基于鱼类群落特征对水文条件响应关系的渭河流域生态基流估算研究

River flow regime has changed significantly because of flow regulation, and the ecosystem health has been threated during the past decades. Maintaining the environmental flow in the river is the key to restore the damaged ecosystem. The scientific basis for estimating environmental flow is hampered by the incomplete understanding on the relationships between flow and fish and how fish assemblages varies with flow regime. Variation of flow regime in the Wei River basin will be analyzed by indicators of hydrological alteration based on the natural flow regime, and three flow components (low flow, high flow and flood) and their relationship with fish life history will be identified. According to the sampling information, characteristics of fish community structure will be analyzed. The indicator species will be selected in the different river types. The life stages for indicator species and the necessary of flow regime will be identified by the fish materials in the world. The relationships between flow parameters and fish parameters for different fish life stages will be established by habitat simulation analysis, generalized linear modelling(GLM), genetic programming (GP) and MaxEnt to estimate the environmental flow. These relationships will be coupled to reveal how fish assemblages response to different flow regimes. This will provide a great reference and scientific basis to the development of environmental flow estimation method and the restoration of the damaged ecosystem in the Wei River basin.

水利工程的修建导致河流水文情势发生了剧烈的变化，使河流生态系统健康受到严重威胁，保证河流维持合理的生态基流成为恢复受损河流生态系统的关键。难以明确水文条件与鱼类群落结构特征之间的内在关系成为目前生态基流计算方法发展的制约因素。本项目拟以渭河流域为研究对象，以鱼类为指示生物，根据水文过程的季节性变化，将水文过程划分为低流量、高流量和洪水三种流量组分，并评价人类活动影响下水文过程的改变程度；根据采样调查及前期资料，分析人类干扰后鱼类群落结构特征及鱼类完整性情况，基于不同流量组分与鱼类生活史关系，确定鱼类生活史的关键期及鱼类度量参数，采用栖息地模拟法、广义线性模型（GLM）、遗传规划法、基于最大熵理论（MaxEnt）的生态位模型等，建立不同关键期的水文因子与鱼类度量参数的定量关系；试图揭示鱼类群落与水文条件的内在关系，并估算生态基流过程，从而促进生态基流估算方法的进一步发展。

水利工程的修建导致河流水文情势发生了剧烈的变化，使河流生态系统健康受到严重威胁，保证河流维持合理的生态基流成为恢复受损河流生态系统的关键。本项目以渭河流域为研究对象，以鱼类为指示生物，基于历史资料和实测调查数据，对渭河流域水文过程变化过程进行了分析，利用广义线性模型（GLM）和最大熵理论（MaxEnt）建立了环境因子与鱼类之间的定量关系，并估算了渭河流域生态基流。主要结论如下：（1）变化环境下渭河干流水文过程发生了较大改变，其中林家村、魏家堡和咸阳为高度改变，临潼和华县为中度改变；（2）根据调查，鲤科和鳅科是渭河鱼类群落结构的主要组成，支流物种数量更加丰富。河宽是影响鱼类个体数量最显著的环境因子，自然环境因子和人类干扰因子交互作用影响不可忽视，栖息地质量是影响鱼类多样性情况的首要环境因子，其次是流量。（3）陕西省土地利用类型的空间分布特征显著，近35年生境质量为中等水平，且生境质量变化不大，关中地区主要以较低生境质量为主，集中分布在西安、宝鸡和咸阳等城市。第一产业占比和人口密度对生境质量的解释率最高，双因子交互后解释率变大，说明多因子相互作用对生境质量影响更大。（4）以渭河关中段为例，构建了基于水文-生态响应的生态流量计算框架，确定以鲫为指示物种，建立指示物种个体数量与环境因子的广义线性模型，根据栖息地模拟法计算结果得出维持指示物种繁殖期的生态流量为9m3/s。本研究结果有助于为实际应用提供一定的参考依据。