一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法技术

本发明专利技术提供一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法，通过开展水库下游河段的代表性鱼类早期资源监测，调查水库蓄水运行前后代表性鱼类产卵繁殖情况的变化，分析水文情势变化对代表性鱼类产卵繁殖的影响，识别影响鱼类产卵繁殖的关键水文要素指标，采用“基流+高流量(洪水)脉冲”的生态流量设计思路，根据可持续边界方法(Sustainability Boundary Approach，SBA)确定基流，在基流的基础上加上具有特定生态意义的高流量(或洪水)脉冲构成完整的生态流量需求，实现鱼类产卵期生态流量的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法
本专利技术涉及河道水生生物适宜生态流量研究领域，具体是一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法。
技术介绍
随着梯级水库的建设和投运，水库下游河段的水文情势发生了一定程度的改变，势必对下游河段内生活、繁育的鱼类产生不利影响，特别是对水文过程变化反应比较敏感的产漂流性卵的鱼类。为此亟需提出满足产漂流性卵鱼类需求的生态流量过程。目前，河流生态流量计算方法大体上可以分为四类，包括：水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法。水文学方法主要依靠对河流历史流量数据为基础，通过对水文数据指标的统计分析得到河流生态流量需求。水力学法根据河道水力参数(如水深、流速和湿周等)分析确定河流所需流量。这两种方法对数据要求不高，目前应用较多，缺点是没有与生物需求相结合，缺乏明确的生态含义。生境模拟法主要依据生物对象的栖息地适宜度曲线，计算不同流量条件下的河段水深、流速、水质等栖息地参数，通过栖息地指标和流量的关系确定合适的生态流量范围。整体分析法是从河流生态系统整体出发，在认识理解河流生态系统各要素(如底栖、浮游、鱼类、河岸带群落)之间关系的基础上，提出满足河流生态系统需求的流量需求。这两种方法具有较好的生态机理，但对河流生态环境数据要求较高，分析计算也很复杂，应用上存在一定困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有生态流量计算方法中水文学和水力学方法缺乏生态机理，生境模拟法和整体法对生态数据要求高和计算复杂的问题，基于对鱼类早期资源(鱼类卵苗)的监测资料，提出一种满足产漂流性卵鱼类产卵需求的基流加脉冲的生态流量设计方法，以恢复因水库运行而受到影响的关键生态水文过程，为开展梯级水库生态调度、促进鱼类资源保护提供技术支撑。本专利技术提出的一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法，包括如下步骤：步骤一：监测代表性鱼类早期资源，得到鱼类产卵期的逐日产卵数据序列(1)采集鱼卵和鱼苗样本在水库下游河段选取典型鱼类产卵场调查断面，在断面左岸、江中和右岸分别设置3个采集点，每个采集点在江水表层、中层和底层通过网具收集鱼卵和鱼苗，每次采集时间为10-15min，同时记录水位、流速、水温等参数，具体可以LS45A型流速仪记录网口流速，以YSIproODO型溶氧仪记录调查江段水温。采集网具为50目圆锥网，网长2.5m，网口面积0.196m2，网后接圆柱形集苗器(长20cm，直径12cm)，样本采集断面的代表站水文数据来源全国水雨情信息网。(2)鉴定采集卵苗的种类监测方法依据《内陆水域渔业自然资源调查手册》进行，同时参考易伯鲁、长江四大家鱼产卵场调查队、余志堂、刘乐和等人研究方法进行。通过观察及测量卵径、胚体长、卵色泽、发育期及其它特征进行鉴定，对采集的卵苗进行分类，对于当场不能鉴定的种类，将其样本保存于95％的乙醇中，带回实验室提取鱼卵DNA，经PCR扩增细胞色素B进行测序，使用DNASTAR软件包中的SeqMan对返回序列进行检查，然后在NCBI网站中进行比对，以序列相似度最高为鉴定标准。(3)估算产卵规模某日流经断面的卵苗总径流量Nm(单位：粒或尾)，是24h内定时采集的卵苗径流量之和(∑M)与前后两次采集之间非采集时间内计算出的卵苗径流量之和(∑M＇)的总和，即Nm＝∑M+∑M＇一次定时采集的断面卵苗径流量(M)，计算公式如下：M＝(Q/q)·m·C式中，Q表示采集点断面的平均流量(m3/s)，由采集断面的代表站水文监测数据得到；q表示流经网口的流量(m3/s)，由网口流速乘以网口面积得到；m表示断面固定点一次采到的卵苗数量(粒或尾)；C表示断面卵苗流量系数。卵苗流量系数(C)是调查断面各采集点(一般为左、中、右和表、中、底层6个点)的卵苗平均密度与常规采集点的卵苗密度(d)之比，即：式中：表示调查断面所设各点密度之和；n表示调查断面所设采集点的数量。非采样时间的卵苗径流量M′用插补法计算，即：M′＝t′/2(M1/t1+M2/t2)式中：t′表示前后两次采样之间的时间间隔；t1，t2表示前后两次采集的持续时间；M1，M2表示前后两次采样的卵苗数量。(4)推求代表性鱼类实际产卵过程，计算得到逐日实际产卵量数据序列对代表性卵苗采集数据，根据卵苗发育阶段所对应的发育时长，推算卵苗的实际产卵日期，得到实际产卵时间(如5月20日下午15时采集的某颗鱼卵，鉴别处于尾泡期，对应发育时间为24小时25分钟，则该鱼卵对应的实际产卵时间是5月19日)。根据得到的考虑发育时间的实际产卵过程和当日断面平均流量数据，利用上面的产卵规模估算方法，计算得到逐日实际产卵量数据序列。步骤二：利用逐日产卵数据序列和水文站实测水文数据，分析代表性鱼类产卵与高流量脉冲的相关性(1)分析鱼类产卵期水文过程的IHA流量组分IHA将河流水文过程分为4种流量组分：基流/低流量(Lowflow)、高流量脉冲(Highflowpulse)、小洪水(Smallflood)、大洪水(Bigflood)。IHA软件将逐日流量数据从大到小进行排列，最大的流量排位数为1，次大的流量排位数为2，以此类推。第i个流量对应的频率Pi定义为Pi＝(1-i/N)*100％式中：i表示该流量的排位数；N表示流量数据的总个数。频率Pi表示比第i个流量小的流量所占的比重，如75％对应的流量表示比该流量小的流量占到总数的75％，即该流量大于所有流量数据中75％的数据。75称为该流量对应的分位数。根据IHA软件对高流量脉冲的定义，若流量频率大于75％，则全部定义为高流量；高流量的流量频率范围在50％-75％，且当某天的流量相对前一天上涨超过25％，高流量脉冲开始，直到某天流量相对前一天下降超过10％结束，高流量脉冲结束，基流期开始；若流量频率小于50％，则全部定义为基流。这些参数可依据具体的河流特征进行调整，例如根据保护区鱼类早期资源监测断面的实际水文特征，对IHA的生态流组分计算参数进行修正。利用IHA软件对水文过程进行流量组分分析，得到鱼类产卵期每日流量对应的流量组分。(2)分析代表性鱼类产卵与高流量脉冲的相关性将产卵期逐日水文数据及其对应的流量组分和实际产卵量数据序列综合到一个表中进行分析(见表2)，统计高流量脉冲次数、高流量脉冲期间发生产卵次数、高流量脉冲期间的产卵天数、产卵的总天数、高流量期间产卵天数占总产卵天数的比重、高流量脉冲期间的产卵量、代表性鱼类产卵期的总产卵量以及高流量期间产卵量占总产卵量的比重(见表3)，通过这些分析发现鱼类产卵行为与高流量脉冲事件是否具有较好的对应性，高流量脉冲期间产卵天数、高流量期间产卵量是否较低流量期具有明显优势。最后通过计算流量组分与产卵量序列的皮尔逊相关系数，分析代表性鱼类产卵量与高流量脉冲的相关性。这些分析将为代表性鱼类产卵与高流量脉冲事件的密切相关性提供证明。步骤三：利用历史长系列水文数据，分析代表性鱼类产卵期的高流量脉冲统计特征为认识代表性鱼类产卵期的高流量脉冲事件特征，对高流量脉冲要素特征指标，包括出现时间T、起涨流量Qe、起始涨幅Ze、峰值流量Qm、平均涨幅Za、历时D等做了如下定义(如图1)。其中，出现时间是指一次高流量脉冲事件的起始日日期(如5月22日)；起涨流量是指由低流量转入高流量脉冲的那个流量，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：监测代表性鱼类早期资源，得到鱼类产卵期的逐日产卵数据序列；步骤二：利用逐日产卵数据序列和鱼类产卵期水文过程的IHA流量组分，分析代表性鱼类产卵与高流量脉冲的相关性；步骤三：利用历史长系列水文数据，分析代表性鱼类产卵期的高流量脉冲统计特征；步骤四：设计“基流+高流量脉冲”的生态流量过程，具体步骤如下：(1)确定基流期根据IHA软件的默认参数设置，基流定义为：(i)小于所有流量记录第50个分位数的流量是基流；(ii)大于所有流量记录第75个分位数的流量不是基流；(iii)介于第50个分位数和75个分位数之间的流量，如果在一天之内增长超过25％，基流期结束，直至流量在一天之内减小小于10％时，基流期重新开始；(2)确定基流期的可持续流量边界根据断面水文数据，确定流量是在基流期范围内或在高流量脉冲范围内，如果流量是在基流期范围内，通过计算7天流量平均值的移动窗口，确定基流流量范围，以未经水库调节径流的天然逐日系列为基础，设

【技术特征摘要】
1.一种基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：监测代表性鱼类早期资源，得到鱼类产卵期的逐日产卵数据序列；步骤二：利用逐日产卵数据序列和鱼类产卵期水文过程的IHA流量组分，分析代表性鱼类产卵与高流量脉冲的相关性；步骤三：利用历史长系列水文数据，分析代表性鱼类产卵期的高流量脉冲统计特征；步骤四：设计“基流+高流量脉冲”的生态流量过程，具体步骤如下：(1)确定基流期根据IHA软件的默认参数设置，基流定义为：(i)小于所有流量记录第50个分位数的流量是基流；(ii)大于所有流量记录第75个分位数的流量不是基流；(iii)介于第50个分位数和75个分位数之间的流量，如果在一天之内增长超过25％，基流期结束，直至流量在一天之内减小小于10％时，基流期重新开始；(2)确定基流期的可持续流量边界根据断面水文数据，确定流量是在基流期范围内或在高流量脉冲范围内，如果流量是在基流期范围内，通过计算7天流量平均值的移动窗口，确定基流流量范围，以未经水库调节径流的天然逐日系列为基础，设为前7日的平均流量，则有则设置为基流期生态流量的下限，为生态流量的上限；(3)确定高流量脉冲期的基流当显示流量组分进入高流量脉冲，高流量脉冲期的基流就以进入高流量脉冲期的最后一个基流流量为基础的，上下浮动20％为可持续流量范围；(4)在高流量脉冲期的基流中加入特定的高流量脉冲高流量或洪水脉冲与代表性鱼类产卵繁殖高度相关，是刺激代表性鱼类产卵繁殖的水文信号，在高流量脉冲期的基流的基础上叠加上鱼类产卵所需的高流量脉冲过程，即得到产卵期的生态流量过程，加入的高流量脉冲的特征需求通过步骤三的产卵期的高流量脉冲特征历史统计分析结果得出。2.如权利要求1所述的基流加脉冲的鱼类产卵期生态流量设计方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：1)采集鱼卵和鱼苗样本在水库下游河段选取典型鱼类产卵场调查断面，在断面左岸、江中和右岸分别设置3个采集点，每个采集点在江水表层、中层和底层通过网具收集鱼卵和鱼苗，每次采集时间为10-15min，同时记录水位、流速、水温参数，样本采集断面的代表站水文数据来源全国水雨情信息网；(2)鉴定采集卵苗的种类监测方法依据《内陆水域渔业自然资源调查手册》进行，同时参考易伯鲁、长江四大家鱼产卵场调查队、余志堂、刘乐和等人研究方法进行，通过观察及测量卵径、胚体长、卵色泽、发育期进行鉴定，对采集的卵苗进行分类，对于当场不能鉴定的种类，将其样本保存于95％的乙醇中，带回实验室提取鱼卵DNA，经PCR扩增细胞色素B进行测序，使用DNASTAR软件包中的SeqMan对返回序列进行检查，然后在NCBI网站中进行比对，以序列相似度最高为鉴定标准；(3)估算产卵规模某日流经断面的卵苗总径流量Nm(单位：粒或尾)，是24h内定时采集的卵苗径流量之和(∑M)与前后两次采集之间非采集时间内计算出的卵苗径流量之和(∑M＇)的总和，即Nm＝∑M+∑M＇一次定时采集的断面卵苗径流量(M)，计算公式如下：M＝(Q/q)·m·C式中，Q表示采集点断面的平均流量(m3/s)，由采集断面的代表站水文监测数据得到；q表示流经网口的流量(m3/s)，由网口流速乘以网口面积得到；m表示断面固定点一次采到的卵苗数量；C表示断面卵苗流量系数；卵苗流量系数C是调查断面各采集点的卵苗平均密度与常规采集点的卵苗密度d之比，即：式中：表示调查断面所设各点密度之和；n表示调查断面所设采集点的数量；非采样时间的卵苗径流量M′用插补法计算，即：M′＝t′/2(M1/t1+M2/t2)式中：t′表示前后...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹正杰，许继军，吴江，李清清，杨春花，王冬，董玲燕，肖雪，宋权，王孟霞，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42