彎曲河道對改善水生生物棲息地研究進(jìn)展

張新華，鄧 晴，文 萌，王 明

(四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065)

自然界中的河流大多蜿蜒曲折，河流的蜿蜒性使得河流能夠形成干流、支流、河灣、沼澤、急流、緩流、淺灘和深潭等豐富多樣的生境.天然河流中多樣化棲息地有利于豐富生物群落的孕育. 例如淺灘生境中，由于光熱條件優(yōu)越，容易形成濕地供鳥類、底棲動物和昆蟲棲息；深潭能夠?yàn)椴煌~類提供繁衍場所，可以滋養(yǎng)多種大型植物與藻類群落，如圖1 所示. 與順直河道相比，彎曲河流的水流結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，縱向流速和二次環(huán)流共同構(gòu)成了彎道特有的螺旋流.螺旋流是彎道凹岸侵蝕和凸岸沉積的根本原因，對河流演變具有重要影響.若能充分利用彎道水流特征，尤其是利用其對河床形態(tài)的作用，就能創(chuàng)造多樣的生境，豐富生物種類.由此可見，彎道水流具有明顯的改善水生生物棲息地的潛質(zhì). 因此，正確認(rèn)識河流彎曲度與河道生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，研究其影響機(jī)制，對恢復(fù)河道生境有十分重要的理論價值和應(yīng)用價值.

圖1 彎曲河道環(huán)流及斷面水生生物分布圖Fig. 1 Helical flow and theaquatic organism distributions in a cross section of meandering rivers

近二十年以來，我國大范圍尤其是西南地區(qū)大興水利，修建了大量高壩，阻斷了許多魚類的洄游通道.加上河道渠化、河道硬化，嚴(yán)重破壞了河流生物的棲息環(huán)境，一些生物難以生存，這些負(fù)面影響已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定.盡管生態(tài)修復(fù)在理論和技術(shù)上己經(jīng)取得了一定的成效，但河道生態(tài)結(jié)構(gòu)修復(fù)在國內(nèi)外還處于起步探索階段，利用彎道獨(dú)特水流結(jié)構(gòu)改善水生生物棲息的研究報道較少，還未形成完整的彎曲河流棲息地修復(fù)理論體系. 為此，有必要系統(tǒng)梳理國內(nèi)外彎道水流結(jié)構(gòu)、泥沙運(yùn)動、水生生物棲息地修復(fù)以及相關(guān)數(shù)值模擬等方面的研究成果，并對利用彎道水流進(jìn)行生物棲息地修復(fù)的未來研究趨勢進(jìn)行展望.

1.彎道水流運(yùn)動特性

河道內(nèi)的水流結(jié)構(gòu)與特性強(qiáng)烈地影響著水生生物的生存環(huán)境，在大量研究中，常將流速與水深作為對魚類和底棲生物影響最大的水力要素，由此可知研究彎道內(nèi)水流結(jié)構(gòu)對開展棲息地修復(fù)研究有重要意義.

1.1 水面橫比降

受彎道向心力的作用，天然彎曲河道中凹岸一側(cè)水位增大，凸岸一側(cè)水位下降，形成水面橫比降.大量研究表明彎道橫比降的最大值出現(xiàn)在彎道的彎頂或者彎頂以下，并向下游逐漸減小，彎道出口以后橫比降逐漸消失. 在工程界中應(yīng)用最廣的是由羅索夫斯基[1]基于對數(shù)公式推導(dǎo)出的彎道橫比降公式，但該公式在河床粗糙情況下存在計(jì)算值偏小的問題，針對此不足張紅武、孫東坡、張海燕、劉煥芳、毛佩郁等[2－6]提出了不同的彎道橫比降計(jì)算方法.王平義[7]基于凹凸兩岸流速分布形式不同，分別提出了彎道凹岸區(qū)和凸岸區(qū)的水面橫比降公式.

1.2 彎道環(huán)流

橫向環(huán)流是天然彎道特殊水流結(jié)構(gòu)的直接影響因素.流速向心加速度沿垂線分布的不均勻性使得表層水流趨于向外運(yùn)動，底層水流趨于向內(nèi)運(yùn)動，在彎道斷面上形成橫向環(huán)流，并與縱向水流合成形成了螺旋流.1870 年，J.Thompson 在試驗(yàn)中最早發(fā)現(xiàn)了彎道螺旋流的存在，此后大量學(xué)者就這一獨(dú)特的水力學(xué)現(xiàn)象開展了廣泛的研究.羅索夫斯基[1]提出了與直段連接的單彎道的橫向流動理論，張海燕[4]將羅索夫斯基的研究成果擴(kuò)展到不規(guī)則連續(xù)彎道中，著重分析橫向環(huán)流的產(chǎn)生和消亡過程.

彎道環(huán)流強(qiáng)度受多個影響因素作用，Pirestan[8]等人在U 型彎道物理模型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)環(huán)流的強(qiáng)度與弗勞德數(shù)的大小呈反比關(guān)系，當(dāng)弗勞德數(shù)增加時，環(huán)流強(qiáng)度隨之降低，反之亦然. 彎道斷面形態(tài)對環(huán)流結(jié)構(gòu)有直接影響，依據(jù)室內(nèi)彎道水流試驗(yàn)和野外河彎實(shí)測資料顯示，在凹岸陡坡截面上總是存在一對主體環(huán)流和一個反向次生環(huán)流，如圖2 所示. 隨著邊坡坡度的變緩凹岸處反向次生環(huán)流變?nèi)踔敝料?，而主體環(huán)流強(qiáng)度逐漸增大[9].當(dāng)橫斷面為復(fù)式斷面時情況有所不同，河漫灘區(qū)和主槽區(qū)內(nèi)的環(huán)流強(qiáng)度存在此消彼長的關(guān)系，河漫灘區(qū)內(nèi)的環(huán)流強(qiáng)度隨著河漫灘范圍的增大而增強(qiáng)，但主槽內(nèi)的環(huán)流強(qiáng)度逐漸減弱.

圖2 彎道斷面水流結(jié)構(gòu)及主體環(huán)流和凹岸次生環(huán)流分布圖Fig.2 Flow structure，main cell and concave secondary cell in a meandering channel

1.3 流速分布

彎道環(huán)流引起河道內(nèi)水流結(jié)構(gòu)重新分布，導(dǎo)致流速沿縱向、河寬和水深三個方向發(fā)生變化. 本節(jié)從斷面環(huán)流流速分布和縱向流速沿程分布兩個角度分析彎道水流流速分布的研究現(xiàn)狀.

1.3.1 環(huán)流流速分布

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今為止國內(nèi)外公開發(fā)表的明渠彎道恒定流的環(huán)流流速垂線公式多達(dá)15 個，這些公式具有各自的特征，多是基于橢圓型、拋物線型、對數(shù)型或者指數(shù)型垂線流速分布公式推導(dǎo)而來，但是對各個公式的可靠性、準(zhǔn)確性及通用性沒有統(tǒng)一的說法.

嬰幼兒常患支氣管肺炎,患病患兒年齡多為0.5—1歲[1]?？人?、肺部啰音以及氣促是常見的臨床癥狀。鹽酸氨溴索聯(lián)合布地奈德治療小兒肺炎是常用方式,但依舊需要配合護(hù)理干預(yù)方式促使治療效果提升[2]。因此,本文主要探討鹽酸氨溴索聯(lián)合布地奈德治療小兒肺炎的護(hù)理方式,為提升肺炎患兒護(hù)理質(zhì)量提供合理的護(hù)理方式,詳細(xì)報道如下。

在20 世紀(jì)30 年代早期，波達(dá)波夫[10]采用拋物線型流速分布公式推導(dǎo)出環(huán)流流速垂線分布形式，然而，在往后的研究并不認(rèn)為它適用于時均紊流情況.1948 年，馬卡維耶夫提出了基于橢圓型流速分布的最具代表性的環(huán)流公式，但是由于公式過于繁瑣，難以在實(shí)際工程案例中使用.羅辛斯基及庫茲明[11]、張耀先[12]、Odgaard[13]等人基于指數(shù)型縱向流速分布公式，推得環(huán)流流速分布公式，其中在變態(tài)模型羅辛斯基及庫茲明公式中會得出環(huán)流沿水深的分布仍與原型相似的錯誤結(jié)論，張耀先的公式中無法反映河床粗糙度對環(huán)流的影響，而Odgaard 假設(shè)環(huán)流類似線性分布，這明顯不符合實(shí)際. Engelund[14]針對二維寬淺矩形彎道，結(jié)合拋物線型流速公式提出了環(huán)流流速公式，這一公式為二次流的計(jì)算提供了新的思路，但是由于推導(dǎo)中一些不正確的假設(shè)，導(dǎo)致計(jì)算值偏小甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤結(jié)果.還有許多學(xué)者根據(jù)概化彎道試驗(yàn)結(jié)果，從理論角度進(jìn)行深入分析與總結(jié)，其中以張紅武[15]提出的環(huán)流流速公式最具代表性，該公式能夠較好的適應(yīng)于不同粗糙度的河道中，在工程界運(yùn)用最為廣泛.

1.3.2 縱向流速分布

彎道縱向流速分布沿程都不斷發(fā)生變化，水動力軸線在進(jìn)入彎道之前就開始偏向凸岸，在彎頂斷面幾乎靠近凸岸邊壁，自該點(diǎn)后又慢慢向河道中心線靠近，出彎后還繼續(xù)向彎道凹岸偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定距離才能恢復(fù)正常位置.1989 年王韋[16]對矩形斷面人工彎道的縱向垂線平均流速進(jìn)行了理論分析，提出了彎道內(nèi)任一點(diǎn)縱向垂線平均流速的計(jì)算公式.1994 年，王平義[17]根據(jù)彎道水流在凸岸區(qū)縱向流速沿垂線服從對數(shù)分布，在凹岸遵循拋物線分布的規(guī)律，導(dǎo)出了分區(qū)域變曲率動床彎道水流縱向垂線平均流速計(jì)算公式，并從理論上對彎曲河道縱向垂線平均流速的橫向與縱向變化規(guī)律進(jìn)行了分析. 童思陳[18]利用彎道概化模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從理論上推導(dǎo)了寬淺彎道縱向垂線平均流速沿程分布公式. 相較其他學(xué)者的研究成果，劉煥芳[19]提出的彎道縱向流速分布公式具有兩大特色，一是該公式綜合考慮了床面粗糙程度以及彎道形態(tài)要素如曲率半徑、彎道中心角等對彎道縱向流速分布的影響，二是該公式能夠反映不同區(qū)段的彎道縱向流速特點(diǎn).

2 彎道泥沙運(yùn)動特性

利用彎曲河道進(jìn)行棲息地修復(fù)的實(shí)質(zhì)是通過彎道水流對水沙結(jié)構(gòu)的調(diào)整，創(chuàng)造多樣化河床形態(tài). 只有深入研究彎曲河道中泥沙的輸移特性才能把握河流地貌空間異質(zhì)性與水生生物多樣性的響應(yīng)機(jī)理.

曾慶華[20]曾對中心角為120°的矩形斷面彎道水槽以及自然彎道的泥沙輸移運(yùn)動進(jìn)行了詳細(xì)的觀測，得出底流軌跡與底沙運(yùn)動軌跡并不重合，底沙是沿邊灘向下游推移的結(jié)論.Hooke[21]利用彎道水槽測量數(shù)據(jù)得出，凸岸邊灘形成的關(guān)鍵因素并非橫向環(huán)流，而是由泥沙的橫向與縱向輸移運(yùn)動導(dǎo)致的. 研究還表明，河道內(nèi)推移質(zhì)的運(yùn)動強(qiáng)度與方向也會受到河床橫向坡度的影響[22－24].

水沙特性研究的一個重要方向是泥沙顆粒的起動問題.泥沙顆粒的起動公式一般采用起動拖曳力、起動流速和起動功率這三種形式來表達(dá).但由于起動拖曳力公式里面包含河底坡降項(xiàng)，然而坡降的量測在天然河道中較為繁瑣且精度不高，因此在國內(nèi)主要以起動流速公式研究泥沙起動問題為主. 眾多學(xué)者[24－28]就研究泥沙起動問題，進(jìn)行大量的野外調(diào)查收集了許多天然河道資料. 除了理論研究，學(xué)者們也開展了大量有關(guān)起動流速的試驗(yàn)研究，其中具有代表性的有Gilbert 與Kramer[29]、何之泰[30]、美國水道試驗(yàn)站(USWES)[31]、Meyer －Peter[32]、侯穆堂[33]、李保如[34]、竇國仁[35]等.另外，國內(nèi)關(guān)于無粘性泥沙起動問題也取得較大突破，沙玉清[36]、張瑞瑾[37]、唐存本[38]、韓其為[39]以及竇國仁[40]等分別提出了不同的無粘性泥沙起動流速公式.

3 彎道水流及河床變形數(shù)值模擬研究

3.1 彎道水流數(shù)值模擬

基于垂向平均的平面二維數(shù)學(xué)模型在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣，1976 年De Vriend[41]首次通過建立數(shù)學(xué)模型，對低雷諾數(shù)弱彎淺式河道水流進(jìn)行了較為成功的模擬.1984 年，Moser[42]和Moin[43]對具有小曲率低雷諾數(shù)的彎道水流進(jìn)行直接數(shù)值模擬，揭示了Taylor－Gortler 渦的存在. Leschziner 和Rodi[44]在1979 年成功模擬出180°天然彎道流動.這些模型由于未考慮彎道環(huán)流對縱向平均流速的影響，因此對于大曲率的寬淺河道的計(jì)算精度不高，針對這些缺陷，Lien[45]、易雨君[46]、魏文禮[47]等考慮環(huán)流影響的條件下建立了平面二維水流模型，對不規(guī)則彎道平面流場具有良好計(jì)算效果.

彎道水流在垂向上存在強(qiáng)烈的三維紊動特性，采用二維模型無法達(dá)到高精度 的要求，因此采用三維模型是未來深入研究的必然趨勢.目前Simple 算法結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)k － ε 模型模擬技術(shù)已經(jīng)比較成熟，吳修廣[48]、Shao[49]、許棟[50]、王博[51]等學(xué)者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k －ε 湍流模型對彎道三維水流進(jìn)行了模擬，得到了一些水流結(jié)構(gòu)的三維特性.但標(biāo)準(zhǔn)k － ε 模型無法模擬湍流各向異性，對于強(qiáng)彎水流模擬存在失真，因此Spezi-ale、Thangam[52]對標(biāo)準(zhǔn)k － ε 模型進(jìn)行了修正，建立了RNGk － ε 模型，并用其模擬了彎道分離流. 李琳琳[53]、Zhang[54]通過RNG 模型對連續(xù)彎道進(jìn)行了三維模擬.胡旭躍[55]等引入VOF 方法對自由水面進(jìn)行處理，結(jié)合RNG k－ε 湍流模型研究了過渡段長度與后彎水流穩(wěn)定性的關(guān)系，具體成果如圖3 所示. 李冰凍[56]等人采用RNG 模型結(jié)合VOF 模型研究彎道中心角對水流結(jié)構(gòu)的影響，著重分析斷面渦結(jié)構(gòu)的變化，值得注意的是當(dāng)彎道中心角增加時在彎道出口凸岸近水面會形成尺度較小的次生環(huán)流. 李艷紅[57]等人將平面正交曲線坐標(biāo)系和垂向σ 伸縮坐標(biāo)系相結(jié)合建立三維水流數(shù)值模型，并采用嘉陵江典型橫斷面水位流速資料進(jìn)行驗(yàn)證，模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)吻合較好.

圖3 過渡段回流范圍變化Fig.3 Range of circulation length variation within a transition section

3.2 彎道泥沙運(yùn)動數(shù)值模擬

國外的二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型相較國內(nèi)的發(fā)展歷史更長，目前已有較為成熟的商業(yè)軟件MIKE 21、TABS－2 、FAST2D 等，國內(nèi)較有名的水沙模型有三峽的平面二維水流泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模型、黃河流域的平面二維水流泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模型.Nagata[58]假定泥沙顆粒全部沉積在床面上，建立二維非黏性河床變形數(shù)值模型.夏軍強(qiáng)[59]等建立正交曲線坐標(biāo)下的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型，并將其應(yīng)用于彎道水流運(yùn)動、懸移質(zhì)輸移、河床沖淤變化計(jì)算中. 盡管平面水沙模型在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣，但垂向水沙運(yùn)動情況對進(jìn)一步加深對三維水沙運(yùn)動特性的理解至關(guān)重要，因此開展三維水沙數(shù)學(xué)模型研究是有必要的.

20 世紀(jì)70 年代開始，國外就已經(jīng)著手三維水流泥沙模型的研究.Rijn[60]等人以對流擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)建立了三維輸運(yùn)模型. 劉誠[61]等人在三維模型的研究過程中完善了對彎道曲線坐標(biāo)系的調(diào)整和工程實(shí)際應(yīng)用.Shimizu[62]在三維全沙動床數(shù)學(xué)模型中考慮懸移質(zhì)輸移對河床沖淤的貢獻(xiàn)，使模型能夠較好的模擬出由懸移質(zhì)和推移質(zhì)運(yùn)動引起的彎曲河道河床變形.陸永軍[63]建立的三維泥沙數(shù)值模型引入了湍流運(yùn)動理論，對三峽工程壩區(qū)泥沙沖淤的模擬結(jié)果良好.

4 棲息地相關(guān)數(shù)值模型

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的不斷成熟，不少學(xué)者從20 世紀(jì)70 年代末開始對棲息地進(jìn)行微觀尺度的理論研究. Kemp[64]等提出以生態(tài)學(xué)定義的功能性棲息地和以水力學(xué)定義的水力棲息地的基本概念，使生態(tài)學(xué)和水力學(xué)緊密結(jié)合起來同時期，美國魚類和生物服務(wù)調(diào)查中心構(gòu)建和開發(fā)了可用于評價河道水生生物棲息地的河道內(nèi)流量增加方法(Instream Flow In-cremental Methodology，IFIM)[65].該方法選擇魚類作為指示物種，以物理?xiàng)⒌啬M為主，通過水動力模擬和指示物種對水動力要素的適宜性關(guān)系.2000 年以來，加拿大阿爾伯達(dá)大學(xué)以此為基礎(chǔ)開發(fā)了二維棲息地模擬模型River 2D[66]，該模型可用于模擬小尺度生境單元內(nèi)更詳細(xì)的水力學(xué)過程以及生物棲息地的變化.目前，關(guān)于河道棲息地評價大多基于該模型.但是，該模型因缺乏泥沙和水質(zhì)等模塊，難以對一些規(guī)劃或還未實(shí)施的生態(tài)修復(fù)措施對棲息地的改善效果做出及時的預(yù)測或評價.

根據(jù)保護(hù)生物學(xué)觀點(diǎn)，保護(hù)生境是保護(hù)生物多樣性最有效的方法. 因此，恢復(fù)或修復(fù)河道內(nèi)水生生物棲息地的本質(zhì)應(yīng)該是創(chuàng)造更多可能的生境類型，以適應(yīng)不同種類生物的棲息環(huán)境與條件.Kuhnle[67]等研究表明丁壩群作為常見的河岸保護(hù)建筑物，因?yàn)槟軇?chuàng)造并維持較為良好的棲息地條件，可運(yùn)用于水生生物生境修復(fù)之中. Kang[68]等通過河工模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)建立丁壩所形成的壩田區(qū)對于目標(biāo)魚種是適宜棲息地.吳瑞賢[69]等人基于HEC －RAS 和River 2D，以筏子溪河段作為研究對象，探究丁壩的壩高、壩長以及個數(shù)對為魚類棲地的影響范圍.范玥[70]等人利用River 2D分析在人工河道中丁壩間距的改變對平面流場以及棲息地適宜度指數(shù)的影響. 馬冰等[71]以錦江成都河段為例，研究了雙丁壩方案對棲息地加權(quán)可用面積的變化規(guī)律，且間距為4 倍壩長效果最好.李強(qiáng)等[72]基于IFIM 法，利用River 2D 模擬分析了成都市華陽河段不同的丁壩布置方式對棲息地WUA 的改善效果，得到的結(jié)論是丁壩可以改善城市河流水生生物棲息環(huán)境，且多丁壩布置方式下獲得的棲息地加權(quán)可利用面積WUA 值最大. Shang － Shu Shih 等基于IFIM法[73]，研究了丁壩群對臺灣地區(qū)特有魚類—鏟頜魚、間吸鰍的棲息地可利用面積的影響. 研究結(jié)果表明，布置丁壩后，鏟頜魚、間吸鰍的WUA 值分別提高了404.8 –442.4% 、38.4 – 435.8%，并且目標(biāo)魚類WUA 值與Fr 值密切相關(guān). Dongkyun 等[74]選擇漢江內(nèi)最主要的五種魚類為研究對象，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生五種魚類最大WUA 值時的流量約為某個魚類最大WUA 值對應(yīng)流量的兩倍. 研究者還探討了不同河床形態(tài)對WUA 值變化的影響，在首爾漢江中分別設(shè)置了礫石、丁壩和淺灘，結(jié)論是河道中布置淺灘時WUA 能達(dá)到最大值[75]，如圖4 所示.

圖4 不同流量下河床形態(tài)與WUA 的關(guān)系Fig. 4 Relationship between the river bed morphology and WUA at different flow discharges

目前，對河道棲息地有關(guān)的研究大多采用棲息地加權(quán)可利用面積WUA 來評價河道內(nèi)水生生物棲息地環(huán)境與條件.但是，棲息地加權(quán)可利用面積WUA 值本身僅能反映棲息地的總量，忽略了棲息地的破碎程度和連通性，不能全面的描述棲息地或水生生物的生境質(zhì)量.為了能揭示水生生物所需棲息地或生境的質(zhì)量，Wang 等人基于圖論中的最小生成樹原理，在魚類棲息地評價模型中引入生境連通性指數(shù)與棲息地破碎性指數(shù)[76]；Li 等人[77]基于景觀生態(tài)學(xué)的連通性指數(shù)，對魚類生境模型進(jìn)行了改進(jìn)；邵甜基于IFIM 法在棲息地評價模型中引入棲息地破碎性指數(shù)與連通性指數(shù)，對齊口裂腹魚產(chǎn)卵場棲息地適應(yīng)性與流量變化的關(guān)系進(jìn)行了分析[78].可以看出，近年來不少學(xué)者認(rèn)識到了單純采用WUA 值不適宜評價棲息地質(zhì)量，正嘗試從更全面、客觀的角度選取生境質(zhì)量的評價指標(biāo)與方法.

5 結(jié)論與展望

通過系統(tǒng)梳理國內(nèi)外相關(guān)研究成果，關(guān)于彎曲河道及其對水生生物棲息地的影響研究雖然取得了較大進(jìn)展，但是，仍存在一些問題需要進(jìn)一步開展研究.從現(xiàn)階段的主要研究成果來看，棲息地模擬中常采用二維水深平均水動力模型(以River 2D 為代表)，忽略了水沙耦合、河床形態(tài)演變作用對生境質(zhì)量的影響，同時，也大多未考慮水質(zhì)的變化，并且對一些底棲魚類和一般底棲生物而言，河床附近水力要素對其生殖繁衍具有重要影響，二維水深平均水流模型無法揭示河床附近水力特征. 另外，目前關(guān)于棲息地的評判方法并不統(tǒng)一，存在很大的不確定性與不準(zhǔn)確性，如水生生物對水力學(xué)與棲息地參數(shù)的適宜性指數(shù)HSI受選擇物種的生活習(xí)性、不同生長階段及調(diào)查時間、次數(shù)等眾多因素影響；再有，選取的表征生物棲息地修復(fù)效果的指標(biāo)也相對單一，尚未全面系統(tǒng)地開展彎曲河道與水生生物棲息地修復(fù)關(guān)系的定量研究.

針對上述不足，未來關(guān)于利用彎道改善水生生物生境質(zhì)量可以從以下幾個方面開展進(jìn)一步研究:

(1)結(jié)合生態(tài)水力學(xué)，對彎道三維水沙特性、河床形態(tài)以及物質(zhì)輸移特性進(jìn)行精細(xì)化研究，從微觀尺度上探討河流彎曲度與水生生物棲息地多樣性之間的作用機(jī)理.重點(diǎn)探索三維水沙耦合作用下對生物棲息地質(zhì)量的影響機(jī)理以及河流地貌異質(zhì)性與水生生物多樣性的響應(yīng)關(guān)系，分析彎曲河道地貌空間異質(zhì)性的水生態(tài)意義.

(2)水生生物棲息地適宜性指數(shù)HSI 方面. 棲息地適宜性指數(shù)考慮了水生生物對物理生境的要求，棲息地質(zhì)量評價內(nèi)容中的重點(diǎn)是定量化水生生物對棲息地的偏好與棲息地生境之間的關(guān)系.目前主要考慮的評價因素多為水動力方面的水深、流速和河床基質(zhì)與選擇的單一指示物種如魚類或底棲類之間的偏好關(guān)系，要準(zhǔn)確地建立這些關(guān)系非常困難，因受眾多因素影響或干擾，如魚類棲息場所并不固定，不同生長階段的生活習(xí)性和喜好也不盡相同，調(diào)查時間不同，結(jié)果也可能迥異. 如何排除這些影響及其不確定，是否存在既能綜合水動力、水質(zhì)、泥沙影響，又能反映水生生物偏好的指標(biāo)與評價方法? 這些都還有待進(jìn)一步去探索.

(3)河道彎曲度與生物多樣性的相關(guān)關(guān)系. 在棲息地評價體系上，除關(guān)注水動力因素，還應(yīng)涵蓋水生生物生物量、豐富度、均勻性、棲息地破碎化、棲息地連通性、水質(zhì)狀況、食物鏈等多項(xiàng)內(nèi)容，綜合考慮作為衡量生境優(yōu)劣的指標(biāo)，建立更完善的棲息地質(zhì)量評價模型.

(4)為維持河道生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性與整體性，應(yīng)從流域角度綜合考慮. 不拘泥于微觀尺度棲息地數(shù)值模擬研究，進(jìn)一步開展棲息地保護(hù)與恢復(fù)在不同尺度與不同空間格局需求等方面的研究，探尋有利于生物多樣性增長與保護(hù)的適宜河道彎曲度范圍、數(shù)量及其在流域尺度上的分布規(guī)律等.