CN113240242A - 基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于河网生态研究技术领域，特别涉及一种基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法。本发明针对鱼类栖息地中最重要而敏感的场所鱼类产卵场开展生境保护；通过生态流量调控，降低水工挡水建筑物及移民造地工程将对主河流的纵向、横向连通性产生阻隔影响，确保河网保留有足够的鱼类栖息地面积；根据鱼卵栖息地适用性的要求，通过设置卵砾边滩、透水堰、深潭区、圆木基质和水生植物，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境。
Description
技术领域
本发明属于河网生态研究技术领域，特别涉及一种基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法。
背景技术
水利水电工程建设在带来巨大的经济和社会效益的同时，也剧烈地改变了原有河流型湿地生态系统的水文状况，建造大坝阻断了河流，引起生境的破碎化等一系列情形都对水生生物尤其是鱼类带来了显著影响。
如何在开发中保护、在保护中开发是水电工程建设必须正视并得以解决的关键问题。水利水电工程的开发使河网水量季节性发生重大变化，改变了鱼类栖息环境，从而存在导致河网鱼类生境质量下降等问题。鱼类资源保护的常规措施包括增殖放流(增加资源量)、连通性修复(沟通交流路线)和生境保护与修复等。对于鱼类而言，其栖息地是指维持其全生命循环周期的场所，不仅提供生存空间，更提供满足生存的一切环境因子，故而鱼类生境保护与修复是最为重要，亦是最切实有效的保护措施。现有的鱼类栖息地保护措施多是根据工程经验，建设人工栖息地，欠缺对鱼类生态习性及其栖息生境需求的理解。
因此，如何基于鱼类生境需求和河段栖息地适应性，进行因地制宜、因时制宜的保护显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法。
为实现上述目的，本本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
(1)鱼类栖息地现状调查与分析：开展水生生境和水生生物调查。水生生境调查包括河网形态结构、水文情势、水体理化性状和底质类型。水生生物调查包括鱼类、鱼类饵料生物和鱼类产卵场、越冬场、索饵场以及洄游通道的调查。根据调查结果，按照保护价值、经济价值等因素，筛选目标保护物种。
(2)生态水力学指标构建：根据文献调研、现场调查或室内试验，研究分析目标物种栖息生境与水力学(水深、流速等)指标的关系，提出适宜鱼类栖息生存的生态水力学指标，建立鱼类生境适宜性曲线。
(3)栖息地适宜性评价：首先根据水利水电工程运行方式，分析其对鱼类栖息地的影响，其次结合水利水电工程的运行情况，采用物理栖息地模型(根据条件，可选择一维HEC-RAS或二维River2D)，研究水力特征及相应的栖息地条件，进行栖息地适宜性分析。
(4)鱼类栖息地保护规划与生境构建：根据鱼类栖息地适宜性分析，计算鱼类有效栖息地面积，并根据计算结果，进行分类分级保护与修复。在宏观层面，进行生态流量调控，在中微观层面，进行生境修复，包括卵砾边滩构建、透水堰设置、圆木基质设置和水生植物种植。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述生态流量调控通过水电站下泄生态流量，使河网鱼类栖息地的流速和水深满足产卵场的流场条件，其中允许流速、最佳适宜流速、允许水深、最佳适宜水深均应控制在合理范围，从而确定河网中鱼类栖息地适宜性较好的位置，保留有足够的鱼类栖息地面积，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境。在鱼类产卵繁殖季节，根据上游来水情况，定期加大生态流量泄放，为鱼类产卵繁殖创造适宜水动力学条件。
作为本发明的优选技术方案：所述卵砾边滩构建通过投放石块及级配卵石构造卵砾边滩，卵砾边滩控制平均粒径约D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，深入控制水位以下0.5m。块石群形成的紊、洄流等复杂水流条件，可以增加水流内的含氧量，同时石块有益于幼鱼保持开阔的水流区，可为鱼类产卵期间形成躲避场所。在控制水位以上部分可进行投放石块及级配卵石，作为后期砂砾料补给源。
作为本发明的优选技术方案：所述透水堰主要包括V型堰、W型堰、J型堰等河床生态工法，并在堰下设置深潭区，堰臂与平滩河岸线夹角介于20～30°，堰臂由平潭河槽向河床形成的倾斜斜率约2～7％，石材大小取0.8～1.0m。透水堰可采用圆木或蛮石材料，堰下设置深潭区。堰的高程需结合左右岸的分水要求，以及确保深泓区的连通性。透水堰不仅具有很好的控、导流效果，同时由此类结构形成的连续水力条件可能为鱼类繁殖、栖息、避险提供很好地保障，以近自然状态强化鱼类栖息地。
作为本发明的优选技术方案：所述圆木基质由配重或固定端固定于河岸或河床，并投放于流速相对较小区域，圆木长约5m，有效直径约0.5m，也可由多根小圆木绑扎而成，每根小圆木直径大于10cm。圆木基质增加河流栖息地生境多样性，不仅能发挥圆木基质的遮蔽、栖息效果，同时起到蛮石丛消能、增加涡流效果，为鱼类产卵栖息提供场所。
作为本发明的优选技术方案：所述水生植物应在河漫滩选择适合当地生长的黄菖蒲、花叶香蒲、鸢尾等，以形成为产粘性卵鱼类提供产卵的浅滩，为产粘性卵鱼类提供产卵着床区和营养基质。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明针对鱼类栖息地中最重要而敏感的场所鱼类产卵场开展生境保护；
(2)通过生态流量调控，降低水工挡水建筑物及移民造地工程将对主河流的纵向、横向连通性产生阻隔影响，确保河网保留有足够的鱼类栖息地面积；
(3)根据鱼卵栖息地适用性的要求，通过设置卵砾边滩、透水堰、深潭区、圆木基质和水生植物，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境。
附图说明
图1为本发明所提供的方法的流程框图。
图2为本发明实施案例中的鱼类栖息地流速适宜性曲线。
图3为本发明实施案例中的鱼类栖息地水深适宜性曲线。
图4为本发明实施案例中的鱼类栖息地底质适宜性曲线。
图5为本发明实施例中不同下泄流量情况下的栖息地加权可利用面积。
图6为本发明实施例1的鱼类产卵场综合适应性云图。
图7为本发明实施例1的鱼类产卵场保护方法。
图8为本发明实施例2的鱼类产卵场综合适应性云图。
图9为本发明实施例2的鱼类产卵场保护方法。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
河段产漂流性卵和沉粘性卵产卵场主要有产卵场1、产卵场2。根据河段主要鱼类产卵特征，经现场调研及室内分析试验得到的现有典型产卵场水力学特征和底质类型，如表1所示，以现有产卵场的流场条件和典型鱼种产卵底质要求，可以建立受保护鱼种的产卵场适宜性曲线，见图2～图4。流速适宜性曲线：最小允许流速0.2m/s，最佳流速0.5～1.1m/s，最大允许流速2.6m/s；水深适宜性曲线：最小允许水深0.4m，最佳水深0.6～1.1m，最大允许水深5.8m；底质适宜性曲线：最佳底质摩擦高度0.3～0.5m。
表1三大产卵场现状水力学特征
鱼类栖息地受上游水电站影响，水文情势被改变，为了保证鱼类产卵场，采用River2D进行不同下泄流量情况下产卵场鱼类产卵生境可用面积，即利用栖息地权重可使用面积WUA来计算。计算流量包括50、100、200、400、600m3/s这5种情况，计算结果见表2和图5。根据计算结果可知，河段WUA存在单一极大值，当下泄流量为200m3/s时的加权可利用面积最大，确定该流量为最佳产卵生态流量约200m3/s。由于下泄流量从100m3/s增加至200m3/s，WUA值相差不大。因此，采用100m3/s作为常态下泄生态流量能满足工程河段鱼类产卵和栖息要求。
表2不同下泄流量下河段栖息地加权可用面积
下面针对产卵场1和产卵场2开展产卵场的保护与生境构建方法。
实施例1：产卵场1的保护与生境构建方法
本实施例中的鱼类栖息地生境保护方法的步骤如下：
(1)鱼类产卵生境调查与模拟
产卵场1现状：分为两条汊河，分流口为河心浅滩，底质为卵石和砾石，水流较急，适合在急流水浅滩产粘性卵的鱼类产卵繁殖，如胭脂鱼、白甲鱼、南方鲇、鲇、大鳍鱯等，该河段也为一些小型的产漂流性卵鱼类的产卵场，如长薄鳅、赤眼鳟、银鲴、黑鳍鳈、银鮈、吻鮈、蛇鮈、宜昌鳅鮀、犁头鳅等。
在100m3/s流量条件下，产卵场1的水力学及物理栖息地模拟结果见图6所示，产卵场1所处的泄水闸首部L1河段生境质量为I区各河段最优，因此产卵场1将以保护为主，配合适度种植水草、配置产卵边滩、保护现有深潭等优化措施。
(2)鱼类产卵生境保护方法
1)生态流量调控：通过水电站下泄100m3/s的生态流量，在该段河网的横断面流速为0.12～0.40m/s，水深0.67～1.60m。流速与鱼类栖息地生境保护的最佳适宜流速0.5～1.1m/s相比有明显降低，但符合允许流速0.2～2.6m/s的要求，水深符合鱼类栖息地生境保护的最佳适宜水深0.6～1.1m的要求。同时，配合适度种植水草、配置产卵边滩等优化措施可实现最优化保护，产卵场1保护方法见图7。
2)卵砾边滩构建：在分汊尖嘴前端淹没区投放石块及级配卵石，构造卵砾边滩，创造更加复杂水流条件。石块及级配卵石控制平均粒径D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，深入控制水位以下0.5m，在控制水位以上部分投放石块及级配卵石并作为后期砂砾料补给源。块石群形成的紊、洄流等复杂水流条件，可以增加水流内的含氧量，同时石块有益于幼鱼保持开阔的水流区，可为鱼类产卵期间形成躲避场所。
3)透水堰设置：在河网设置J型透水堰，可采用蛮石材料，并在堰下设置深潭区。堰臂与平滩河岸线夹角介于20～30°，堰臂由平潭河槽向河床形成的倾斜斜率约2～7％，石材大小取0.8～1.0m。J型堰的高程需结合左右岸的分水要求，确保深泓区的连通性，保证不小于20cm过水深度。J型透水堰不仅具有很好的控、导流效果，同时由此类结构形成的连续水力条件可能为鱼类繁殖、栖息、避险提供很好地保障，以近自然状态强化鱼类栖息地。
4)水生植物种植：种植水生及过渡型植物，植物类型包括芦苇、宽叶香蒲、芒草、水葱、水芹、石菖蒲等，为产粘性卵鱼类提供产卵着床区和营养基质。
本实施例实施后，通过生态流量调控，可降低水工挡水建筑物及移民造地工程将对主河流的纵向、横向连通性产生阻隔影响，确保河网保留有足够的鱼类栖息地面积，同时，根据鱼卵栖息地适用性的要求，通过设置卵砾边滩、透水堰、深潭区和水生植物，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境。
实施例2：产卵场2的保护与生境构建方法
本实施例中的鱼类栖息地生境保护方法的步骤如下：
(1)鱼类产卵生境调查与模拟
产卵场2现状：该产卵场由三条河道汇合而成，右侧一大、一小河道汇合后，在河道中心偏左岸形成卵石、砾石浅滩，该浅滩继续向下游延伸，并不断抬高，在与最左岸河道汇合后，于河心形成小岛。小岛右侧河道稍窄，但水体逐渐加深。该处产卵场滩上水流较急，适合唇
花
麦穗鱼、鲿科、鮡科、鲇、南方鲇、黄颡鱼、瓦氏黄颡鱼等产粘性卵鱼类繁殖，滩下为深潭区，适合鱼类在产卵前后临时栖息，或越冬。
在100m3/s流量条件下，产卵场2的水力学及物理栖息地模拟结果见图8所示，下游交汇处的横断面流速为0.26～1.14m/s，水深0.87～3.45m，本河段首部(汇水口)产卵适宜性相对较好，而中下游段深水区流速小、水深大，可作为越冬场保护。
(2)鱼类产卵生境保护方法
1)生态流量调控：通过水电站下泄100m3/s的生态流量，在该段河网的横断面流速为0.12～0.29m/s，水深0.48～2.11m。流速与鱼类栖息地生境保护的最佳适宜流速0.5～1.1m/s相比有明显降低，与允许流速0.2～2.6m/s相比也有一定差距，水深基本符合鱼类栖息地生境保护的最佳适宜水深0.6～1.1m的要求。可在4～7月份的鱼类产卵繁殖季节，根据上游来水情况，定期加大生态流量泄放，为鱼类产卵繁殖创造适宜水动力学条件，使该段河网可满足鱼类栖息的最佳条件。同时，配合构建产卵边滩、设置圆木基质等优化措施可实现最优化保护，产卵场2保护方法见图9。
2)卵砾边滩构建：在分汊尖嘴前端淹没区投放石块及级配卵石，构造卵砾边滩，创造更加复杂水流条件。石块及级配卵石控制平均粒径D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，深入控制水位以下0.5m，在控制水位以上部分投放石块及级配卵石并作为后期砂砾料补给源。块石群形成的紊、洄流等复杂水流条件，可以增加水流内的含氧量，同时石块有益于幼鱼保持开阔的水流区，可为鱼类产卵期间形成躲避场所。
3)圆木基质设置：圆木材料由配重或固定端固定于河岸或河床，并投放于流速相对较小区域，圆木长约5m，有效直径约0.5m，可由多根小圆木绑扎而成，每根小圆木直径大于10cm。圆木基质设置可增加河流栖息地生境多样性，不仅能发挥圆木基质的遮蔽、栖息效果，同时起到蛮石丛消能、增加涡流效果，为鱼类产卵栖息提供场所。
本实施例实施后，通过生态流量调控，可降低水工挡水建筑物及移民造地工程将对主河流的纵向、横向连通性产生阻隔影响，确保河网保留有足够的鱼类栖息地面积，同时，根据鱼卵栖息地适用性的要求，通过设置卵砾边滩和圆木基质，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法包括如下步骤：
(1)鱼类栖息地现状调查与分析：开展水生生境和水生生物调查；根据调查结果，按照保护价值、经济价值等因素，筛选目标保护物种；
(2)生态水力学指标构建：根据文献调研、现场调查或室内试验，研究分析目标物种栖息生境与水力学指标的关系，提出适宜鱼类栖息生存的生态水力学指标，建立鱼类生境适宜性曲线；
(3)鱼类栖息地适宜性评价：根据水利水电工程运行方式，分析其对鱼类栖息地的影响，其次结合水利水电工程的运行情况，采用物理栖息地模型，研究水力特征及相应的栖息地条件，进行栖息地适宜性分析；
(4)鱼类栖息地保护规划与生境构建：根据鱼类栖息地适宜性分析，计算鱼类有效栖息地面积，并根据计算结果，进行分类分级保护与修复；在宏观层面，进行生态流量调控，在中微观层面，进行生境修复，包括卵砾边滩构建、透水堰设置、圆木基质设置和水生植物种植。
2.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述生态流量调控通过水电站下泄生态流量，使河网鱼类栖息地的流速和水深满足产卵场的流场条件，其中允许流速、最佳适宜流速、允许水深、最佳适宜水深均应控制在合理范围，从而确定河网中鱼类栖息地适宜性较好的位置，保留有足够的鱼类栖息地面积，为鱼类产卵、越冬、索饵提供所需的多样性水生生境；在鱼类产卵繁殖季节，根据上游来水情况，定期加大生态流量泄放，为鱼类产卵繁殖创造适宜水动力学条件。
3.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述卵砾边滩构建通过投放石块及级配卵石构造卵砾边滩，卵砾边滩控制平均粒径约D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，深入控制水位以下0.5m；块石群形成的紊、洄流等复杂水流条件，可以增加水流内的含氧量，同时石块有益于幼鱼保持开阔的水流区，可为鱼类产卵期间形成躲避场所；在控制水位以上部分可进行投放石块及级配卵石，作为后期砂砾料补给源。
4.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述透水堰主要包括V型堰、W型堰、J型堰等河床生态工法，并在堰下设置深潭区，堰臂与平滩河岸线夹角介于20～30°，堰臂由平潭河槽向河床形成的倾斜斜率约2～7％，石材大小取0.8～1.0m；透水堰可采用圆木或蛮石材料，堰下设置深潭区；堰的高程需结合左右岸的分水要求，以及确保深泓区的连通性；透水堰不仅具有很好的控、导流效果，同时由此类结构形成的连续水力条件可能为鱼类繁殖、栖息、避险提供很好地保障，以近自然状态强化鱼类栖息地。
5.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述圆木基质由配重或固定端固定于河岸或河床，并投放于流速相对较小区域，圆木长约5m，有效直径约0.5m，圆木基质增加河流栖息地生境多样性，不仅能发挥圆木基质的遮蔽、栖息效果，同时起到蛮石丛消能、增加涡流效果，为鱼类产卵栖息提供场所。
6.根据权利要求5所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述圆木基质可由多根小圆木绑扎而成，每根小圆木直径大于10cm。
7.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述水生植物应在河漫滩选择适合当地生长的黄菖蒲、花叶香蒲、鸢尾，以形成为产粘性卵鱼类提供产卵的浅滩，为产粘性卵鱼类提供产卵着床区和营养基质。
8.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的鱼类栖息地保护与生境构建方法，其特征在于：所述水生生境调查包括河网形态结构、水文情势、水体理化性状和底质类型；所述水生生物调查包括鱼类、鱼类饵料生物和鱼类产卵场、越冬场、索饵场以及洄游通道的调查。
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