关键词:
长江中游
多类群水生生物
生态流量
物理栖息地模拟模型
变化范围法
摘要:
水利工程的修建切断了河流水生生物的洄游通道,也破坏了河流的自然水文情势,造成了河流生态环境的退化。目前,评估水生生物的生态流量需求从而合理地进行生态调度是恢复河流生态系统健康的重要措施之一。然而,当前的生态流量研究大多针对单一物种或者单一类群水生生物,未从生态系统完整性的角度出发,关注与目标类群水生生物存在捕食、竞争、御敌、共生等关系的其它类群水生生物的生境需求,其评估的生态流量无法满足多类群水生生物的综合需求。因此,开展多类群水生生物的综合生态流量需求研究不仅满足生态系统完整性的要求,而且有利于生态调度,对恢复河流生态系统健康具有重要意义。本文选择仔幼鱼类,底栖动物和湿生植物为研究对象,并以长江中游监利江段为例,利用栖息地适宜度指数模型分析了这些类群水生生物的生境偏好,构建二维水动力学模型模拟了监利江段的生境条件,应用物理栖息地模拟模型对这些类群水生生物的生境偏好与生境条件进行了耦合,求解了流量与这些类群水生生物的权值适宜面积之间的响应关系,并根据这些类群水生生物的关键生活史确定了其在不同季节对生态流量需求的优先级顺序,求解了多类群水生生物周年的综合生态流量范围。在此基础上,应用变化范围法(Ranges of Variability Approach,RVA法)从流量的月中值大小,极端值大小及历时、极端值发生时间,高低流量脉冲频率及历时和涨退水率及转换频率等五个方面分析了三峡水库蓄水前后流量过程的季节性变化情况,并结合这些类群水生生物的综合生态流量范围,给出了表征流量过程的水文变化指标(Indicators of Hydrological Alteration,IHA)所需要满足的条件,以此作为这些类群水生生物对生态流量过程的需求,最终确定了长江中游监利江段多类群水生生物的综合生态流量需求,并提出了对应的生态调度建议。主要结论如下:
(1)模拟了长江中游监利江段目标类群水生生物的生境条件。流量从2000 m3/s增至50000 m3/s时,监利江段的江心洲和两岸洲滩由裸露态逐渐变为淹没态,湿生植物适宜生存的区域也由大逐渐变小,最后消失;监利江段主河道的生境条件不能同时满足仔幼鱼类对流速和水深的喜好,仅岸边区域,江心洲和两岸洲滩存在适宜仔幼鱼类生存的区域。当流量小于14000 m3/s时,靠近北岸的主河道因其流速满足底栖动物对流速的需求而成为底栖动物适宜生存的区域,当流量超过14000 m3/s时,整个主河道的流速不再适宜底栖动物生存,底栖动物适宜生存的区域由河道中央迁移至两岸洲滩及中心沙洲。
(2)分析了仔幼鱼类,底栖动物和湿生植物的权值适宜面积与流量之间的响应关系。在监利江段,仔鱼、幼鱼和底栖动物的权值适宜面积随着流量增大呈现出先增大后减小的相似趋势,且在20000 m3/s时达到最大,表现出对河流水动力条件具有较为相似的需求,其最适宜生存的流量为20000m3/s;湿生植物的权值适宜面积在2月、3月、4月、5月和11月份均呈现出随着流量增大而下降的趋势,下降速度由快到缓再到快。
(3)求解了仔幼鱼类,底栖动物和湿生植物的综合生态流量范围。在冬季,监利江段12月至1月的综合生态流量范围分别为4100-11000 m3/s,3000-7000 m3/s,2900-9100 m3/s;在春季,监利江段3月至5月的综合生态流量范围分别为 2800-11000 m3/s,2900-15000 m3/s,4800-17000 m3/s;在夏季,监利江段 6 月至8月的综合生态流量范围分别为7200-24100 m3/s,9800-24100 m3/s,9000-24100 m3/s;在秋季,监利江段9月至11月的综合生态流量范围分别为9000-24100 m3/s,8700-24100 m3/s,5100-12400 m3/s。
(4)求解了仔幼鱼类,底栖动物和湿生植物的综合生态流量过程。从春季,夏季,秋季到冬季,监利江段的月流量大小和不同历时的极端值流量大小,需要控制在综合生态流量范围内;最小流量出现时间应依次保持在3月7日至16日,6月4日至16日,11月27日至30日,2月23日至28日;最大流量出现时间应依次保持在5月18日至29日,7月14日至8月3日,9月8日至18日,12月2日至3日;低流量脉冲频率应依次保持在1-2次,0-2次,2-3次,1-2次;低流量脉冲持续时间应依次保持在3-7天,3-7天,1-11天,24-54天;高流量脉冲频率应依次保持在2-3次,2-4次,1-3次,0-1次;高流量脉冲持续时间应依次保持在8-89天,4-8天,2-7天,2-5天;流量单日上升幅度应依次保持在200-360 m3/s,1100-1300 m3/s,500-740 m3/s,120-200 m3/s,流量单日下降幅度应