金沙江下游向家坝水库不同出库流量对四大家鱼生境面积影响的定量分析

金沙江下游河道是珍稀特有鱼类国家级自然保护区,适宜的流量是鱼类产卵繁殖的必要条件之一.为量化金沙江下游四大家鱼产卵繁殖所需的适宜生态流量,以向家坝水电站坝址至宜宾水文站(宜宾江段)为研究区域,以四大家鱼产卵期栖息地对水动力的需求作为主要生态因子,通过2012—2019年四大家鱼生境水动力实测资料建立其水动力适宜性曲线,构建基于非结构化不规则三角形网格的宜宾江段平面二维水动力模型,实现了家鱼栖息地水动力分布特征的精细模拟,采用物理栖息地模型(PHABSIM)对影响四大家鱼产卵的主要水动力条件(流速及水深)的需求进行分析,量化水库不同出库流量条件下对应的四大家鱼的栖息地加权可利用面积(WUA),建立了流量与栖息地加权可利用面积关系曲线,定量分析水库不同出库流量对四大家鱼产卵栖息地加权可利用面积的影响,据此进行适宜生态流量的选择.结果表明:金沙江下游宜宾江段四大家鱼产卵繁殖期的适宜流速为0.6~1.3 m/s,最佳流速为0.9~1.0 m/s,适宜水深为3.0~18.0 m,最佳水深为9.0~12.0 m;栖息地加权可利用面积随着水库出库流量的增加呈先增大再缓慢减小的趋势,当水库出库流量为3000 m^(3)/s时栖息地加权可利用面积达到最大,占研究河段总面积的24.26%,由此推定四大家鱼适宜生态流量为2000~4500 m^(3)/s,最佳生态流量为3000 m^(3)/s.研究显示,通过控制向家坝水库适宜出库流量,可有效保证宜宾江段四大家鱼栖息地面积,为通过金沙江下游梯级水库的生态调度、改善四大家鱼产卵场水动力条件提供了依据.

三峡水库补水调度对东洞庭湖典型沉水植物生境适宜性的影响

沉水植物是东洞庭湖水生态修复的重要物种,水深是影响沉水植物生长的关键因子之一。为定量描述三峡水库不同补水调度方式对东洞庭湖典型沉水植物生长生境的影响,以刺苦草(Vallisneria spinulosa)为目标物种,利用物理栖息地模型建立三峡水库补水调度期间不同出库流量与东洞庭湖刺苦草生长生境加权可利用面积(WUA)的关系。结果表明:刺苦草生长生境的适宜水深为0.2~1.8 m,最适宜水深为0.5~1.0 m;三峡水库实施补水调度后,东洞庭湖刺苦草生长生境的WUA整体呈现均匀上升趋势;三峡水库补水调度期间,出库流量为5 500~10 500 m^(3)/s时,刺苦草生长生境最适宜水深范围对应的WUA呈现先增后减趋势,在出库流量为9 500 m^(3)/s时WUA最大(74.46 km^(2)),可认为刺苦草生长最适宜出库流量为8 500~10 500 m^(3)/s。研究成果可为通过三峡水库生态调度进行东洞庭湖水生态环境恢复及保护提供参考。

基于二维栖息地模型模拟的北京清河鱼类栖息分布研究

为探究水文条件变化对城市河道鱼类栖息的影响,以清河为研究对象,通过构建River 2D二维栖息地模型,对典型鱼类鲫和鳑鲏栖息地变化特征进行研究。结果表明,①60 m^(3)∕s为清河最适宜生态流量,鲫和鳑鲏WUA(加权可利用面积)分别为6.38×10^(4)m^(2)和8.75×10^(4)m^(2)。②日常流量下(10 m^(3)∕s),鲫WUA为鳑鲏的3倍,最大值主要位于下清河闸-羊坊闸、外环跌水闸-沈家坟闸河段,鳑鲏为清河闸-羊坊闸河段。③低水位运行下,鲫和鳑鲏WUA分别增加0.45×10^(4)m^(2)和2.34×10^(4)m^(2)。④河道流量由10 m^(3)∕s增加至120 m^(3)∕s时,清河闸以上河段WUA降低至接近0,清河闸以下河段增加73.09%。⑤流量超过600 m^(3)∕s,清河全段WUA接近0。研究显示,随流量增加,鱼类WUA先增大后减小,WUA最大值分布位置随流量变化而改变,与清河相连接的蓄滞洪区成为极端暴雨下鱼类栖息避难所。研究成果能够为城市河道生境构建和生物多样性维护提供基础。

基于物理栖息地模拟的长江中游生态流量研究

将Delft3D水力学模型和栖息地模型组成物理栖息地模拟模型以研究鱼类的生态环境。以长江中游宜昌至枝江河段为研究区域,以长江的重要经济鱼类四大家鱼为目标物种,结合流速及水深两个栖息地限制因子计算研究区域内不同流量下四大家鱼4个产卵场的栖息地面积,得到了流量与栖息地面积关系曲线。分析该曲线,结果表明:长江中游四大家鱼4—6月份产卵期间的最小生态流量为4570m3/s,适宜生态流量范围为12000～15500m3/s。计算结果在传统水文学法界定的生态流量范围之内,分析认为该计算结果更加合理,可为四大家鱼的保护和三峡及葛洲坝工程的生态调度提供参考建议。

基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析

以长江中华鲟作为目标物种,通过中华鲟自然繁殖期间产卵江段的的栖息地调查,确定了中华鲟的偏好水深、偏好流速及偏好底质。以河道内流量增量法(IFIM)为基础,采用二维水力学模型结合鱼类栖息地模型对中华鲟产卵场的栖息地条件进行了分析,计算了中华鲟自然繁殖期间流量与栖息地加权可利用面积的关系。结果表明,流量在13000～15000m3/s时,栖息地加权可利用面积达到最大,约2.1km2。

溪流大型底栖动物栖息地适合度模型的构建与河道内环境流量研究——以三峡库区香溪河为例

基于对香溪河河流生态系统的多年研究,以该流域河流大型底栖动物最优势类群四节蜉为指示生物,建立了我国大陆地区第一个基于长期的连续的野外现场实测数据的水生生物栖息地适合度模型(habitat suitability model,HSM).为保护河流生态系统结构和功能的完整性,文中将河道内环境流量分为3个层次,即河道内最小需水量、最小环境流量和适宜环境流量,并利用水文法和加权可利用面积法(weighted usable area,WUA)分别构建了这3个层次的河道内环境流量的计算模型.结果表明:香溪河的最小需水量为Tennant法中描述为差或最小状态的流量(即0.615 m3.s-1),为保护河流生态系统健康、维系河道景观多样性,应将多年平均流量的42.91%(即2.639 m3.s-1)作为研究地点的适宜环境流量.综合考虑水文和生物因素,从3个层次确定了河道内环境流量,可以为香溪河水资源的合理配置和综合管理提供技术支持,同时为较准确地计算河道内最小环境流量提供探索性研究.

基于鱼类需求的息县枢纽工程闸下河段环境流量研究

针对水利工程建成运行后对下游河段流量过程变化造成的鱼类原有栖息地面积减小和质量降低的潜在生态问题,对拟建息县枢纽工程闸下4.9 km河段内采用栖息地模拟法进行环境流量研究。采用MIKE数值模拟与HSI栖息地模型结合的方法,通过分析自然状态下研究河段的水流特性及鱼类栖息地现状,讨论了在不同生命期不同流量对鱼类栖息地的影响,确定了适宜环境流量范围,为水利工程建设后水生生物栖息地保护提供理论和方法指导。

基于鱼类栖息地需求的雅鲁藏布江中游环境流量计算

针对水利工程影响下,河道下游天然水文情势改变造成鱼类产卵场面积减小和质量降低等潜在生态问题,通过数值模拟与统计建立拉萨裸裂尻鱼产卵期栖息地适宜度模型,采用栖息地模拟法计算了雅鲁藏布江中游藏木水电站坝下米林—尼洋河汇口处38.9 km河段的环境流量。结果表明:拉萨裸裂尻鱼产卵期适宜水深为0.7~1.0 m,适宜流速为0.4~0.6 m/s;研究河段内拉萨裸裂尻鱼产卵期环境流量为432 m^3/s。

丁坝间距对改善水生生物栖息地作用的数值模拟

用于航道整治的丁坝在发挥束水攻沙整治作用的同时,也会因丁坝影响范围内的水沙结构和河床形态改变而造成水生生物栖息地的适宜性变化。常用的水生生物栖息地模拟模型(River 2D)因缺乏泥沙(推移质和悬移质)运动和河床变化模块,难以直接用来评价丁坝对栖息地的影响。为此,以岷江支流锦江穿过成都华阳镇河段为研究对象,采用水沙耦合的二维浅水模型,结合河道内流量增加法(IFIM)构建栖息地模拟模型。分析双丁坝在不同间距时,河道水沙运动结构、水生生物栖息地适宜性指数分布(HSI)和栖息地加权可用面积(WUA)的变化规律;同时从模拟成果中进一步得到能使WUA值有所提升的最佳丁坝间距,为航道建设或河道生态修复提供一定借鉴。

三峡水库枯水期补水调度对洞庭湖越冬白鹤(Grus leucogeranus)摄食栖息地的影响

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的珍稀越冬水鸟——白鹤(Grus leucogeranus)为指示性候鸟,以白鹤摄食对栖息地水深需求作为关键生态因子,建立白鹤摄食对水深需求的栖息地适宜度模型.构建涵盖长江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾闾河段的江湖一体化耦合水动力模型,实现栖息地水动力分布特征的精确模拟.在此基础上耦合栖息地适宜度模型和水动力模型,建立了面向白鹤摄食对三峡水库出库流量需求的物理栖息地模型,量化不同出库流量对应的白鹤摄食栖息地加权可利用面积,定量分析水库运行对白鹤摄食栖息地面积的影响.结果表明:1月中旬三峡水库不同出库流量下洞庭湖白鹤潜在摄食栖息地面积保持稳定并随出库流量的增加呈增大趋势,维持在101.40~121.84 km^(2)之间,其中东洞庭湖摄食栖息地面积在7.49~9.86 km^(2)之间,南洞庭湖(含横岭湖)摄食栖息地面积在47.37~60.34 km^(2)之间,西洞庭湖摄食栖息地面积在46.54~51.64 km^(2)之间.不同湖区摄食栖息地面积随着三峡水库出库流量的增加均呈增大的趋势,说明三峡水库枯水期补水调度对于维持栖息地面积具有重要作用.较三峡水库运行前相比,白鹤摄食栖息地面积最大增加20.44 km^(2),对应的增幅为20.16%.成果明晰了三峡水库运行对洞庭湖白鹤摄食栖息地面积的影响规律,可为通过三峡水库补水调度改善洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地生境提供理论基础.

滇中引水工程取水口下游金沙江生态流量研究

对拟建滇中引水工程大同取水口下游至虎跳峡前的43.5 km金沙江研究河段,采用流量历时曲线法和栖息地模拟法分别进行生态流量研究。栖息地模拟法选用目标鱼类长丝裂腹鱼,结合水动力学数值模拟与栖息地模型结合的方法,利用MIKE21建立研究河段的平面二维浅水水动力学模型。按长丝裂腹鱼对水深、流速的适宜度标准确定不同流量下的栖息地加权可利用面积(WUA),得到栖息地面积WUA随流量的变化趋势,最终确定目标鱼类产卵繁殖期适宜的生态流量值。比较2种方法的研究结果,取其中最大值作为最终生态流量值。

漓江枯水期流量变化对鱼类栖息地的影响模拟

根据漓江枯水期流量变化的特点,在基于栖息地模拟法的基础上利用河流二维模型,建立了历史实测最枯流量3.8 m^3·s^(-1)、枯水期标准流量45 m^3·s^(-1)和生态补水量60 m^3·s^(-1)三种不同流量下成年鲤有效栖息地的二维模型,评价其栖息地面积百分比与漓江枯水期不同流量的关系。结果表明枯水期漓江成年鲤的栖息地面积随着流量增加而增大并由河道中间逐渐向河两边移动,当流量增加到45 m^3·s^(-1)以后成年鲤栖息地面积的增长速度开始明显降低甚至是基本保持不变。分析了由于漓江流域河床坡度陡、流域面积小、雨量分配不圴、枯水期地表水向地下水排泄以及人为活动等引起枯水期栖息地面积发生变化的原因,为漓江枯水期补水和河流生物栖息地保护提供参考意义。

赤水河上游鱼类产卵场砾石群修复模拟研究

为定量分析砾石群对鱼类受损栖息地的恢复、改善效果,以赤水河支流倒流河上游芭茅坝鱼类产卵场为研究区域,选择昭通特有鱼类昆明裂腹鱼(Schizothorax grahami)为指示物种,结合稳定性分析确定砾石群的布局、尺寸,依据鱼类生境模型,研究分析了砾石群布置前后指示物种适宜栖息地的变化。结果表明:研究区河段内布置砾石群时,概化砾石单元的最小尺寸宜设置为0.5 m,单组砾石群摆放的跨距宜设置为1.60倍砾石长度,顺流宜设置为2.10倍砾石长度;分别布设5种不同形式砾石群,其所对应的鱼类加权可利用栖息地面积(WUA)均有不同程度增加;在河道造床流量参数下,砾石群的连续V形和钻石形布置形式较其他三种修复效果更为明显,砾石群布置区域水深流速呈现多样化,加权可利用栖息地面积占总面积比例分别增加21.77%和18.3%。合理布设砾石群可为赤水河鱼类产卵场的恢复提供技术支持。

泥曲河道内最小生态需水研究

生态需水研究是水资源开发和可持续利用中不可缺少的部分,目前计算河流生态需水的方法极多。从保护生物多样性的角度出发,结合河道断面和河道内生物信息,建立生物栖息地指标与流量之间的关系。生物栖息地指标包括:平均流速、水面宽、平均水深、湿周、过水断面面积、水力半径以及加权可利用栖息地面积(WUA)等,综合这些栖息地指标与流量的关系确定南水北调西线工程调水区泥曲河道内最小生态需水,为南水北调西线一期工程可调水量提供参考。结果表明,利用流速、水深、过水断面面积和水力半径确定河道最小生态需水小于多年平均流量的10%,利用水面宽、湿周、WUA等计算的结果分别是多年平均流量的56%、48%和32%。最终确定泥曲泥柯站河道内最小生态需水为19.3 m3/s,朱巴站最小生态需水为29.8 m3/s,位于Tennant法计算结果的"较好范围"生态需水等级,可以对河流栖息地提供比较好的保护。