水流变化对河流大型底栖动物的生态影响研究

China is richly endowed with hydropower, which plays a critical role in generating electricity and balancing the power grid. A great fluctuation in the demand of power requires the power stations to release water in a rapid increasing and decreasing way and then produces hydropeaking flows in the rivers downstream. Hydropeaking flows fluctuate more rapidly than natural flow and lead to significant impacts on the river ecosystem. Hydraulic parameters are key habitat factors that can influence growth and reproduction of macro-invertebrates. Combining field investigations, outdoor flume experiments, numerical simulations and ecology models, the proposal will observe the ecological impacts of flow variation on macroinvertebrates, study the composition and structure of benthic species downstream of hydropower station, as well as investigate ecological responses of macroinvertebrates drifts to hydro-peaking flow and dewatering flow. A habitat suitability model for dominant macroinvertebrates in study area will be developed and tested by the observed data to access and forecast species distribution. This study will be very helpful to the development of the eco-hydraulics and will provide a powerful technical support for recovery and protection of ecology in regulated rivers.

中国水电资源丰富，水力发电在能源供给、电网调峰等方面发挥着日益重要的作用。相比于河道天然径流，水电站的调峰调度引起的水流变化是显著的。水流条件是河流大型底栖动物关键的栖息地环境因子，底栖动物的生长、繁殖需要适宜的水流条件与之相匹配。本项目拟结合统计分析、野外调查采样、水流模拟、野外水流控制试验和生态模型等多种研究手段，研究水流条件变化对河流底栖动物的生态影响，揭示水电站调峰运行、引水式电站减水效应等特殊水流变化下底栖动物群落沿程变化规律，探究流量波动和低流量状态下底栖动物的漂移特性，在此基础上建立目标流域关键物种栖息地适宜度模型，评价和预测水利工程导致的水流变化对河流底栖动物的影响。项目的研究对于生态水力学的发展具有重要的学术价值，对于河流生态系统的保护和恢复具有重要的参考价值和指导意义。

水电站的运行改变了河道天然径流的水动力条件，进而影响底栖动物的生命活动和群落分布。课题以底栖动物为主要研究对象，调查了牡丹江中游的底栖动物，分别分析了径流式电站调峰水流、引水式电站、梯级电站群对底栖动物群落结构的影响。研究成果对于河流生态系统的保护和恢复具有重要的参考价值和指导意义。.野外调查显示，调峰水流对底栖动物主要有两方面影响：（1）调峰水流引起的水流波动对底栖动物的群落结构有一定的负面影响，底栖动物的群落多样性、丰富度以及生物密度随着流量、湿周等水力参数的变动幅度和速率的增大而降低；（2）流量的快速变化使岸边栖息地干湿交替加剧，增加岸边栖息地隔离的风险，导致鱼类的搁浅以及底栖动物群落组成的变化。另外，课题组结合野外试验，以钩虾为研究对象，进一步探究了水流条件变动对底栖动物的影响。流量扰动下钩虾属漂移明显增强，漂移密度显著性提升，漂移对流量扰动的响应程度与生境有关。从水动力学的角度分析，较高的漂移密度通常发生在流速和水流剪切力较大的地方。.引水式电站对河流栖息地的影响主要体现在三个方面：通过引流和汇流，在坝下形成减水河段，改变天然径流过程；造成减水河段岸边底质裸露，植被贫瘠，河床不稳定；影响部分水质参数。引水式电站所造成的不同河段具有不同的栖息地环境特征，造成生物多样性的变化。减水段内流量锐减，导致栖息地质量退化，生物多样性较差；下游段随着发电尾水汇入河道补充流量，栖息地质量有所恢复，物种丰度和生物密度均逐渐增加，生物多样性恢复，但依然劣于未受工程扰动的上游段。.梯级电站的建设对对多种生境因子造成了影响（如COD、流速等），从而改变了江段内底栖动物的群落组成。在各电站挡水建筑物的上下游采样点的底栖动物群落结构存在明显区别，其中敏感物种所占比例显著不同。