降低后，沉湖和梁子湖消落区上的湿生植被再次得到发展，苔草地上部分迅速再次萌发，成为占绝对优势的物种。图5.1-2、图5.1-3显示了不同时期沉湖和梁子湖水生植物群落演替状况。表5.1-1两个湖泊不同时期主要群落类型季节沉湖梁子湖春红穗苔草群落狗牙根群落蛇床群落苔草群落芦苇群落稻搓菜群落白鳞莎草群落黄丝草群落长刺酸模群落菹草群落夏酸模叶蓼群落黄丝草群落莲群落狗牙根群落芦苇群落酸模叶蓼群落香蒲群落水蕨群落秋酸模叶蓼群落苔草群落莲群落狗牙根群落芦苇群落香蒲群落红穗苔草群落5.1.2水位波动对鱼类的影响长江流域大部分湖泊的江湖阻隔改变了湖泊自然水位条件，水位波动频率减少、幅度降低，从而改变了鱼类生存环境。水闸的修建使水体流速减慢，喜流性鱼类减少，而静水性鱼类增多，不规则的水情变动，还直接影响鱼类产卵场分布和产卵活动。图5.1-4为对2个大型通江湖泊（鄱阳湖和洞庭湖）和2个阻隔湖泊（洪湖和涨渡湖）鱼类群落进行的比较。可以看出：1）通江湖泊鱼类种类数明显多于阻隔湖泊，如通江湖泊鄱阳湖101种、洞庭湖69种，而阻隔湖泊洪湖和涨渡湖仅有57和47种；2）在生态类群方面，通江湖泊非定居性鱼类种类数明显多于阻隔湖泊，而阻隔湖泊的一些江湖洄游性鱼类如四大家鱼多为人工放养种群；3）通江湖泊鱼类多样性指数高于阻隔湖泊，洞庭湖多样性指数和均匀性指数分别为2.53和0.57，二者均高于阻隔湖泊洪湖（分别为2.19和0.38）。图5.1-4通江湖泊与阻隔湖泊鱼类种类数的比较主要是因为湖泊与长江连通，可以保持鱼类洄游通道的畅通，另外一方面，由于通江湖泊水位波动频率较高、波动幅度较大，兼具流水和静水生境，且植被多样，为不同种类和不同发育阶段的鱼类提供了良好栖息条件。01020304050607080洪湖(1993)洞庭湖(2004)鄱阳湖(1997-2000)涨渡湖(2003-2004)通江湖泊阻隔湖泊种类数定居性非定居性5.1.3水位波动对湖泊富营养化的影响比较各湖基本水质参数（图5.1-5），可以看出水位波动较大的斧头湖和梁子湖的各项指标均明显优于水位波动较小的磁湖。沉湖水位波动虽较大，但由于外源营养过高，导致氮磷始终处于较高水平。浮游藻类Chla含量与湖水TP的比值Chla/TP能够反映浮游藻类对关键生源要素磷的利用效率。因此，由图5.1-6可以看出，Chla/TP随着水位波动的加大而持续下降。进一步比较各湖浮游藻类Chla含量与湖水TP之间的回归关系（图5.1-7），发现斧头湖和梁子湖中回归线的斜率和截距均明显小于磁湖和沉湖。由此可见，在外源条件无显著差异的情况下，加大湖泊水位波动可以有效改善水质，延缓湖泊富营养化进程。050100150200250ZSD（cm)TN(10μg/L)TP（μg/L)Chla(μg/L)磁湖沉湖梁子湖斧头湖图5.1-5各湖基本水质参数的比较（ZSD，透明度；TN，湖水总氮；TP，湖水总磷；Chla，浮游藻类叶绿素a含量）Chla/TP0.000.100.200.300.400.500.600.700.80磁湖沉湖梁子湖斧头湖图5.1-6各湖浮游藻类Chla含量与湖水TP的比值Chla/TP5.2湖泊主要生物类群对水位波动的需求5.2.1水生植物的水位波动需求自然水流体制（NaturalFlowRegime）是河流－泛滥平原植物进化的主要驱动力，植物因而逐步形成了与周期性水文过程相适应的形态特征、生活史对策和物候节律。泛滥平原植物的散布、生长和繁殖均需要特定的水文条件，包括水文要素的大小、发生时刻、频率、持续时间和可预测性。就泛滥平原湖泊植被而言，水位波动（Water-levelFluctuations）是主要水文控制因子，对植物自身及其所需的基底、水气、营养、光照等条件均有影响。因此，周期性水位波动是湖泊植被正常发育必不可少的条件。以中科院水生所多年来对长江中下游湖泊植被的研究为基础，结合国内外相关研究成果，将湖泊水生植被对水位波动的需求总结如下：（1）水生植被水生植被种子萌发期种子萌发期需要保持低水位需要保持低水位需要保持低水位需要保持低水位种子萌发是种子萌发是水生植被水生植被水生植被生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位生长发育的关键时期。研究现，萌水位和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜和种子埋藏深度对萌发有较大影响。例如，马来眼菜率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土率及萌发速在有水覆盖条件下显著高于湿润，其幼苗出土随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的随着埋藏深度增加急剧降低。对于大部分挺水植物而言，的增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过增加，萌发率降低。春季菖蒲根状茎前如果水位超过80cm80cm80cm，将会制约菖蒲会制约菖蒲萌发。水深萌发。水深萌发。水深20cm20cm20cm处芦苇根状茎萌发受到明显抑制，淹水处芦苇根状茎萌发受到明显抑制，淹水处芦苇根状茎萌发受到明显抑制，淹水处芦苇根状茎萌发受到明显抑制，淹水处芦苇根状茎萌发受到明显抑制，淹水超过30cm30cm30cm根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持根状茎则无法萌发。因此，在种子的关键季节保持低水位是非常重要的。低水位是非常重要的。低水位是非常重要的。低水位是非常重要的。（2）沉水植被快速生长期需适宜的透明度沉水植被快速生长期需适宜的透明度沉水植被快速生长期需适宜的透明度沉水植被快速生长期需适宜的透明度沉水植被快速生长期需适宜的透明度沉水植被快速生长期需适宜的透明度-水深之比对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和重影响对沉水植物而言，下光照是其生长发育的必要条件和