环境流二元特性及其表征研究

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水对于社会经济发展以及人类赖以生存的自然生态系统有不可替代的作用,如何使有限的水资源在获取较高的社会经济效益的同时维持良好的水生态环境是实现可持续发展必须统筹考虑的问题。随着水资源开发程度的加剧,河流生态问题日益突出,人们为了协调水资源开发与河流生态环境保护之间的矛盾,提出了环境流的概念。目前环境流概念、评估方法、评价标准的不统一问题,导致在应用环境流进行实际调控时存在较大的难度。本文从哲学的角度提出了环境流的概念,阐述了其内涵、外延和特性,构建了环境流二元矛盾协调的模型,完善了环境流表征的指标体系。论文的具体内容和主要研究成果如下:(1)以生态伦理、矛盾论、生态学和流域二元水循环理论为基础,阐述了河流水文水质过程与社会经济系统、自然生态系统三者之间的关系:社会经济系统通过对流域“自然-人工”二元水循环过程的作用影响河流水文水质过程,社会经济发展是二元水循环的驱动力之一,对河流的水量、质和情势产生干扰;河流水文水质过程是河流生态过程的一部分,在维护河流生态系统的生物群落多样性和生态系统整体性方面具有主导作用,直接影响河流生态系统健康和生态服务功能;河流生态系统与社会经济系统之间是辩证关系。(2)从哲学的角度提出环境流的概念,对环境流的内涵、外延和特性进行了阐述。定义环境流为社会经济发展对河流自然属性的干扰与河流生态环境健康维持这一矛盾运动斗争协调的结果,是这一矛盾协调后河流水量、质和情势的统一体。这一概念可以在矛盾协调原则和环境流包含要素不同的情况下转化为目前已有环境流的概念。环境流的内涵是受人类活动干扰后维持河流生态一定健康水平的河流水文水质过程,其外延是河流水量、质和情势三个要素的统一体。环境流的驱动和功能具有二元特性:环境流的驱动具有自然-社会双重属性,其自然属性体现在河流水文水质过程是自然界物质循环和河流形成过程中形成,社会属性体现在河流水文水质过程是受到人类活动干扰的,也就是说其量、质和情势具有自然属性,但又是非自然的,是人类干扰协调后的产物;环境流的功能具有生态-社会二元特性,以人类以外其他事物为价值主体的相关功能为环境流的生态功能,其中以人类为价值主体的相关功能称为环境流的社会功能。环境流的驱动和功能具有时空动态性和尺度差异性。(3)环境流表征指标选取和构建遵循系统性、一般性和特殊性、可操作性和开放性的原则,采用理论分析和经验分析相结合的方法,构建了包含量、质和情势三个要素的环境流表征指标体系。选择径流量、基流量作为水量要素的表征因子;水环境质量等级、水功能区达标率、特定水温指标、溶解气体指标作为水质要素的表征因子;情势指标选取了高流量、小洪水和大洪水的量、发生时间、持续时间、变化率和频率五个要素。(4)基于DSR概念框架的构建方法和思路,构建了环境流的协调模型。这一模型框架可以分为三个子模型:一是驱动-状态子模型,描述环境流的自然-社会二元驱动力与环境流量、质和情势三个要素之间的关系,表示为另一是功能子模型,描述环境流的要素量、质和情势与环境流生态-社会功能二元性之间的关系,表示为三是协调子模型:当Q∈T时,Q即为当前社会经济发展和生态环境保护条件下的一组环境流,当Q(?)T时,需要协调社会经济发展与生态保护的矛盾,社会驱动矛盾协调模型为环境流协调的原则包括:可持续发展、保证底线、功能区划相适应、主要矛盾四个原则。(5)以长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区干流河段为例,进行案例分析。保护区干流河段环境流的社会驱动因素主要是金沙江下游梯级水库调度。梯级水库运行对屏山站水文水质过程影响显著,岷江的汇入有效地减缓了对岷江汇合口以下江段的影响。保护区干流河段环境流的生态功能是长江上游珍稀、特有鱼类及其栖息环境的保护。依据可持续发展原则、功能区划相适应和矛盾特殊性原则,保护区目前的水流条件可以满足区域内珍稀特有鱼类的繁衍生息,金沙江下游梯级水库调度运行后,需要采取生态调度、分层取水等管理方式,以满足环境流功能的需求。本文从社会经济发展与生态环境保护的矛盾分析出发,提出了基于二元特性的环境流概念,完善和发展了环境流表征的指标体系,并创新性地构建了环境流的协调模型,以长江上游保护区干流河段为例进行了案例分析,为今后环境流的管理实施提供了理论和技术支撑。
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