一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法，基于流域内鱼类产卵习性的综合分析，以产卵水温为指示条件确定了4‑5月、6‑7月两个主要产卵时间段，针对每个产卵时段鱼类的产卵类型、产卵刺激、鱼卵孵化等要求，提出了各产卵时段脉冲流量的发生时机、持续时间和频次要求，然后综合天然径流过程、栖息地模拟模型和湿周法，确定了产卵期脉冲流量需求，并对各月份现状达标情况进行了分析。

A method for calculating the ecological water requirement of fish during spawning period

The calculation method of the present invention discloses a fish spawning river ecological water demand process, comprehensive analysis in fish spawning habits based on the spawning temperature as indicator conditions to determine the 4 May, 6 July two the main spawning period for spawning, each spawning period of fish spawning and hatching eggs stimulation so, the spawning period pulse flow occurrence, duration and frequency requirements, then the comprehensive natural runoff process, habitat simulation model and wetted perimeter method, determine the spawning period of pulse flow demand, and the current month standard was analyzed.

【技术实现步骤摘要】
一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法
本专利技术属于产卵期脉冲流量研究
，涉及一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法。
技术介绍
径流的脉冲式变化过程是河流和湿地的植物、微生物、无脊椎动物和鱼类生命循环的主要驱动力。水位和流量过程的变化使生物物质和非生物物质的输送特征发生不断的变化，不断的改变河道、岔道、支流和三角洲、浅滩、激流、深潭和净水区域等多元化生态环境的水流条件和物质条件，物种的分布、丰度以及水生动植物群落的组成和多样性，同时，主河槽与滩地横向连通性的丧失会导致种群的隔离以及鱼类和其他生物的局部灭绝。例如，鱼类的洄游产卵同流量的涨落过程及流量的大小有直接的关系，而滩地植被的生长和丰度同洪水频率及洪水水位的变化密切相关。河流水文过程控制着河流系统之间及同陆地、湖泊、海洋等相邻系统之间的物质交换、能量交换及生物交换。在枯水季节，水流仅存在于有限的主河槽范围内，河流系统和洪泛区是相互独立的，水生生物活动在较小的水域范围内。而在丰水季节，水位上涨、流速增加，此时水生生物生长迅速，部分鱼类受水流刺激开始在河道中洄游。当流量脉冲持续增加，水域面积进一步扩大，流速到达一定程度，部分鱼类在适宜的栖息地条件开始产卵。当水位越过平滩水位，水流不断地由河流涌向洪泛区，河流与滩区连为一体成为统一的动水区域。主槽水体向滩区漫溢的过程中也为洪泛区提供能量及有机营养物质输入，同时滩区受淹土壤中的营养物质也得到释放，逐渐形成完整的河流生态系统。当主槽流量达到峰值时，水域范围达到最大值，水生生物和陆生生物的生存环境都遭受剧烈干扰，迫使生物迁徙或对洪水产生适应性改变。水位上涨期是鱼类繁衍的高峰期，而浮游生物繁衍的高峰则是处于涨水期结束前。由此可见，河流径流的脉冲式变化是河流生物群落变化最主要的控制因子，河流的横向水力联系以及营养物质循环，为生物栖息地和食物网结构提供了更丰富的选择，对水生生物的繁殖和生长具有关键性的作用。结合流量脉冲过程对鱼类洄游及产卵的影响，根据流量的大小和发生的频率，将流量划分为低流量、高脉冲流量、小洪水、大洪水四种特征流量。其中，低流量作为河道基流量，维持河道水流条件，在冰封期为生物提供生存空间，流量过程长期在低流量以下，会阻碍河流纵向连通与横向连通，并且对部分水生物的生命活动造成抑制。高脉冲流量一般指流量涨至低流量以上，但不高于平滩流量。高脉冲流量是鱼类洄游和产卵的主要刺激，也是塑造河床形态以及底质条件的关键因素。同时，高流量脉冲可以缓解低流量条件下所造成的水环境压力。小洪水指水位超过主河槽河岸，即流量超过平滩流量，一般重现期为2-10年，能够加强河流横向间的水力联系，为水生生物提供更丰富的栖息地条件。大洪水发生频率较低，重现期一般高于10年，但是它在河流生态系统中发挥了不可或缺的作用。大洪水延长洪泛平原淹没时间，维持动植物种类的多样性，还可以有效冲刷产卵场，将大量有机物质冲入下游，并且使主河道和洪泛平原水体的水质更好。各流量组分对鱼类的生态作用如表1所示。表1不同流量组分对鱼类的生态意义基于洪水脉冲理论中各流量要素的生物学意义，在所有生态流量组成要素中，高流量脉冲过程是刺激鱼类洄游和产卵、以及维持栖息地和提供鱼类食物来源的关键要素，本专利技术将结合天然径流过程，重点分析各河段产卵期脉冲流量的指标值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，其技术方案具体为：一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法，包括以下步骤：步骤1、综合分析研究河段内所有鱼类的产卵习性，依据水温划分产卵时段，通常根据冷水性鱼类和暖温性鱼类的产卵要求，划分为4-5月、6-7月两个产卵时期；步骤2、4-5月份适宜脉冲流量核算1.1栖息地适宜度曲线将1m作为黏性卵鱼类水深适宜度曲线的最大值，0.1m作为满足鱼类产卵的最小水深，0.4-0.8m为适宜水深，得到产黏性卵鱼类产卵期水深适宜度曲线。而黏性卵产出后需要附着在水草、卵石上孵化，需要一定的水流保持水质和营养物输送，但流速不宜过大，因此将0.1m/s-0.2m/s作为黏性卵鱼类产卵期栖息地的适宜流速，0.5m/s为极限流速，得到产黏性卵鱼类产卵期流速适宜度曲线。1.2产卵期适宜流量将步骤1.1建立的栖息地适宜度曲线导入PHABSIM模型，以50m3/s的流量间隔模拟在流量递增条件下鱼类产卵期有效栖息地面积WUA变化，得到有效栖息地面积与流量的变化关系曲线；步骤3、6-7月份适宜脉冲流量核算2.1栖息地适宜度曲线将6-7月份产漂流性卵鱼类的适宜水深确定为1m-2m，最小临界水深为0.2m，最大临界水深为3m；适宜流速确定为0.6-1.2m/s，保障鱼卵漂浮不沉底的最小临界流速为0.2m/s，考虑鱼类上溯能力，将最大临界流速定为2m/s。得到产漂流性卵鱼类的水深、流速适宜度曲线；2.2产卵期适宜流量将步骤2.1建立的栖息地适宜度曲线导入PHABSIM模型，同样以50m3/s的流量间隔分别模拟在流量递增条件下鱼类产卵期有效栖息地面积WUA变化，得到在6-7月份产漂流性卵鱼类有效栖息地面积与流量的变化关系曲线。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术算法突破了以往河流栖息地模拟模型选用单一或少数鱼类作为指示物种的局限性，通过对研究区所有鱼类产卵习性的全面调查和分析，综合确定松花江重点生态断面的产卵期脉冲流量要求。首先将松花江流域鱼类产卵划分为4-5月、6-7月2个主要时段，明晰了各时段产卵鱼类种类、鱼卵类型和孵化时间等重要信息，在此基础上提出了各时段以水温为控制条件的脉冲流量发生时机，以及持续时间、发生频次等要求；然后根据产黏性卵和漂流性卵鱼类对于水动力学条件的不同要求，各自建立相应的栖息地适宜度曲线，模拟重点河段不同流量条件下2种鱼类的栖息地变化情况；最后综合确定产卵期适宜生态流量值和范围。该算法所得生态流量过程的推荐方案体现了对于不同产卵习性鱼类的针对性分析，结果更为科学，同时能更加高效地指导水利工程生态调度。附图说明图1是黏性卵鱼类水深适宜度曲线；图2是黏性卵鱼类流速适宜度曲线；图3是二松干流松原段产黏性卵鱼类WUA-流量变化曲线；图4是嫩江干流大赉段产黏性卵鱼类WUA-流量变化曲线；图5是松花江干流哈尔滨段产黏性卵鱼类WUA-流量变化曲线；图6是松花江流域产漂流性卵鱼类水深适宜度曲线；图7是松花江流域产漂流性卵鱼类流速适宜度曲线；图8是二松干流松原段产漂流性卵鱼类WUA-流量变化曲线；图9是嫩江干流大赉段产漂流性卵鱼类WUA-流量变化曲线；图10是松花江干流哈尔滨段产漂流性卵鱼类WUA-流量变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法，包括以下步骤：1.4-5月份适宜脉冲流量核算1.1栖息地适宜度曲线在松花江流域，洄游性冷水鱼类是特征物种，由于干流若干大型水利和航电枢纽建设，最具代表性的大马哈鱼、哲罗鱼等物种已经绝迹，现存鱼类中难以找到公认的区域水生态系统指示物种。其次，松花江流域鱼类产卵有明确的季节性差异，不同鱼类产卵时间有很大差别，若单单考虑某一种或几种鱼类的产卵需求，对于非此时段产卵的鱼类将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1、综合分析研究河段内所有鱼类的产卵习性，依据水温划分产卵时段，通常根据冷水性鱼类和暖温性鱼类的产卵要求，划分为4‑5月、6‑7月两个产卵时期；步骤2、4‑5月份适宜脉冲流量核算1.1栖息地适宜度曲线将1m作为黏性卵鱼类水深适宜度曲线的最大值，0.1m作为满足鱼类产卵的最小水深，0.4‑0.8m为适宜水深，得到产黏性卵鱼类产卵期水深适宜度曲线；而黏性卵产出后需要附着在水草、卵石上孵化，需要一定的水流保持水质和营养物输送，但流速不宜过大，因此将0.1m/s‑0.2m/s作为黏性卵鱼类产卵期栖息地的适宜流速，0.5m/s为极限流速，得到产黏性卵鱼类产卵期流速适宜度曲线；1.2产卵期适宜流量将步骤1.1建立的栖息地适宜度曲线导入PHABSIM模型，以50m

【技术特征摘要】
1.一种鱼类产卵期河流生态需水过程的计算方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1、综合分析研究河段内所有鱼类的产卵习性，依据水温划分产卵时段，通常根据冷水性鱼类和暖温性鱼类的产卵要求，划分为4-5月、6-7月两个产卵时期；步骤2、4-5月份适宜脉冲流量核算1.1栖息地适宜度曲线将1m作为黏性卵鱼类水深适宜度曲线的最大值，0.1m作为满足鱼类产卵的最小水深，0.4-0.8m为适宜水深，得到产黏性卵鱼类产卵期水深适宜度曲线；而黏性卵产出后需要附着在水草、卵石上孵化，需要一定的水流保持水质和营养物输送，但流速不宜过大，因此将0.1m/s-0.2m/s作为黏性卵鱼类产卵期栖息地的适宜流速，0.5m/s为极限流速，得到产黏性卵鱼类产卵期流速适宜度曲线；1.2产卵期适宜流量将步骤1.1建立的栖息地适宜度曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏，杨泽凡，曾庆慧，王建华，赵勇，罗静，刘扬，张梦婕，张汶海，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11