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河口位于海洋生态系统和河流生态系统交汇处,淡水补入是河口存在的必要条件之一。近年来,淡水入流减少造成的生态环境问题己引起各方面的关注,珠江河口地区是我国经济发展最快的地区之一,水资源十分丰富,每年向南海及其邻近海域输入大量泥沙、淡水和各种营养物质,使珠江河口生态系统成为众多生物重要的栖息地。但由于上游水资源的过度开采利用造成淡水输入量的减少,珠江河口低盐度区域面积减小,咸潮入侵加剧,河口栖息地严重退化,栖息地生境改变,生物群落结构异常现象明显。河口生态需水成为当前水生态、水环境的研究热点之一,其主要目的在于通过对淡水输入需求的分析计算,协调生态、生产和生活三生水的配置,为改善河口生态环境问题提供科学依据。本研究对河口生态需水计算方法进行探讨,并以磨刀门为例进行定量计算和规律研究。 首先,提出研究背景及意义,并对国内外河口生态需水相关研究进展进行综述,尤其是淡水输入对河口的影响研究和淡水输入量变化引起的盐度变化与生物之间的响应关系;并总结了国内外相关生态需水计算方法及步骤,将不同类型计算方法的生态保护目标分为3类:基于河口生境外保护、基于典型生物保护和基于多目标整合分析。 其次,结合河口生态系统基本理论和关键种理论确定了河口生态系统保护目标。在分析已有鱼类群落资料基础上,建立了河口鱼类群落主要食物网,并对食物网进行关键性指数计算,确定带鱼和黄鱼为河口生态系统中的关键物种,将其作为河口生态系统的保护目标。 第三,以珠江河口区为对象分析生态需水机理,通过对淡水输入减少引起的环境要素变化的分析,提出将盐度作为河口生态系统的限制因子。结合已确定的关键种,收集物种盐度资料,确定将主要产卵期(4-6月)和主要育幼期(7-9月)对应年盐度控制目标(28-32)作为生态系统保护目标的环境要求。 第四,提出基于关键种适宜盐度控制的河口生态需水计算方法。其中盐度与淡水输入之间的响应关系采用EFDC模型进行模拟。模型采用2008年1月份的实际数据进行验证和率定,模型能较好的模拟区域内的水动力状况和盐度分布。通过模拟建立了淡水输入量与适宜盐度范围面积的关系曲线。曲线呈s型,通过找拐点等确定了最小、适宜和最适3个等级生态需水量。 第五,建立河口生态需水的综合计算模型,并以磨刀门为例,进行河口生态需水定量计算和规律研究。计算结果显示:磨刀门区域最小生态需水量为1467亿m3,占马口站年均淡水输入量的64.0%,;最适生态需水量为2324亿m3,占马口站年均淡水输入量的101.4%;适宜生态需水量需在1777亿m3之上,占马口站年均淡水输入量的77.5%。天然水量均能满足最小生态需水量,40%的年份的实测淡水流量超过了最适需水量。最近十年(1999-2008年)各月月平均流量均高于最小生态需水量,1月、4月、9月流量不能满足适宜生态需水量的需求。