平原城市河流鱼类生境恢复潜力对水动力水质提升的响应

River has been affected seriously due to the process of urbanization in terms of flow regime, geomorphology, and ecosystem. It is of vital importance to study on urban river rehabilitation for the sustainable development of river system. Fish, as the top community of river ecosystem, its habitat suitability can reflect the river health status. Currently a lot of research have been done on fish habitat rehabilitation by using habitat suitability evaluation and ecological operation methods at home and abroad. But there is rare research focus on constrained urban rivers, especially urban rivers in plain area with serious water pollution and low flow velocity, the requirement of fish habitat rehabilitation for hydrodynamic and water quality enhancement of plain urban rivers are not yet clear. This project introduces the concept of ecological resilience into urban river ecological rehabilitation, aims to identify the indicating fish species and its habitat rehabilitation potential index, to analysis the nonlinear response of fish habitat rehabilitation potential to multiple influencing factors, to determine the hydrodynamic and water quality threshold in urban river key nodes for improving fish habitat rehabilitation potential, and finally to reveal the influencing mechanism of hydrodynamic and water quality control to the fish habitat rehabilitation potential in plain urban rivers. This research has important theoretical and practical significance for the water environment improvement and ecological restoration of urban rivers and in the plain area.

城市化进程极大改变了河流的自然水文规律、地貌特征及其生物特性，导致河流生态受损程度尤为突出，研究城市河流生态健康修复对河流系统的可持续利用具有重要的研究意义。鱼类是河流生态系统中的顶级群落，其生境适宜度能综合反映整个河流的健康状况。目前国内外对河流鱼类生境恢复进行了大量的研究，但是针对城市河流进行的研究较少，尤其是平原城市河流具有流速缓慢，水质污染严重等特征，水动力水质联合调控对鱼类生境恢复的可能性及影响机制尚不明确。本项目在城市河流生态修复研究中引入生态恢复力的概念，通过识别鱼类指示物种及其生境恢复潜力的表征指标，分析鱼类生境恢复潜力对多因子叠加的非线性响应关系，确定改善鱼类生境恢复潜力的关键节点水动力水质阈值，旨在揭示水动力水质调控对平原城市河流鱼类生境恢复潜力的作用机制。研究成果对平原地区城市河流生态健康修复以及生态水利研究具有重要的理论和实际指导意义。

平原地区地势平坦，河网交错，水流量小、流速缓慢甚至滞流，不利于污染物的扩散和稀释，导致平原地区城市河流生态问题尤为严重。对可控的水动力条件以及水质条件进行改善提升，是目前平原城市河流生态修复的经济有效手段之一。但是水动力、水质变化对生态系统的影响具有空间延展性和时间滞后性等累积效应，亟需研究水动力和水质同时变化对生态系统的影响。本研究选取了中国典型平原城市河流-上海市淀北片城市河网为研究区域，选取耐受性鱼类鲫鱼、敏感性鱼类松江鲈鱼、日本鳗鲡作为生态恢复的指示鱼类物种，筛选了水文因子、河床地貌和水质因子为关键因子，开发了适用于平原城市河流的生境区分方法和大尺度生境实地调研方法，揭示了鱼类生境恢复潜力对多因子叠加的非线性响应关系，构建了平原城市河流鱼类生境恢复潜力的数值模型，探讨了鱼类生境恢复潜力对水动力水质提升的响应关系。研究表明，淀北片鲫鱼捕食期生境恢复潜力高于日本鳗鲡、松江鲈鱼，95%河段处于生态健康指数0.5以上，其中26%的河段生境达到适宜度高和极高的分级；产卵期生境适宜度生态健康指数高达87% 隶属于“0.2~0.4”的低级别。两种敏感成鱼作为指示物种的生境潜在恢复力相对较低，两者都有10%以上的低水平区域，主要分布在徐汇区。经过水动力调控后，鲫鱼捕食期、日本鳗鲡和松江鲈鱼生境恢复潜力均有明显提升，接近10%，鲫鱼产卵期则变化较小, 仅提升0.95%，表明水动力调控对生境恢复潜力提升发挥一定积极作用。另外分别控制水质条件和水动力条件进行模拟，发现水质变化是影响鱼类生境恢复潜力更为重要的因素；水动力条件不变的情况下，仅改善水质条件对三种指标鱼类成鱼期的生境恢复潜力有较明显提升，尤其对于敏感性鱼类松江鲈鱼来说，总体提升了14.44%。仅对水动力条件进行调控对于敏感性鱼类生境恢复效果较差，甚至出现轻微的负增长，约2%。研究结果旨在为平原城市河流生态修复潜力评价及生态修复措施优化提供理论依据和数据支撑。