基于生态-生境-流量时空分组响应机制的鱼类生态流量研究

River ecosystem protection has received more and more attention in water resources management. The demand for river health can be quantified and reflected by ecological flow. In this project, firstly, the spatio-temporal grouping response mechanism among ecological process of fish, habitat factors and flow process is investigated based upon the four-dimensional theory of river ecosystems and habitat integrity theory. Secondly, With adoption of multidisciplinary theories and methods involved eco-hydrology, eco-hydraulics, river dynamics and geomorphology, behavioral ecology of fish and so on, the influence effects between ecological process of fish and habitat factors included hydrological regime, geographical features, hydraulic conditions and water environmental quality can be studied. Finally, based on the above mechanism and theories, with the combined use of the simulation theory of river habitat, hydrological analysis and hydrodynamic numerical simulation techniques, the ecology-habitat-flow modular simulation model is built for the recommendation of integral form of ecological flow (value, process and characteristics). In conclusion, this study will propose new theory and model for ecological flow which consider different time and space and habitat factors, and the results will provide scientific basis for water resources scheduling and management and the protection of river ecosystem.

针对现阶段注重生态保护的水资源管理导向，科学确定生态流量能够合理化与具体化河流健康的需求。本研究基于河流生态系统四维理论与栖息地整体性理论，研究鱼类生态过程各阶段对栖息地与流量的整体性需求，揭示鱼类生态过程、栖息地生境因子与流量过程之间的时空分组响应机制；综合应用生态水文学、生态水力学、河流动力学、河流地貌学、鱼类行为生态学等多学科的研究方法和成果，分析栖息地水文情势、地理特征、水力条件、水环境质量等生境因子对鱼类生态过程的影响效应；基于生态-生境-流量时空分组响应机制，结合河流物理栖息地模拟理论、水文分析技术与水动力数值模拟技术等，构建生态-生境-流量模块化模拟模型，推求响应鱼类生态过程各阶段需求的生态流量整体形式（大小、过程与特性）。研究成果为科学确定生态流量提供了一种分时空分模块的栖息地模拟理论与方法，为河流水量调度管理、河流水文与生态系统维护提供科学依据。

水资源及其所提供的一系列功能可以促进社会经济增长、保障生态环境健康、有利于人与自然的可持续发展。但是，人类在最近几十年对水资源的开发利用改变了河流的自然流态，河道内外用水矛盾激增，河流水资源量、水生动植物栖息地被不断压缩。本研究建立了流量过程与鱼类生态过程之间的响应关系，揭示生态-生境-流量分组响应机制，构建了生态-生境-流量模块化模拟模型，推荐对应于鱼类生态过程不同阶段的生态流量整体形式，并以淮河干流鲁台子至淮南段为研究区，主要研究结论如下：. （1）将鱼类年内生活史阶段划分为上溯期、产卵繁殖期、幼鱼索饵期、生长期、越冬期，分析环境流量组分（极端低流、低流量、高脉冲流量、小洪水、大洪水）与鱼类生态过程之间的基本响应关系，建立了生态-生境-流量时空分组响应机制。考虑鱼类生活史的周期性变化，分析了水文情势、地理条件、水力条件、水环境质量等生境因子对鱼类生态过程的影响效应。. （2）综合考虑鱼类生态学特性、环境流量组份、动态最佳栖息地、适宜性水力条件与区域水环境质量约束，基于生态-生境-流量时空分组响应机制及栖息地生境因子对鱼类生态过程的影响效应，建立了水文-生态、地理-生态、水力-生态、水质-生态四个模块，进而建立了鱼类生态过程、关键栖息地生境因子、流量过程之间的连接关系，构建了生态-生境-流量模块化模拟模型。. （3）将上述方法模型应用于淮河干流鲁台子至淮南段，以四大家鱼为研究目标。结果表明，在研究期内，除化学需氧量浓度较高，会对鱼类生长繁殖造成一定影响，家鱼生活史各时期的其余水质需求都能得到满足；家鱼上溯期不宜出现大于893m³/s的流量过程、产卵繁殖期应出现大于654m³/s且持续两天以上的涨水刺激、幼鱼索饵期应出现至少一次大于899m³/s的高流量、越冬期内生态需求均能得到满足。