改进的栖息地法求解多种产漂流性卵鱼类生态流量方法研究

为了解决产漂流性卵鱼类产卵场栖息地模拟的多鱼种生态流量求解不足的问题,提出一种通过鱼类产卵场栖息地模拟计算,在耦合多种产漂流性卵鱼类生态需求的基础上进行生态流量及阈值计算的求解方法,包括:①采用模糊逻辑法进行产卵场栖息地模拟;②改进优势度模型,并运用熵权法确定鱼种的生态流量权重,加强鱼类产卵场生态流量结果的适用性;③耦合多种鱼类产卵需求求解生态流量,并基于单、多鱼种最适生态流量求解综合生态流量阈值。方法考虑了多种鱼类产卵期间的生态流量需求,增加了鱼种对河流生态需求指示作用的可靠性,研究成果可为水库生态调度提供理论基础,为河流水资源管理提供必要参考。

基于人工鱼群算法改进栖息地法的河流生态流量计算

广泛应用于生态流量计算的栖息地法,近年来理论基础受到许多国外学者的质疑。针对其存在的问题,通过采用人工鱼群算法中的视野、奖励权重、拥挤度参数对栖息地法进行了3个方面的改进,其中,视野、奖励权重、拥挤度参数分别代表鱼类搜寻适宜栖息地的能力、鱼类聚群后优选栖息地的倾向和鱼类实际选择栖息地时的逻辑。以淮河中游鲁台子~淮南段为研究区域,发现改进后的计算方法具有较好的稳定性,能够体现鱼类自我优化栖息地选择的过程,可以反映栖息地的利用情况,显著提高了栖息地法计算结果的可信度。

鱼类栖息地保护技术研究进展

为进一步促进鱼类栖息地保护与修复工作的深入开展以及保护技术的推广应用,综述了国内外鱼类栖息地评估方法和保护与修复技术的发展概况,归纳了常用的鱼类栖息地评估方法,总结了鱼类栖息地保护与修复项目中运用的技术,分析了现有保护措施存在的问题,提出了较全面的鱼类栖息地评估方法和修复措施的建议,以期为从事鱼类栖息地保护与修复工作的技术人员提供技术参考。

适宜生态流量计算方法研究

从河流生态系统的特征出发,提出了以鱼类生境法和鱼类生物量计算适宜生态流量的途径。采用鱼类生境法和鱼类生物量法,对松花江流域的适宜生态需水开展应用研究。结果表明,两种方法计算的结果基本一致。在一般情况下,鱼类生境法和鱼类生物量方法可以互相验证,二者计算成果相差3%以下。在没有回水顶托的影响下,鱼类生境法适用于不同尺度的河流。而鱼类生物量方法,一般适用于较大的平原型河流,对于较小的山区河流,该方法需慎重使用。

松花江适宜生态流量研究

以维持水生态系统的完整性为保护目标,应用鱼类生境法和鱼类生物量法,计算了松花江的适宜生态流量及其相对值(适宜生态流量与多年天然平均流量的比值)。研究表明,2种方法计算的结果基本一致。在没有回水顶托的影响下,鱼类生境法适用于不同尺度的河流;而鱼类生物量方法,一般适用于较大的河流和平原型河流。

生境模拟法在黑水河鱼类栖息地保护中的应用

为了解黑水河鱼类栖息地适宜性状况,研究行之有效的栖息地保护方案,采用基于河道内流量增加法(IFIM)原理的栖息地模拟方法,使用RIVER2D二维水动力学及栖息地模拟软件,以黑水河干流苏家湾水电站坝址至公德房水电站坝址河段为例,进行水动力模拟和鱼类栖息地适宜性模拟,通过加权有效栖息地面积(WUA),分析适宜物理栖息地的数量、质量和分布情况,评估研究河段的鱼类栖息地适宜性状况并探究存在的主要问题。结果显示,公德房库区河段水域面积较大,大部分河段适宜性指数较高,有效栖息地面积较大;减水河段河道内流量较小,大部分河段水深较浅,有效栖息地面积小,需要开展河道生境修复;在此基础上,研究了增加生态流量(坝址处多年平均流量的10%、12.5%、15%)条件下的改善效果,以及固定生态流量(坝址处多年平均流量10%)条件下进行河道整理的改善效果。经比较分析,提出了黑水河生境修复可采取河道整理为主,结合优化生态流量的保护方案。

松花江流域主要干支流纵向连通性与鱼类生境

基于松花江流域拦河建筑物现状,采用阻隔系数法,评价主要干支流的纵向连通性。结果表明:松花江干流和嫩江纵向连通性指数分别为0.21和0.27,连通性评价等级为良,第二松花江连通性指数为0.62,连通性评价等级为中等。嫩江支流中连通性最好的是嫩江,成为冷水性鱼与嫩江尼尔基以下河段交流的唯一通道;而甘河、雅鲁河、绰尔河和讷谟儿河连通性评价等级为良,洮儿河、霍林河和乌裕尔河连通性评价等级为劣。第二松花江支流中伊通河和饮马河拦河坝众多,鱼类洄游受阻,连通性等级为劣。松花江干流支流牡丹江、拉林河受梯级水电站开发影响,其评价指数为劣;倭肯河、汤旺河受河流沿岸灌区渠首闸坝、水库及水电站建设影响,评价等级为差,这些支流目前濒危珍稀鱼类已绝迹,也极少见到冷水性鱼类。整个流域内未建设过鱼设施,对鱼类洄游和种群交流产生阻隔,提出了补建和新建过鱼设施,必要时开展增殖放流的措施。建议对没有预留生态流量的拦河建筑物进行改造或者利用现有设施泄放生态流量,对预留生态流量的调整水库调度方案保证其下泄流量满足不同时间、空间鱼类生存需求。

拆坝对河流生态系统的影响及评估方法综述

为研究拆坝对河流生态系统造成的影响,从短期和长期两个时间尺度综合分析了河流水文情势、地形地貌、岸边带植物、鱼类和底栖动物等关键生态因子对拆坝的响应,并总结了目前拆坝对生态系统影响的两种主要评估方法。认为根据实际拆坝情况进行评估和基于数值模型进行预测两种评估方法中,实地观测是最直接、最有说服力的研究方法,但受成本和一些不可控因素限制;数值模拟具有速度快、费用低、无比尺影响等优点,可对拆坝影响进行预测,为管理者提供参考,但精度和准确性有待提高。指出后续研究中应综合考虑拆坝过程中各生态因子间的耦合效应,需对不同拆坝时机和分阶段拆坝方式对河流生态系统的影响进行深入研究。

辽宁省北部典型河流生态流量计算方法对比

河流生态流量是维系河流水生态系统结构与功能的基础。利用辽宁省北部地区清河流域2012—2013年水生态调查及1985—2010年逐月径流量等水文数据,结合清河河流水生态系统中鱼类生境需求,对月保证率设定(改进)法和鱼类生境法计算的清河流域生态流量进行对比。结果表明:利用月保证率设定法和鱼类生境法计算的清河流域不同水文站的最小、适宜和理想等级年生态需水量,既在水文学方面反映逐月不同水文特征年生态流量差别,又同时考虑鱼类对河道生境的要求。通过与Tennant法比较表明,月保证率设定(改进)法和鱼类生境法确定的清河流域生态流量均较可靠,确定河道外用水比例范围为66.8%—81.1%。本研究为辽北地区与辽河流域支流河流的水资源配置与水环境管理提供了科学依据。

阿根廷滑柔鱼(Illex argentinus)适宜栖息地模型比较及其在渔场预报中的应用

根据2003–2007年1–5月西南大西洋阿根廷滑柔鱼生产统计数据以及表温(SST)、海面高度(SSH)等海洋遥感数据,以作业次数为基础采用外包络法建立SST、SSH的适应性指数模型。分别采用算术平均法(AMM)和几何平均法(GMM)建立栖息地指数(HSI)模型,并对2003–2007年1–5月的HSI值与实际产量和作业次数作比较。研究结果显示,AMM和GMM均拟合较好,HSI>0.6时,AMM的产量和作业次数比例分别为86.75%和89.82%;GMM的产量和作业次数比例分别为84.30%和85.80%,AMM稍优于GMM。利用2008年1–5月的阿根廷滑柔鱼生产数据进行实证分析,结果显示,作业渔场主要分布在HIS>0.6的海域,其产量占总产量的64%以上,作业次数占总作业次数的68%以上;基于SST和SSH的AMM栖息地指数模型可用于阿根廷滑柔鱼中心渔场的实时动态预报,为该资源的高效开发提供科学依据。

珍稀保护鱼类产卵期生境需水量计算方法探讨

分析了水文学法、水力学法和栖息地法计算河道生态需水量的原理及适用性,以姜射坝水电站减水段为例,分别应用Tennant法、R2-Cross法和PHABSIM模型计算了重口裂腹鱼产卵期生境需水量,并进行了对比分析。建议当河流水生生态敏感程度较高时采用栖息地法来计算河段需水量,以期最大程度地保护关键生境条件,为实现水电开发与生态环境协调发展提供技术支持。

汉江桥闸工程下游河段典型鱼种栖息地模拟研究

探究水利工程干扰下的鱼类生境变化特征是维护河流生态健康的基础性研究。以汉中平川段内汉江三桥桥闸下游10 km为研究河段,利用水文学法和栖息地模拟法计算了生态流量。建立了河段二维水动力学模型,选用宽鳍鱲为目标鱼种,依据其对水深和流速的适宜性曲线确定了流量变化下的生境面积,并采用生境质量分级分析了不同流量响应鱼类生境的变化特征。研究结果表明:两种方法计算出河流生态流量相近,分别为54.3和53.1 m^(3)/s,最终适宜流量为47.8~54.3 m^(3)/s;在流量8.8~212.7 m^(3)/s时,相比中等和低质量生境,高质量生境面积随流量的波动更为显著,呈现先升后降的趋势,212.7 m^(3)/s以上流量的各级生境面积随流量变化较小;高质量生境多分布于两岸和冷水河交汇口,中等质量生境主要分布在河段下游;低质量生境位置相对不固定;研究成果可为桥闸运行和河流鱼类保护提供重要参考依据。

基于优先保护鱼类识别的澜沧江中下游生态流量

河道内维持合理的生态流量,以满足水生生物生境需求,是其生态系统健康的重要保障。选取澜沧江中下游为研究区,构建了基于风险系数、干扰系数和价值系数3个维度的河道优先保护鱼类评估方法,识别了该地区优先保护鱼类;基于河道内流量增量法,选取水力生境适宜性指数及高/中/低适宜生境面积比例作为生境适宜度评估指标,建立其与流量的关系曲线,研究了该地区优先保护鱼类产卵期和成年期的适宜生态流量,结果表明:1)澜沧江中下游优先保护等级最高的鱼类为中国结鱼;2)中国结鱼产卵期和成年期最适生态流量分别为2 100 m^3/s和1 200 m^3/s,适宜生态流量范围分别为1 700~3 300 m^3/s和800~1 500 m^3/s,计算结果介于Tennant法很好-最大等级之间。

基于河流健康的浑河中下游河道生态需水量计算

河道生态需水量是河流生态系统健康的重要保障。随着社会经济的发展,浑河生态系统的健康受到威胁。以受流域水资源开发利用影响较大的浑河中下游河段作为河道生态需水量研究的重点区域,采用月保证率法和鱼类生境法计算中下游河道不同等级的生态需水量,通过Tennant法验证了计算成果的合理性。最终确定了浑河中下游河道最小、适宜和理想等级生态需水量,并分析了浑河河道生态需水量的特征。

鱼类栖息地流速适宜性曲线实验方法

生物栖息地法是河流生态需水计算的主要方法之一,在该方法中,寻找能代表栖息地物理、化学特征的要素,并建立特征要素与生物生长关系是其关键。其中流速是栖息地法的关键要素之一,流速适宜性曲线常用来表示流速与生物生长之间的关系。传统的鱼类栖息地流速适宜性曲线主要用经验或现场调查等方法获得,存在主观性强或费用巨大、耗时等缺点。为弥补以上方法不足,尝试建立一种通过室内试验获取适宜性曲线的新方法。以幼鱼期鲫鱼流速适宜性曲线为例,设计流速渐变环形水槽,定期对生长于不同流速区的鱼进行生理生化指标测定,对测得的指标通过因子分析等方法建立鲫鱼幼鱼期生长对流速的响应关系,由此建立鱼类栖息地适宜性曲线。结果表明,通过室内实验建立的鱼类栖息地流速适宜性曲线与人类的经验知识相吻合,且刻画得更清楚。该实验及分析方法可供各类生物栖息地流速适宜性曲线的建立所借鉴。

考虑齐口裂腹鱼产卵需求的山区河流生态基流过程确定

在原型观测的基础上,应用生态水力学法与生境模拟法,建立对考虑齐口裂腹鱼产卵需求的山区河流水电工程生态基流过程的确定方法,并以四川中型山区河流杂谷脑河薛城电站为背景,对所构建方法进行应用分析。通过原型观测,对生态水力学的齐口裂腹鱼生境水力参数标准在杂谷脑河应用的适宜性进行分析;应用生态水力学方法,对不同河道流量下薛城电站减水河段的齐口裂腹鱼生境水力参数进行数值模拟,根据模拟结果,结合齐口裂腹鱼生境水力参数标准,分析得到薛城电站满足其生存的最小下泄流量;应用生境模拟法,对齐口裂腹鱼产卵期不同河道流量下薛城电站减水河段集中产卵场的可利用生境面积进行计算,得到最大可利用生境面积对应的下泄流量。综合最小下泄流量值与最大可利用生境面积所对应的下泄流量值,考虑齐口裂腹鱼产卵对水文情势的要求,建立薛城电站考虑齐口裂腹鱼产卵需求的生态基流过程。采用所构建方法得到的考虑鱼类产卵需求的水电工程生态基流过程,由于考虑了鱼类生存对最低流量以及产卵对水文情势的要求,能更好地满足鱼类产卵需求,可作为电站运行调度的约束。

中型山区河流水电站下游的鱼类生态需水量计算

为更好地对河流水电开发后的鱼类进行保护,探讨中型山区河流水电站下游的鱼类生态需水量计算。参照大型河流鱼类水力生境参数标准,根据中型山区河流的特点,得到中型山区河流鱼类水力生境参数的参考标准。选取有代表性的四川中型山区河流杂谷脑河进行鱼类生境原型观测,原型观测结果证实了该参考标准能够满足杂谷脑河鱼类对生境的实际需求。基于所得到的参考标准,应用生态水力学法对杂谷脑河红叶二级、理县以及甘堡3座电站减水河段的鱼类生态需水量进行计算分析,得到3座电站的生态需水量推荐值。通过分析可知,所得到的生态需水量推荐值占年均天然流量以及设计引用流量的比例都不高,在3座电站的运行实践中,具有可操作性。

基于栖息地指标法的生态流量研究

以大渡河流域为例,根据指示鱼类对栖息地的环境要求,构建包含水深、水面宽、流速、湿周和过水面积5个参数的栖息地评价体系,选择大渡河上游具有代表性的河段,建立流量与各指标之间的关系式,确定指示鱼类不同阶段的最低流量适宜值,得到满足各栖息地指标要求的最小生态流量。计算得出,足木足河的非避冬期最小生态流量为18.3~78.5 m^3/s,避冬期为6.6 m^3/s;大金川的非避冬期最小生态流量为26.6~86.5 m^3/s,避冬期为26.6 m^3/s;梭磨河的全年最小生态流量为28.3 m^3/s;绰斯甲河的非避冬期最小生态流量为31.9~38.2 m^3/s,避冬期为31.9 m^3/s。区域最小生态流量的确定,可为研究区鱼类的保护提供参考,进而为维系地区生态平衡,协调生态环境与社会发展提供保障。