CN113957845B - 一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统，其中方法包括确定目标干流河段鱼类的优势种群，将优势种群作为焦点物种；根据焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和目标干流河段水文、地貌学信息，确定焦点物种的栖息地及其优先排序和功能类型；根据每个栖息地的生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；构建待修复的栖息地的场景推演模型，根据场景推演模型确定待修复的生境影响因子。本发明由于考虑了河道鱼类生境的水陆交错区、时空动态性和工程实践性，因此其生态修复的修复效果佳且效率高，节约了人力资源；同时，其提高了河道管理与鱼类生境保护的现势性和精准性，并降低了管护成本，应用范围广、应用效果较好。
Description
技术领域
本发明公开了一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统，尤其涉及一种基于岸-河-库近自然连接度的鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统，属于环境保护技术领域。
背景技术
由在空间和时间尺度上的地貌和水文相互作用形成的河流景观被认为是地球上最复杂和最动态的生态系统之一，现有技术中利用动态斑块镶嵌分布对其进行描述。
人类活动使得河流景观破碎化，进一步将会导致鱼类的栖息地丧失。而自然栖息地的丧失是威胁全球生物多样性的重要原因。因此，需要修复被人类破坏的河流景观，以确保鱼类的栖息地。
然而现有技术中对河流景观的修复方法存在修复效果差的技术问题，导致鱼类的栖息地较少，进一步造成鱼类种质资源退化，多样性变小，不利于鱼类种群的优化和发展。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统，以解决现有河流景观修复方法存在的修复效果差的技术问题。
本发明的第一方面提供了一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法，包括：
确定目标干流河段鱼类的优势种群，将所述优势种群作为焦点物种；
根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型；
获取所述栖息地的生境参数，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；
构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据所述场景推演模型确定待修复的生境影响因子。
优选地，获取所述栖息地的生境参数，具体包括：
获取所述栖息地的近自然度和整体概率可能性连接指数。
优选地，所述近自然度根据第一公式确定，所述第一公式为：
式中，YAi为所述焦点物种在建坝后第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YA为建坝后同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间；YBi为所述焦点物种在建坝前第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YB为建坝前同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间，m为所述栖息地的数量。
优选地，所述整体概率可能性连接指数根据第二公式确定，所述第二公式为：
式中，ai和aj分别为第i个栖息地和第j个栖息地面积，m为所述栖息地的数量，pij为所述焦点物种在第i个栖息地和第j个栖息地之间直接扩散的概率；AL为所有所述栖息地的总面积。
优选地，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地，具体包括：
根据所述生境参数确定每个所述栖息地的修复等级；
获取符合预设修复等级的栖息地的优先排序和功能类型，确定待修复的栖息地。
优选地，构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据所述场景推演模型确定待修复的生境影响因子，具体包括：
构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，所述场景推演模型中包括多个生境影响因子；
多次调整所述场景推演模型中的一个或多个所述生境影响因子，获取每次调整后的所述待修复的栖息地的综合适宜度；
确定满足修复条件的所述综合适宜度对应的生境影响因子，即为待修复的生境影响因子。
优选地，所述综合适宜度根据第三公式确定，所述第三公式为：
式中，CSI为待评价栖息地的综合适宜度，Frq为同一个待评价栖息地第r个观测位点第q个生境影响因子的无量纲化数值，R为同一个栖息地观测位点的数目，n为生境影响因子的数目。
优选地，根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型，具体包括：
根据所述焦点物种的生活习性、所述目标干流河段的水文和地貌学信息，确定所述焦点物种的潜在栖息地及所述潜在栖息地的优先排序和功能类型；
获取焦点物种的可行有效扩散距离，将可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地。
优选地，获取焦点物种的可行有效扩散距离，将可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地，具体包括：
获取焦点物种的可行有效扩散距离；
获取所述焦点物种的单次定向游动距离；
利用所述单次定向游动距离校正所述可行有效扩散距离；
将校正后的可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地。
本发明的第二方面提供了一种鱼类栖息地生态修复体系构建系统，包括：
焦点物种确定模块，所述焦点物种确定模块用于确定目标干流河段鱼类的优势种群，将所述优势种群作为焦点物种；
栖息地确定模块，所述栖息地确定模块用于根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型；
待修复栖息地确定模块，所述待修复栖息地确定模块用于获取所述栖息地的生境参数，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；
修复因子确定模块，所述修复因子确定模块用于构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据所述场景推演模型确定待修复的生境影响因子。
本发明的鱼类栖息地生态修复体系构建方法及系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：
本发明由于考虑了河道鱼类生境的水陆交错区、时空动态性和工程实践性，因此其生态修复的修复效果佳且效率高，节约了人力资源；同时，本发明提高了河道管理与鱼类生境保护的现势性和精准性，并降低了管护成本，应用范围广、应用效果较好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的鱼类栖息地生态修复体系构建方法的简要流程图；
图2为本发明实施例提供的鱼类栖息地生态修复体系构建方法的详细流程图；
图3为本发明实施例提供的鱼类栖息地生态修复体系构建系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的花斑裸鲤建坝前后栖息地划分示意图；
图5为本发明实施例提供的羊曲水电站最优发电水量与发电效率的估算框架示意图。
图中，101为焦点物种确定模块；102为栖息地确定模块；103为待修复栖息地确定模块；104为修复因子确定模块。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图1和图2所示，本发明实施例的鱼类栖息地生态修复体系构建方法包括：
步骤1、确定目标干流河段鱼类的优势种群，将优势种群作为焦点物种，具体为：
获取目标干流河段生态本底资料、该目标河段中水电站运行调度规则，并开展捕捞试验确定鱼类的优势种群，将优势种群作为焦点物种(Fs)。
本实施例中采用相对重要性指数(IRI)确定优势种群，相对重要性指数的公式如下:
IRIL＝(NL％+WL％)×QL％
式中，NL％为第L类鱼的尾数占总尾数的百分比；WL％为第L类鱼的生物量占总生物量的百分比；QL％为第L类鱼出现的站数占调查总站数的百分比。将IRI值大于等于预设重要性阈值的种群定义为优势种群，本实施例中的预设重要性阈值可以为500、600、800、1000和1100等等，其可根据响应曲线确定。样品采样及分析均按《海洋调查规范第6部分:海洋生物调查》(GB/T12763.6-2007)执行。鱼类名称以Nelson分类系统为依据，并参考Fishbase数据库(www.Fishbase.org)。
步骤2、根据焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和目标干流河段的水文、地貌学信息，确定焦点物种的栖息地及其优先排序和功能类型，具体为：
步骤2.1、根据焦点物种的生活习性、目标干流河段的水文和地貌学信息，确定焦点物种的潜在栖息地及其优先排序和功能类型。本实施例中确定潜在栖息地及其优先排序和功能类型的步骤是在ArcGIS平台中采用空间叠加分析实现的，具体包括：
根据焦点物种的生活习性、目标干流河段的水文和地貌学信息确定焦点物种的潜在栖息地(斑块)，将斑块进行图形格式数据转换后输入至景观分析软件Conefor 2.6中。利用景观分析软件获取目标干流河段中的斑块(即潜在栖息地)的整体指数和斑块的重要性。
本实施例中的斑块(Patch)被定义为在水文和地貌上与河道和周围景观不同的已定界的非河道生境，如河漫滩、回水湾等，斑块通常通过小河道或坡面流与主河道相连。利用GIS数据层定义斑块、水生生境(每个站点的湿润面积)，并计算描述每个斑块大小、形状、水体深度、流速、水温和河口特征等方面变量。对于无法获得GIS信息的斑块，在站点入口进行横断面调查，并沿站点均匀间隔3个样条进行横断面调查，以1m的间隔记录水深、淹没植被的有无、鱼群种类与数量。
本实施例中，斑块的整体指数包括斑块的区域连接总数(NL)，景观组分总数(NC)，Harary指数(H)，面积权重指数(AWF)和整体连接度指数(IIC)。斑块的重要性使用Harary指数的导数、面积权重指数的导数和整体连接度指数的导数表征。
其中，区域连接总数(NL)为目标干流河段内斑块之间存在的所有连接的个数；
景观组分总数(NC)为目标干流河段内斑块划分出的景观组分的个数；
Harary指数(H)用于表征斑块间的连接程度，其计算公式为：
式中，K为斑块总数(即潜在栖息地的总数)，nlij为斑块i和斑块j之间存在的最少连接数，在不存在连接的斑块之间nlij＝∞；
面积权重指数(AWF)为考虑各个斑块面积的情况下，目标干流河段内各个斑块之间的总体可能性连通性，其计算公式为：
式中，pij为斑块i和斑块j之间各个扩散途径的最大概率值；ai和aj分别为斑块i和斑块j的面积，K为斑块总数；
整体连接度指数(IIC)为考虑各个斑块面积的情况下，目标干流河段内各个斑块之间的总体连通性，计算公式为：
式中，ai和aj分别为斑块i和斑块j的面积，K为斑块总数，nlij为斑块i和斑块j之间存在的最少连接数，在不存在连接的斑块之间nlij＝∞，AL为目标干流河段内所有斑块的总面积。
本实施例中利用景观连接度指数分析软件Conefor2.6得到斑块的重要性，进一步利用斑块的重要性对组分和斑块进行优先排序以及确定组分和斑块的功能类型。
其中功能类型的划分是根据各个潜在栖息地的内部(Intra)、通量(Flux)和连接(Connect)方面的连通性(dIIC)在整体连通性中的比重进行划分的，并基于此开展保护和修复工作。
进一步地，还可以为空间邻近且条件相近的多个栖息地集群(即组分)划分其功能类型，各个组分的功能类型的划分是根据该组分的内部(∑Intra)、通量(∑Flux)和连接(∑Connect)方面的连通性(∑dIIC)在整体连通性中的比重进行划分的，并基于此开展保护和修复工作。
根据潜在栖息地的功能类型，dIIC可以分为3部分，其中dIICintra_k是依据潜在栖息地k提供的生境面积来测度其内部的连通性，dIICflux_k表示其他潜在栖息地流经栖息地k的生态通量，dIICconnector_k为潜在栖息地k在其他潜在栖息地间充当垫脚石作用的贡献值。本发明中实施例中潜在栖息地和其组分的功能类型划分如表1所示。
表1潜在栖息地与组分在连通中的功能类型划分
在最优阈值距离下，根据表1组分/斑块功能类型划分方法，依据H、IIC和AWF分别排序前10位组分，筛选出最重要的组分。依据IIC及其分数分别在组分、斑块水平对其四种功能类型(内部、通量、连接和普通)进行排序，筛选出重要性高的组分和斑块。同时，对组分和斑块的面积、空间分布等进行统计分析，包括斑块面积与IIC及IIC分数的相关性分析。参照已有研究识别优先保护/扩展位点的方法，即，保护、扩张的范围为保护/扩张斑块外围的缓冲区(半径为最优距离阈值)。保护、扩张的优先水平分为三个等级(高、中、低)。具体分级方法如下：(1)排名前10位(Top 10)的斑块是最重要的生境，需要高水平的优先保护；(2)最重要组分中的斑块(除Top 10外)是中等水平的保护对象；(3)其他斑块为低水平保护对象；(4)内部组分的斑块需要高水平的扩张/恢复；(5)普通斑块及其间的连接斑块为中等水平的扩张/恢复对象；(6)通量组分内的斑块与其他通量斑块的邻近位点具有低水平的扩张/恢复优先权。
步骤2.2、获取焦点物种的可行有效扩散距离，将可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地，具体包括：
步骤2.2.1、获取焦点物种的可行有效扩散距离，具体包括：
建立以有效扩散距离为横轴(x坐标轴)、以整体指数为纵坐标(y坐标轴)的坐标系；
获取每一个有效扩散距离内的所有斑块对应的上述整体指数数值；
根据所得的整体指出数值，绘制散点图和拟合曲线，确定每个整体指数(NL、NC、H、AWF和IIC)对应曲线的第一个突变点(拐点)的x值，得到多个有效扩散距离的点值，该点值即为研究区域内焦点物种的可行有效扩散距离。
步骤2.2.2、校正上述可行有效扩散距离。
确定上述多个可行有效扩散距离对应的标准扩散距离；其中标准扩散距离可以为上述多个可行有效扩散距离的最大值、均值、最小值或者最大值与最小值之间的任意一个数值，优选使用多个可行有效扩散距离的最大值作为标准扩散距离。
开展焦点物种的游泳耐力试验获得焦点物种的单次定向游动距离(DS)，利用单次定向游动距离校正上述标准扩散距离，具体包括：如定向游动距离在标准扩散距离内，则将单次定向游动距离记为该焦点物种校正后的可行有效扩散距离；如定向游动距离超过标准扩散距离，则将该标准扩散距离记为该焦点物种校正后的可行有效扩散距离。
步骤2.2.3、将校正后的可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地(即斑块)记为焦点物种的栖息地。
在该步骤，不仅可以得到焦点物种的栖息地，也可以得到该栖息地及其内组分对应的优先排序和功能类型。
在判断了栖息地及其组分的功能类型后，耦合水文、生态和气象等过程，确定每个栖息地的生境参数，根据生境参数确定待修复的栖息地，该过程如步骤3。
步骤3、获取每个栖息地的生境参数，结合生境参数、栖息地的优先排序和功能类型，确定待修复的栖息地，具体为：
步骤3.1、获取每个栖息地的生境参数，生境参数包括近自然度和整体概率可能性连接指数；
其中近自然度的公式为：
式中，YAi为所述焦点物种在建坝后第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YA为建坝后同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间；YBi为所述焦点物种在建坝前第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YB为建坝前同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间，m为所述栖息地的数量。
其中整体概率可能性连接指数的公式为：
式中，ai和aj分别为第i个栖息地和第j个栖息地面积，m为栖息地的数量，pij为焦点物种在第i个栖息地和第j个栖息地之间直接扩散的概率；AL为所有栖息地的总面积。
步骤3.2、根据生境参数确定每个栖息地的修复等级。
其中，近自然度(NS)的分级依据水环境因子(水深、水温、水流速)模拟结果与现场梯度观测实验确定，分为三个等级：3级(0.75～1.0)为优等产卵场域；2级(0.25～0.75)为中等产卵场域，需要适当修复；1级(0～0.25)为劣等产卵场域，需要改造或做生境替代。
整体概率可能性连接指数(PC)的值越大表明待栖息地连接度越高，PC分为3级(0.75～1.0)为连接度高；2级(0.25～0.75)为连接度中等，需要适当修复；1级(0～0.25)为连接度高，需要改造。
本实施例根据计算得到的栖息地的近自然度和整体概率可能性连接指数，即可得到每个栖息地在近自然度方面是否需要修复及整体概率可能性连接指数方面是否需要修复，一旦其中一个指标需要修复，则该栖息地则为需要修复的栖息地。从需要修复的栖息地中选取符合预设修复等级的栖息地。例如其中的预设修复等级可以为近自然度和整体概率可能性连接指数均为1级。
步骤3.3、获取符合预设修复等级的栖息地的优先排序和功能类型，确定待修复的栖息地。
在利用步骤3.2确定符合预设修复等级的栖息地后，需要进一步明确需要修复的栖息地的优先排序及功能类型，以便有针对性的进行优先修复。其中优先排序及功能类型根据步骤2.1的内容确定。
步骤3.3可以获得急需待修复的栖息地以及生境质量差的栖息地等信息。
步骤4、构建待修复的栖息地的场景推演模型，根据场景推演模型确定待修复的生境影响因子，具体为：
步骤4.1、构建待修复的栖息地的场景推演模型，场景推演模型中包括多个生境影响因子；
步骤4.2、多次调整场景推演模型中的一个或多个生境影响因子，获取每次调整后的待修复的栖息地的综合适宜度；
其中综合适宜度为：
式中，CSI为待评价栖息地的综合适宜度，Yrq为同一个待评价栖息地第r个观测位点第q个生境影响因子的无量纲化数值，R为同一个栖息地观测位点的数目，n为生境影响因子的数目。本实施例中，n＝3，生境的影响因子有水温(t)、水深(h)和流速(v)。上述生境影响因子在使用时需要进行无量纲化，具体为：
式中，Frq为同一个待评价栖息地第r个观测位点第q个生境影响因子的无量纲化数值，cq为生境影响因子q的实测值，xa、xc及xp分别为“差”级、“中等”级和“良好”级的分级标准。
本实施例中，生境影响因子的分级如表2所示。
表2生境影响因子的内梅罗分级标准
步骤4.3、确定满足修复条件的综合适宜度对应的生境影响因子，即为待修复的生境影响因子。
其中修复条件可以为综合适宜度最大。则该最大的综合适宜度对应的调整的生境影响因子，即为待修复的生境影响因子。可以根据场景推演模型中的调整方法调整待修复的生境影响因子，从而在相应的栖息地实施补造措施，从而实施生境质量改善最大的生境补造措施工程。
本实施例为验证所确定生境影响因子的正确性，利用基于地理加权回归(GWR)分析技术获得的公式获取修复后的第i个栖息地中的鱼群密度。公式为：
式中，β0(si,ti)为第i个栖息地中坐标为(si,ti)的采样点的初始回归参数；βj(si,ti)为第i个栖息地中坐标为(si,ti)的采样点的第j个回归参数；Frq为同一个待评价栖息地第r个观测位点第q个生境影响因子的无量纲化数值；n为生境影响因子的数目；εj为回归残差。
修复后，某个栖息地中的鱼群密度大幅增加，即可确定本发明确定的生境影响因子是正确的。
在一个具体的实施例中，根据本发明的方法，得到的补造措施如表3所示。
表3岸河库不同空间单元生境生态修复措施例举
本发明的鱼类栖息地生态修复体系构建方法尤其适用于岸-河-库的空间单元中使用。
本发明的第二方面提供了一种鱼类栖息地生态修复体系构建系统，其结构见图3，包括焦点物种确定模块101、栖息地确定模块102、待修复栖息地确定模块103和修复因子确定模块104。
其中焦点物种确定模块101用于确定目标干流河段鱼类的优势种群，将优势种群作为焦点物种；
栖息地确定模块102用于根据焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和目标干流河段的水文、地貌学信息，确定焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型；
待修复栖息地确定模块103用于获取栖息地的生境参数，结合生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；
修复因子确定模块104用于构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据场景推演模型确定待修复的生境影响因子。
下面将以更为具体的实施例详述本申请的方法。
黄河全长约5464公里，流域面积约752443平方公里是中国第二大河流。黄河上游龙羊峡水电站以上河段是黄河径流的主要来源区，称为黄河源区，其地表水径流量占黄河地表水总量38.4％，是目前黄河上游仅有的几个鱼类生态保护相对完好的区域。黄河源区内规划的水电站中，龙羊峡、班多、黄河源三个水电站已经建成，其他都是规划中电站。其中，羊曲、班多大坝的修建将龙羊峡至军工河段分割成三个截然不同的生境，分别是龙羊峡-羊曲，羊曲-班多，班多-军工河段，严重阻隔影响了鱼类的正常繁殖性洄游。
黄河中有着数十个野生土著鱼产卵场，而野狐峡产卵场是为数不多的大型珍稀冷水性鱼类产卵场，为了保障野狐峡产卵场的生境适宜性，环保部门对羊曲电站提出了更高的要求。
通过分析可知，羊曲建库后，干流产卵场鱼类幼苗的存活率降低，同时由于生境阻隔，鱼类同一时期的体重有所下降，洄游和索饵受阻。龙羊峡库尾变动段食物浓度分布情况发生变化，可能会形成新的产卵场；羊曲-班多段，鱼类资源量大，且有着三条较大的支流很好地缓冲了水利工程建设对鱼类栖息地的影响，流水性鱼类向库尾以上及支流迁移，在库区的资源量会大幅下降，以浮游生物为食的缓流、静水性鱼类成为优势种群，鱼类种类发生变化，数量总体增加。班多-军工河段受建库影响不大，基本能保持原有鱼类生境状况。
由上述直观变化，可以预计在龙羊峡-羊曲，羊曲-班多，班多-军工河段的研究区内适应静缓水的花斑裸鲤种群数量会增加，喜流水性鱼类黄河裸裂尻的栖息生境减少，库区资源量将有所衰退，主要分布在库尾、河汊、支流中，种群规模将减少；洄游性鱼类种群在坝下(班多、羊曲)数量明显多于其他河道区域；曲什安河、大河坝河、巴沟河等支流上游以及回水湾和部分河汊口将会是鱼类新的产卵场。
故，本发明实施例中的焦点物种为花斑裸鲤。
利用本发明的方法确定花斑裸鲤的栖息地，得到建坝前后栖息地的划分示意图如图4所示。对比建坝前后各类栖息地在空间上分布变化可知，在建坝前，麻格塘至野狐峡上游和野狐峡下游至拉干村均为Ⅰ类(一级)栖息地，不适宜花斑裸鲤生存，Ⅱ类(二级)和Ⅲ类(三级)栖息地均位于龙羊峡库尾；在建坝后，花斑裸鲤栖息地生境质量下降，变为Ⅱ类栖息地，龙羊峡库尾生境质量上升，变为Ⅲ类栖息地，Ⅳ类栖息地迁移至龙羊峡库尾。由此表明，大坝的修建，使花斑裸鲤栖息地遭到破坏，但又提升了龙羊峡库尾的栖息地质量，促使适宜流水的冷水性鱼类生存的栖息地向坝前方向迁移。水库形成后，库区冷水性鱼类的产卵场因流水生境的减少而受到压缩，向上游河段迁移，淹没区支流小型产卵场也会随水位上升而向上游河段退缩，对流水性鱼类的繁殖造成影响；水库水量稳定、水深增加后，水域面积增加，浅水区域面积增加，水生、湿生植被会增加，尤其在沿岸地带，可能形成一些产粘性卵鱼类产卵场，流水性鱼类的产卵场会向库尾、支流转移并趋于固定。库区河段上鹿圈村产卵场将被淹没，而坝下龙羊峡库尾回水变动段在龙羊低水位时仍可能形成产卵场。若羊曲电站采取生态调度的运行方式，每年4月至6月水库不蓄水、电站不进行日调峰运行按上游来流量下泄(扣除水库蒸发、渗漏损失)，保证鱼类产卵季节维持龙羊峡库尾回水变动段水文情势过程，影响较小。支流大河坝河、巴沟河现有的鱼类产卵场未受水库淹没影响，仍然可以保留下来。
工程河段鱼类对索饵场要求不高，在水流较缓的沱、湾处的浅水区均是鱼苗的索饵场，成鱼索饵场主要在急流浅滩处。水库形成后，水面扩大、水体加深、水流速变缓，水库区有机质沉积增多，饵料生物将变得更丰富，库区原有的索饵场将消失，库区的浅水区将成为鱼类新的索饵场。
修复前，龙羊峡坝上至巴沟河一级坝下河段的鱼类栖息地整体概率连接度分别为：巴沟河一级坝下至班多水电站(0.4596)、班多水电站坝下至羊曲水电站坝上(0.5317)、羊曲水电站坝下至野狐峡天然产卵场(0.7234)、野狐峡天然产卵场至龙羊峡水电站坝上(0.5317)，均处在中等水平，需要修复。利用本发明方法，经过场景推演与相关工程措施相结合的修复方案，如支流巴沟河小水电拆除、河道柔性治理、班多水电站建设鱼道和增殖站、羊曲水电站天然流量发电、野狐峡天然产卵场整合治理等。修复后，各河段鱼类栖息地整体概率连接度依次为：巴沟河一级坝下至班多水电站(0.9873)、班多水电站坝下至羊曲水电站坝上(0.8986)、羊曲水电站坝下至野狐峡天然产卵场(0.9873)、野狐峡天然产卵场至龙羊峡水电站坝上(0.9626)，连通性大大改善，均升至高连接度水平，修复效果满足了土著冷水鱼类的产卵孵化和洄游场域需求。
修复前，龙羊峡坝上至巴沟河一级坝下河段的鱼类栖息地近然度分别为：巴沟河一级坝下至班多水电站(0.5364)、班多水电站坝下至羊曲水电站坝上(0.6276)、羊曲水电站坝下至野狐峡天然产卵场(0.5862)、野狐峡天然产卵场至龙羊峡水电站坝上(0.6832)，均处在中等状态，需要修复改善。经过“岸—河—库”一体化修复后，各河段鱼类栖息地整体概率连接度依次为：巴沟河一级坝下至班多水电站(0.9485)、班多水电站坝下至羊曲水电站坝上(0.9158)、羊曲水电站坝下至野狐峡天然产卵场(0.9762)、野狐峡天然产卵场至龙羊峡水电站坝上(0.9158)，逼近自然河流，达到高近自然状态。修复效果满足了土著冷水鱼类的产卵孵化和洄游场域需求。
水资源管理和社会与环境之间的相互作用是能源-水关系的一个组成部分。来自水电站的热污染对水生生态系统构成潜在威胁，特别是在维持鱼类种群的最佳水温机制方面。此外流量调度也会对坝下土著冷水鱼类产卵孵化产生影响。在尽可能保护土著冷水鱼类栖息地的目标下，基于水资源分配与能量平衡原则，构建羊曲水电站最优发电水量(QGen)与发电效率(η)估算框架，如图5所示。
图5中，Qtotal，QAir，QGen分别为上流来水总量、库区蒸散量、发电水量，Tin、Triver、Tout分别为坝前水温、河流自然水温、坝下下泄水温；η＝QGen/Qtotal；QH2O为坝下土著冷水鱼类产卵孵化所需的流量；ΔT为坝下土著冷水鱼类产卵孵化所能仍受的与自然河流的水温差值(℃)。
根据图5原理测算，要近自然地最大化的保护坝下土著冷水鱼类生境，羊曲水电站的运行必须采用不进行日峰值调节的依据上游来水流量发电的运行机制。依此测算出羊曲水电站的发电效率介于75％～88％之间，电能将损失原计划的12％～25％。但珍稀的土著冷水鱼类资料将得以保护，生态效益和社会效益将会反哺电能损失。本实施例提出的岸-河-库自然度鱼类栖息地生态修复体系的修复效果与生产实际相一致，表明该修复体系具有当地适应性。
本发明通过预先获取目标河段水文与生态本底资料，确定该目标干流河段的优势种群作为焦点物种；根据河段水文和地貌学关键因子识别出鱼类焦点物种的潜在栖息地，结合焦点物种的单次定向游动距离和潜在栖息地的连通性指数评估鱼类焦点物种有效扩散距离；分析各个潜在栖息地的功能类型与水文连通性；构建岸-河-库水环境的近自然度(NS)和整体可能连接度指数(PC)系统评估鱼类栖息地生境特征；模拟优势鱼类在目标河段分布密度；确定出鱼类偏好聚集区域，并对栖息地进行分类评价；识别出生境质量较差的局部河段，构建场景推演模型，模拟实施局部生境补造措施后的生境质量的变化情况，遴选出较优的生境修复方案；依据模拟得到的生境质量改善最大的生境补造措施，在相应河段实施补造措施。
本发明的方法由于考虑了河道鱼类生境的水陆交错区、时空动态性和工程实践性，因此其生态修复的修复效果佳且效率高，节约了人力资源；同时，其提高了河道管理与鱼类生境保护的现势性和精准性，并降低了管护成本，应用范围广、应用效果较好。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (8)
1.一种鱼类栖息地生态修复体系构建方法，其特征在于，包括：
确定目标干流河段鱼类的优势种群，将所述优势种群作为焦点物种；
根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型；
获取所述栖息地的生境参数，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；生境参数为近自然度和整体概率可能性连接指数；
构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据所述场景推演模型确定待修复的生境影响因子，具体包括：
构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，所述场景推演模型中包括多个生境影响因子；
多次调整所述场景推演模型中的一个或多个所述生境影响因子，获取每次调整后的所述待修复的栖息地的综合适宜度；
确定满足修复条件的所述综合适宜度对应的生境影响因子，即为待修复的生境影响因子；
所述可行有效扩散距离的获取方法，包括：
建立以有效扩散距离为横坐标、以整体指数为纵坐标的坐标系，所述整体指数包括区域连接总数、景观组分总数、Harary指数、面积权重指数和整体连接度指数；
获取每一个有效扩散距离内的所有潜在栖息地对应的上述整体指数的数值；
根据所得的整体指数的数值，绘制散点图和拟合曲线，确定每个整体指数对应曲线的第一个突变点的横坐标值，得到多个有效扩散距离的点值，该点值为研究区域内所述焦点物种的可行有效扩散距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近自然度根据第一公式确定，所述第一公式为：
式中，YAi为所述焦点物种在建坝后第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YA为建坝后同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间；YBi为所述焦点物种在建坝前第i个栖息地内的鱼群密度或停留时间，YB为建坝前同等水环境下的最大鱼群密度或最长停留时间，m为所述栖息地的数量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体概率可能性连接指数根据第二公式确定，所述第二公式为：
式中，ai和aj分别为第i个栖息地和第j个栖息地面积，m为所述栖息地的数量，pij为所述焦点物种在第i个栖息地和第j个栖息地之间直接扩散的概率；AL为所有所述栖息地的总面积。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地，具体包括：
根据所述生境参数确定每个所述栖息地的修复等级；
获取符合预设修复等级的栖息地的优先排序和功能类型，确定待修复的栖息地。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合适宜度根据第三公式确定，所述第三公式为：
式中，CSI为待评价栖息地的综合适宜度，Frq为同一个待评价栖息地第r个观测位点第q个生境影响因子的无量纲化数值，R为同一个栖息地观测位点的数目，n为生境影响因子的数目。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型，具体包括：
根据所述焦点物种的生活习性、所述目标干流河段的水文和地貌学信息，确定所述焦点物种的潜在栖息地及所述潜在栖息地的优先排序和功能类型；
获取焦点物种的可行有效扩散距离，将可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取焦点物种的可行有效扩散距离，将可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地，具体包括：
获取焦点物种的可行有效扩散距离；
获取所述焦点物种的单次定向游动距离；
利用所述单次定向游动距离校正所述可行有效扩散距离；
将校正后的可行有效扩散距离内的所有潜在栖息地记为焦点物种的栖息地。
8.一种基于权利要求1所述的鱼类栖息地生态修复体系构建方法的鱼类栖息地生态修复体系构建系统，其特征在于，包括：
焦点物种确定模块，所述焦点物种确定模块用于确定目标干流河段鱼类的优势种群，将所述优势种群作为焦点物种；
栖息地确定模块，所述栖息地确定模块用于根据所述焦点物种的生活习性、可行有效扩散距离和所述目标干流河段的水文、地貌学信息，确定所述焦点物种的栖息地及栖息地的优先排序和功能类型；
待修复栖息地确定模块，所述待修复栖息地确定模块用于获取所述栖息地的生境参数，结合所述生境参数、优先排序和功能类型确定待修复的栖息地；
修复因子确定模块，所述修复因子确定模块用于构建所述待修复的栖息地的场景推演模型，根据所述场景推演模型确定待修复的生境影响因子。
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