一种基于生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积的计算方法

技术领域

本发明涉及河流鱼类栖息地，尤其涉及一种基于生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积的计算方法。

背景技术

河流栖息地具有多样性的水生生境，为鱼类的繁殖、索饵和越冬等活动提供了必要的环境条件。水电、水利工程的建设会改变工程所在河段的水文情势，导致河流鱼类栖息地环境条件发生变化，从而影响鱼类生存。为更好地保护河流鱼类栖息地，需对水电、水利工程不同流量下的栖息地适宜性和栖息地面积进行计算和评估，以此确定栖息地适宜性最大面积及其对应的生态流量、评价栖息地保护及恢复措施的效果。

以鱼类产卵场为例，鱼类产卵场具有独特的水流、底质等环境条件，是鱼类栖息地中最为重要敏感的场所，为鱼类的产卵繁殖活动提供充足空间。科学计算鱼类栖息地适宜面积对鱼类资源保护具有重要意义。传统做法一般多采用最大值法、最小值法、几何平均法、连乘法，计算鱼类栖息地适宜性指数HSI，计算得到HSI值偏大或者偏小，进而导致计算出来的栖息地适宜面积不符合鱼类栖息地实际情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于鱼类生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积计算方法，在单因子适宜性函数的基础上，结合鱼类生态习性，利用算术平均值法计算内陆河流鱼类栖息地适宜性综合指数并进一步计算鱼类栖息地适宜面积的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积的计算方法，包括以下步骤：

(1)对研究河流的鱼类资源现状和鱼类栖息地现状进行调查，确定栖息地的范围和目标鱼类；

(2)针对筛选出的目标鱼类，根据鱼类生态习性和重要的生境特点，选择关键环境因子作为鱼类栖息地适宜面积的计算指标；

(3)采用实验或专家法，测试或判别目标鱼类与每种关键环境因子的响应关系，并构建针对每种关键环境因子的单因子适宜性函数；

(4)在单因子适宜性函数的基础上，结合鱼类生态习性，构建鱼类栖息地适宜性综合指数；

(5)利用鱼类栖息地适宜性综合指数计算不同流量情况下的鱼类栖息地适宜面积，并得出鱼类栖息地最大适宜面积和相应的生态流量。

所述步骤(1)中鱼类资源现状调查是指调查水电工程影响水域的河流鱼类资源情况，根据鱼类保护级别、珍稀濒危状况筛选目标鱼类；鱼类栖息地现状调查是指现场调查河流鱼类栖息地的产卵场、索饵场和越冬场鱼类栖息地生境的范围、水深、流速、底质、温度、溶氧环境因子参数。

所述步骤(2)中关键环境因子为流速、水深、底质。

所述步骤(3)中单因子适宜性函数SI建立：针对鱼类产卵期、索饵期所需的栖息地关键环境因子，采用实验或专家法，利用数理统计手段建立目标鱼类与每种关键环境因子的响应关系。

所述步骤(4)中鱼类栖息地适宜性综合指数HSI构建：在单因子适宜性函数的基础上，结合鱼类生态习性，采用算术平均法构建栖息地适宜性综合指数，栖息地适宜性综合指数公式为：

式中，S

所述步骤(5)中鱼类栖息地适宜面积计算公式WUA为：

式中，A

本发明的有益效果是，针对水电工程河流鱼类栖息地适宜性综合指数和面积计算，充分考虑了鱼类生态习性与栖息地环境因子之间的关系，对于目前内陆河流鱼类栖息地适宜性综合指数和面积计算中采用最大值法、最小值法、几何平均法和连乘法易受单因子适宜性指数极值影响，从而导致鱼类栖息地适宜性指数和面积计算结果过大或过小的问题，本发明提出的在单因子适宜性函数的基础上，利用算术平均值法计算内陆河流鱼类栖息地适宜性综合指数并进一步计算鱼类栖息地适宜面积的方法，其计算结果更符合实际情况，对指导鱼类产卵繁殖期生态流量计算和评估鱼类栖息地保护措施效果具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的基于生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积的计算方法流程示意图；

图2是水深适宜性指数曲线图；

图3是流速适宜性指数曲线图；

图4是本发明计算结果与几何平均法计算结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明的基于生态习性的河流鱼类栖息地适宜面积计算方法，包括以下步骤：

(1)对研究河流的鱼类资源现状和鱼类栖息地现状进行调查，确定栖息地的范围和目标鱼类。

(1-1)鱼类资源现状调查：调查水电工程影响水域的河流鱼类资源情况，根据鱼类保护级别、珍稀濒危状况等筛选目标鱼类。

(1-2)鱼类栖息地现状调查：现场调查河流鱼类栖息地如产卵场、索饵场和越冬场等重要鱼类栖息地生境的范围、水深、流速、底质、温度、溶氧等关键环境因子参数；

(2)针对筛选出的目标鱼类，根据鱼类生态习性和重要生境特点，选择流速、水深、底质等关键环境因子作为鱼类栖息地适宜面积的计算指标。

(3)采用实验或专家法，测试或判别目标鱼类与每种关键环境因子的响应关系，针对鱼类重要生活史阶段产卵期、索饵期等重要时期所需的栖息地关键环境因子，采用实验或专家法，建立目标鱼类与每种关键环境因子的响应关系，并构建针对每种关键环境因子的单因子适宜性函数。

(4)在单因子适宜性函数的基础上，结合鱼类生态习性，采用算术平均法构建栖息地适宜性综合指数，栖息地适宜性综合指数公式为：

式中，S

(5)利用鱼类栖息地适宜性综合指数计算不同流量情况下的鱼类栖息地适宜面积，并得出鱼类栖息地最大适宜面积和对应的生态流量。

鱼类栖息地适宜面积计算公式WUA为：

式中，Ak表示对研究区域划分出的计算单元k的面积；HSIk为计算单元k的栖息地适宜性综合指数；n为计算单元数量。

下面举例说明本发明方法计算的实例：

本发明以某江某产卵场为研究河段，长度为1.0km。采用本发明方法，计算鱼类产卵繁殖期栖息地适宜面积(WUA)，相应得出产卵期生态流量。下面本发明方法进行说明：

(1)选取某江某1.0km长产卵场为研究河段，目标鱼类为当地主要鱼类。

(2)针对筛选出的目标鱼类，根据鱼类生物学特征和重要生境特点，选择流速、水深、底质等环境因子作为计算鱼类栖息地适宜面积的评价指标。

(3)对选择的环境因子，分别构建单因子的适宜性指数SI函数，结合鱼类对不同环境因子的喜好程度，确定不同流量各环境因子的适宜性指数SI值。

根据国内有关目标鱼类繁殖期对水深、流速的偏好研究，结合水生生态调查成果，提出目标鱼类水深、流速适宜度指数曲线，分别见图2和图3。

由于选用的研究河段为目标鱼类产卵场，因此河流底质适宜性指数为1.0，即最适宜。

(4)对各环境因子的适宜性指数SI值，采用算术平均值法计算得出鱼类栖息地适宜性指数HSI。

(5)结合鱼类栖息地适宜性指数HSI，计算不同流量情况下的鱼类栖息地适宜面积。

(6)采用本发明第三步至第五步计算方法，利用鱼类栖息地数值计算模型RIVER2D模型，计算不同流量工况下的目标鱼类适宜性栖息地面积(WUA)，本发明计算不同流量工况下计算结果和传统几何平均法计算结果见表1和图4。

表1本发明计算结果与几何平均法计算结果对比表

由表1和图4可见，两种方法鱼类产卵期生态流量计算结果相同，本发明方法计算所得栖息地适宜面积较传统几何平均法计算出来的栖息地适宜面积大，与水生生态调查成果较为一致，其计算结果更接近实际情况。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。