北江丁壩群對鯽魚棲息地適宜度的影響

摘要：為了探究北江丁壩群對魚類棲息地的影響，以北江干流英德段為研究區(qū)域，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限體積法（FVCOM），計算了不同流量條件下鯽魚棲息地加權(quán)可利用面積（WUA），得到魚類最適生態(tài)流量值?；隰~類最適生態(tài)流量值開展了丁壩群對流速、水深、魚類棲息地適宜性指數(shù)和水力生境多樣性變化的影響。結(jié)果表明：當(dāng)上游為最適生態(tài)流量350 m3/s時，丁壩群使得WUA由7.142 km2降低至5.692 km2；丁壩群會顯著改變河道中心和近岸的流速，導(dǎo)致流速適宜度指數(shù)下降，進(jìn)而降低整個研究區(qū)域的棲息地適宜度指數(shù)；丁壩群的水位壅高作用有限，最大壅高水深為0.38 m，對水深適宜度指數(shù)分布影響較??；在丁壩群作用下，棲息地可接受性高的面積占比由52.151%降至32.271%，降低了魚類棲息地質(zhì)量；丁壩群造成水力生境多樣性辛普森指數(shù)由0.547降至0.529，使得研究區(qū)域內(nèi)的水力生境多樣性略微減少。研究成果可為北江魚類棲息地保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)提供參考。

關(guān) 鍵 詞：丁壩群； 魚類棲息地； 鯽魚； 適宜度指數(shù)； WUA; FVCOM; 北江

中圖法分類號： TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.11.002

0 引 言

魚類是評估河流生物完整性的理想選擇^［1］，也是監(jiān)測棲息地和環(huán)境退化的敏感指標(biāo)，而水深和流速對魚類的整個生命周期有重要影響^［2］。例如，當(dāng)水流由快速變?yōu)殪o止或者緩慢時，需要保持懸浮狀態(tài)的魚卵容易沉入河底；適宜的水深則可為魚類提供充足的溶解氧和穩(wěn)定的流速^［3］。丁壩作為河道整治中的重要工程措施，在河道中起到引導(dǎo)水流、保護(hù)河岸、調(diào)節(jié)局部沖刷的作用^［4］，其建設(shè)不僅改變了河流局部水動力^［5］和地貌特征^［6］，還影響著如淺灘、深水區(qū)、急流或緩流區(qū)等多樣化的生物棲息地，從而提升或降低不同河流條件下魚類棲息地的質(zhì)量^［7］。

國內(nèi)外學(xué)者已開展了一些有關(guān)丁壩周圍棲息地狀況的研究。Dongkyun等^［8］研究發(fā)現(xiàn)有丁壩的棲息地比沒有丁壩的棲息地面積大7%；Ma等^［9］使用二維棲息地數(shù)值模擬評估了丁壩的設(shè)計對改善城市河道生物棲息地的影響，認(rèn)為丁壩引起的流場改變使得回流區(qū)比主流區(qū)更適合水生生物生存；Chou等^［10］使用River 2D模型評估了不同尺寸丁壩對魚類棲息地質(zhì)量的影響；楊苗苗等^［11］研究表明，丁壩附近區(qū)域為水生生物提供了長期穩(wěn)定的棲息場所，但丁壩主流區(qū)流速較大，僅形成了只適合少數(shù)喜急流生物棲息的環(huán)境；姜利等^［12］通過建立水槽實驗和采用數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法，探究了正挑丁壩區(qū)域魚類棲息地生境指標(biāo)分布特征，表明主流區(qū)魚類產(chǎn)卵棲息條件較好。然而，這些研究大多側(cè)重于分析水深和流速等因素對目標(biāo)魚類分布的影響，忽視了丁壩對魚類棲息地質(zhì)量變化和生境多樣性的影響。此外，不同流域的地貌、氣候、魚類資源和人類活動差異等也使得丁壩的影響具有地域性。

北江是粵北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的黃金水道，在北江的擴(kuò)能升級過程中^［13］，通過新建和改造多座丁壩來束窄航道、調(diào)整流態(tài)以滿足通航要求，同時丁壩也作為維護(hù)性建筑物，設(shè)置于彎道附近，減小流速，保護(hù)河岸免受水流沖刷，但丁壩是否對魚類棲息地產(chǎn)生影響還不得而知。鑒于北江中游英德段丁壩群較多，且典型優(yōu)勢魚類為鯽魚^［14-15］，本文以此河段為研究對象，采用開源數(shù)學(xué)模型——非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限體積法FVCOM（finite-volume coastal ocean model）構(gòu)建水動力模型，并耦合鯽魚棲息地面積計算模型和適宜性曲線方程，分析丁壩對魚類可用棲息地面積、棲息地質(zhì)量和水力棲息地多樣性的影響，從而為北江魚類棲息地的保護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 計算模型

1.1 水動力學(xué)模型構(gòu)建與驗證

計算區(qū)域為北江干流英德段，上邊界位于白石窯水利樞紐壩址下游180 m處，下邊界位于北江干流與滃江交匯處上游500 m處，全長23 km，共修建了92座大小形狀各異的丁壩（圖1）。該河段河道寬闊，水流平緩，丁壩多為直線型丁壩，河床由粗砂（含有中粗礫石和小礫石）沉積物組成^［16］，河道平均比降0.09‰，水文條件多樣^［17］。為了便于分析，根據(jù)河道地形和丁壩布置的異同，將河段分為上游、中游和下游。其中上游段為從上邊界至下游5.0 km區(qū)域，此河段地形較高，河寬窄而順直，水深較淺，受白石窯水利樞紐出庫流量的沖刷，水流具有快、急、猛的特點；中游段為從上邊界以下5 km至下游19.5 km區(qū)域，此河段蜿蜒曲折，兩個近90°的急彎段使得此河段水流流態(tài)復(fù)雜多變；余下為下游區(qū)域，此河段無丁壩影響，且寬闊順直。計算域地形數(shù)據(jù)、網(wǎng)格劃分、邊界條件、參數(shù)設(shè)置及模型驗證參考文獻(xiàn)［18］，其中模型驗證采用2023年10月ADCP實測水深和流速與模擬值對比，在研究區(qū)域自上游至下游選取了8個驗證點，對模擬結(jié)果在水深和流速方面進(jìn)行了驗證。結(jié)果顯示，模型水深模擬值與實測值平均偏差為1.90%，納什系數(shù)為0.92；流速模擬值與實測值平均偏差為5.1%，模擬數(shù)據(jù)與實測值基本一致，說明模型計算結(jié)果能很好反映研究區(qū)域水深和流速的變化趨勢。

1.2 魚類棲息地計算模型構(gòu)建

1.2.1 魚類棲息地WUA計算模型

目前最典型的魚類棲息地模擬計算方法是20世紀(jì)70年代美國漁業(yè)及野生動物署（USWFS）提出的河道內(nèi)流量增加法（instream flow incremental methodology，IFIM）。該方法考慮了流速、水深、底質(zhì)等因子變化引起的特定物種處于不同生命階段的變化，通過模擬計算出不同流量Q條件下棲息地加權(quán)可利用面積（weighted usable area，WUA），根據(jù)Q-WUA關(guān)系來評估環(huán)境流量過程^［19］。基于此，本次研究采用IFIM計算目標(biāo)魚類的環(huán)境流量，通過FVCOM構(gòu)建針對研究區(qū)域的二維水動力模型，得到河段內(nèi)水深、流速等水力條件，結(jié)合目標(biāo)魚類對流速、水深和河道特征的適宜度指數(shù)曲線，確定不同流量下各單元對應(yīng)的棲息地適宜度指數(shù)，根據(jù)計算公式使用Matlab編程得到該流量下的WUA，最終得到棲息地的Q-WUA關(guān)系曲線，從Q-WUA關(guān)系曲線中尋找拐點對應(yīng)的流量作為保障適宜魚類棲息地的環(huán)境流量^［20］。

WUA表征魚類可生存繁衍的有效棲息地面積，為計算單元的棲息地適宜度指數(shù)與該單元面積的乘積^［21］：

WUA=Ni=1IiAi（1）

P=WUAAs×100%（2）

式中：Ai為各計算單元的面積；

N為計算單元的個數(shù)；

P為棲息地加權(quán)可利用面積占比；

As為研究區(qū)域總面積，即研究區(qū)域劃分所有網(wǎng)格單元的面積之和，本次研究區(qū)As為11.472 km2；

Ii為計算單元的棲息地適宜度指數(shù)，由流速（I_vi）、水深（I_di）、河道特征（I_ci）（主要為河床覆蓋物和底質(zhì)情況）的適宜度指數(shù)組合而成，計算方法有乘積法、幾何平均法、最小值法和加權(quán)平均法^［22-23］，其中幾何平均法受極端值影響較小，這使得它在處理包含極端值的數(shù)據(jù)集時更為穩(wěn)健，因此本文采用乘積法，即：

Ii=IviIdiIci

（3）

經(jīng)過對研究區(qū)域河床底質(zhì)實地采樣，確定研究區(qū)域中底質(zhì)為粗砂，且河段內(nèi)分布均勻，河段內(nèi)底質(zhì)受流量變化影響較小，因此將I_ci值默認(rèn)為1，重點考慮流速和水深的共同作用。

為了量化研究區(qū)域中流速和水深適宜度情況，定義綜合流速適宜度指標(biāo)Pv和綜合水深適宜度指標(biāo)Pd為

Pv=Ni=1IviAiAi（4）

Pd=Ni=1IdiAiAi（5）

式中：Pv和Pd取值范圍為0～1，越接近1表明適宜度情況越好。

1.2.2 魚類棲息地適宜度指數(shù)曲線構(gòu)建

魚類棲息地適宜度指數(shù)取值范圍為0～1，其中1代表最適棲息，0代表完全不適合棲息^［24］。適宜度指數(shù)的基本假設(shè)是：物種傾向于選擇最能滿足其生存需求的區(qū)域，隨著適宜度值的增加，該物種出現(xiàn)的頻率也隨之增加^［25］。研究表明，水深和流速^［26］是影響魚類棲息地環(huán)境的關(guān)鍵因素。

20世紀(jì)80年代，潘炯華等^［14］將鯽魚列為廣泛分布在北江流域的普通魚種。2014～2016年間，高天揚(yáng)等^［15］對北江魚類資源進(jìn)行調(diào)查，采集魚類共77種，其中鯉形目占57.1％，將屬于鯉形目的鯽魚列為北江流域的優(yōu)勢魚種。因此本文選取鯽魚作為指示性目標(biāo)魚類物種。結(jié)合目前國內(nèi)有關(guān)鯽魚適宜性研究^［27-32］以及對研究區(qū)域?qū)嵉乜疾煺{(diào)研，確定成年鯽魚產(chǎn)卵繁殖的適宜流速范圍為0.3～0.6 m/s，極限流速為0.7～0.8 m/s，，適宜水深為1.5～2.5 m，最適水深為2.0 m，鯽魚流速和水深適宜性指數(shù)曲線如圖2所示。

1.2.3 最適生態(tài)流量計算

鑒于計算區(qū)域上游白石窯水庫單機(jī)滿發(fā)流量為260 m3/s，敞泄分界流量為3 860 m3/s^［33］，2022年5月至2024年5月期間，平均出庫流量為919 m3/s，設(shè)置了11種不同的流量Q（200，300，400，500，600，700，800，900，1 000，1 500 m3/s和2 000 m3/s），并分別采用1.1節(jié)模型開展水動力學(xué)模擬計算，再根據(jù)式（1）、（3）和圖1曲線，計算出鯽魚WUA值，得到棲息地的Q-WUA關(guān)系曲線，如圖3所示。從圖3可知，研究河段入流流量由小變大的過程中，目標(biāo)魚類的WUA呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)200≤Q≤300 m3/s時，WUA值隨著流量的增加而增加；當(dāng)300≤Q≤400 m3/s 時，WUA值在此區(qū)間達(dá)到最大，此后隨著流量繼續(xù)增加，目標(biāo)魚類的WUA均逐步減少，如Q=2 000 m3/s時，WUA值為3.65 km2。

本次研究選用WUA作為棲息地環(huán)境的主要評價依據(jù)，WUA越大，棲息地適應(yīng)性越好，對應(yīng)的流量就越適合魚類棲息。因此選取指示性目標(biāo)魚類物種WUA最大時對應(yīng)的流量，作為北江干流英德段最適生態(tài)流量的判別依據(jù)。已知當(dāng)300≤Q≤400 m3/s時WUA值達(dá)到最大，為了求出更精確的生態(tài)流量，增加9個模擬工況，對應(yīng)流量Q分別為310，320，330，340，350，360，370，380，390 m3/s，計算得到新增工況下WUA面積如圖3所示。由圖3可知，Q=350 m3/s為最適生態(tài)流量，對應(yīng)的WUA為5.692 km2，棲息地加權(quán)利用面積占比P為49.614%。

至此，為了探究丁壩群對目標(biāo)魚類水生棲息地的影響，本次研究對比兩組情景工況：① 現(xiàn)狀工況，即考慮當(dāng)前研究區(qū)域有丁壩現(xiàn)狀情況；② 無丁壩工況，即假設(shè)去除研究區(qū)域中所有丁壩的情況。每個情景工況流量均設(shè)置為上述的最適生態(tài)流量350 m3/s。

2 丁壩群對魚類棲息地的影響分析

2.1 丁壩群對適宜度指數(shù)特征影響

2.1.1 丁壩群對流速適宜度影響

河道布置丁壩后，水流流態(tài)受到丁壩的影響將重新調(diào)整，河道的流速分布也隨之變化^［33］。為了對比丁壩群對研究區(qū)域流速適宜度的影響，繪制出研究區(qū)域中兩種不同工況下的流速分布圖和流速適宜度指數(shù)分布圖，如圖4～5所示。

在現(xiàn)狀工況中，將由于丁壩作用產(chǎn)生的主流區(qū)定義為河道中心，其余定義為近岸。由圖4可知，受丁壩影響，現(xiàn)狀工況河道主流區(qū)流速較大，丁壩近岸流速較??；而無丁壩工況由于缺少丁壩的約束，流速分布較為均勻。在上游段，無丁壩工況河道中心流速范圍多在0.8～1.0 m/s，現(xiàn)狀工況河道中心流速范圍多集中在1.0～1.3 m/s，均大于鯽魚極限流速0.8 m/s，因此兩種工況下河道中心的Iv值均為0；而近岸流速較小，因此上游段近岸更適宜；上游段，現(xiàn)狀工況Pv值為0.359，無丁壩工況的Pv值為0.376，因此無丁壩工況下流速更適宜。在中游段，無丁壩工況河道流速范圍多在0.2～0.7 m/s，鯽魚的最適流速范圍為0.3～0.6 m/s，因此無丁壩工況下Iv值大多在0.8～1.0，此河段適合鯽魚生存；現(xiàn)狀工況下河道中心流速范圍為 0.5～0.9 m/s，河道中心的Iv值大多在0.8～1.0，但由于部分河段中心流速較大（超過0.7 m/s），因此會使得此段部分Iv值急劇變小至0～0.2；中游段現(xiàn)狀工況Pv值為0.477，無丁壩工況Pv值為0.680，因此中游段無丁壩工況下流速更適宜。在下游段，兩種工況下均不受丁壩的約束，此處水面開闊，水流平緩，因此各工況的流速大小和Iv值基本保持一致，流速大小多分布在0.2～0.5 m/s，Iv值多為0.7～1.0，兩種工況下Pv值均為0.640。

由于丁壩群的作用，現(xiàn)狀工況的近岸流速遠(yuǎn)低于河道中心流速，且在河道近岸的丁壩之間，產(chǎn)生了較大的回流區(qū)和圓形漩渦，這使得近岸中Iv值也呈現(xiàn)了漩渦狀分布，為了更清晰地看到丁壩群對流速適宜度的影響，選取兩個典型區(qū)域S1、S2進(jìn)行分析，其所在位置如圖1所示。其中S1為單側(cè)丁壩區(qū)域，S2為雙側(cè)丁壩區(qū)域，典型區(qū)域中均為直線型丁壩，丁壩的實際長度與圖中一致。兩種工況下流場分布和流速適宜度分布特征如圖6所示。

由圖6（a）可知，現(xiàn)狀工況下，水流經(jīng)過單側(cè)丁壩時，由于丁壩作用，河道中心流速明顯增大，近岸流速減小。河道中心流速最大可達(dá)0.5～0.7 m/s，Iv值多在0.6～1.0之間。在丁壩近岸，漩渦流速均在下游壩頭附近達(dá)到最大，在漩渦區(qū)域中流速大小約為0～0.1 m/s，Iv值約為0～0.2，在漩渦中心流速最小，約等于0。由圖6（b）可知，無丁壩工況下，河道凸岸附近流速較小，約為0.1～0.2 m/s，Iv值約為0.2～0.7；其余區(qū)域流速為0.2～0.4 m/s，Iv值多在0.9～1.0之間。

由圖6（c）可知，現(xiàn)狀工況下，雙側(cè)丁壩壩田同樣產(chǎn)生了漩渦，其特征與單側(cè)丁壩一致。在水流經(jīng)過雙側(cè)丁壩前，流速多為0.3～0.4 m/s，Iv值多為0.9～1.0，經(jīng)過丁壩后，壩間兩岸流速減小，河道中心流速瞬間增大至0.6～0.7 m/s，河道中心Iv值降至0.1～0.2。在漩渦區(qū)域中流速大小約為0.1～0.2 m/s，Iv值約為0.4～0.6，在漩渦中心處流速最小，約等于0。由圖6（d）可知，無丁壩工況下，河道中心流速為0.3～0.4 m/s，為鯽魚的最適流速范圍，河岸附近流速為0.2～0.3 m/s，Iv值為0.9～1.0。

在典型區(qū)域中，丁壩群導(dǎo)致河道中心的流速顯著提升，超出了鯽魚所偏好的最適流速范圍；同時，它也使得近岸區(qū)域的流速明顯減緩，但依然處于鯽魚最適流速范圍之外。

2.1.2 丁壩群對水深適宜性影響

丁壩具有束窄河流、壅高水位的作用^［34］，為了對比丁壩群對研究區(qū)域水深適宜度的影響，繪制出研究區(qū)域中兩種不同工況下的水深分布圖和水深適宜度指數(shù)分布圖，如圖7～8所示。

由圖7～8可知，研究河段總體呈現(xiàn)出中游部分水深最深，下游次之，上游水深最淺，河岸附近水深遠(yuǎn)低于河道中心，現(xiàn)狀工況和無丁壩工況的水深分布和水深適宜度分布基本一致。為了進(jìn)一步探究丁壩對水深適宜度的影響，作出河道表面高程分布如圖9所示。

由圖9可知，越接近上游，現(xiàn)狀工況和無丁壩工況的表面高程差值越大，越接近下游差值越小，表明丁壩對水位的雍高效果沿著河道逐漸減弱。上游河道表面高程差值為0.26～0.38 m，現(xiàn)狀工況的綜合水深適宜度指標(biāo)Pd值為0.626，無丁壩工況Pd值為0.597，因此在上游中，現(xiàn)狀工況水深更適宜。中游河道表面高程差值為0～0.26 m，現(xiàn)狀工況Pd值為0.645，略低于無丁壩工況Pd值0.655。下游河道表面高程幾乎一致，兩種工況下Pd值均為0.664。丁壩對河道最大壅高效果僅有0.38 m，Pd值最大變化僅為4.858%，鯽魚的最大水深活動范圍為0～8 m，表明丁壩即使對河道有著壅高水位的作用，但是作用有限，對鯽魚的水深適宜度指數(shù)分布影響較小。

2.1.3 丁壩群對棲息地適宜度指數(shù)影響

圖10給出了河道棲息地適宜度指數(shù)分布。由圖10可知，在上游和下游段兩種工況下棲息地適宜度指數(shù)分布基本一致，中游段無丁壩工況的Ii值多在0.5～1.0之間，而現(xiàn)狀工況的Ii值多在0.3～0.6之間，表明在中游段無丁壩工況下魚類棲息地條件更好。由式（1）和式（2）得出，現(xiàn)狀工況的WUA值為5.692 km2，P為49.614%；無丁壩工況的WUA值為7.142 km2，P為62.255%。在丁壩群的作用下，WUA值降低了20.302%，因此無丁壩工況下更適合鯽魚生存。

2.2 魚類棲息地質(zhì)量變化

為了量化丁壩對魚類棲息地質(zhì)量的影響，本次研究將Ii的結(jié)果分為4個區(qū)間^［35］：區(qū)間一為0～0.1，表示不可接受；區(qū)間二為0.1～0.4，表示接受性低；區(qū)間三為0.4～0.7，表示接受性中等；區(qū)間四為0.7～1.0，表示接受性高。采用兩種工況下的最適生態(tài)流量進(jìn)行計算，得出Ii各區(qū)間面積和面積占比結(jié)果（圖11）。

由圖11可知，現(xiàn)狀工況下可接受性高的面積占比為32.271%，低于無丁壩工況的52.151%，現(xiàn)狀工況下不可接受的面積占比為15.474%，高于無丁壩工況的11.039%，表明在最適生態(tài)流量下，無丁壩工況下的魚類棲息地質(zhì)量更高，更適合鯽魚生存。

2.3 水力生境多樣性變化

從上述內(nèi)容可以看出，丁壩對鯽魚的生存條件產(chǎn)生了負(fù)面影響，然而，僅憑丁壩對某一種魚類造成的負(fù)面影響，并不能說明其對整個研究區(qū)域的水力生境多樣性帶來了負(fù)面影響。魚類棲息地與水力生境多樣性之間有著緊密的聯(lián)系，后者直接影響魚類棲息地的質(zhì)量和數(shù)量，對于維護(hù)健康的魚類群落和生態(tài)系統(tǒng)功能至關(guān)重要。水力生境多樣性指數(shù)常用于評估有關(guān)棲息地條件的水動力參數(shù)的物理棲息結(jié)構(gòu)。辛普森指數(shù)可以用來比較不同生態(tài)系統(tǒng)或者物種多樣性水平，因此常用作河段的水力生境多樣性指標(biāo)^［10］，該指數(shù)的取值范圍在0～1之間，隨著該值的增加，水力生境多樣性也隨之增加，辛普森指數(shù)L的計算式如下：

L=1-Si=1nini-1NN-1（6）

式中：S表示研究區(qū)域內(nèi)棲息地類型的總數(shù)，即淺灘、急流、緩流和深潭^［10］，分類標(biāo)準(zhǔn)和描述見表1；ni是每個棲息地類型的網(wǎng)格單元。辛普森指數(shù)L計算結(jié)果如圖12所示。

由圖12可知，兩種工況下淺灘的網(wǎng)格數(shù)量占比最少，幾乎沒有淺灘棲息地類型，占比最多的是深潭棲息地類型，現(xiàn)狀工況網(wǎng)格占比為67.335%，無丁壩工況占比為68.864%。兩種工況下4種棲息地類型差別均不大，表明在研究區(qū)域內(nèi)丁壩對改變棲息地類型作用不明顯。由式（6）得出，現(xiàn)狀工況的辛普森指數(shù)為0.529，低于無丁壩工況的0.547，降低了3.291%，表明丁壩的作用使得研究區(qū)域的水力生境多樣性略微減少。

3 結(jié) 論

本次研究結(jié)合FVCOM二維水動力模型和魚類棲息地適宜度指數(shù)曲線，構(gòu)建了鯽魚魚類棲息地計算模型，得到以下結(jié)論：

（1） 隨著上游來流量的增大，鯽魚的WUA值呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢，在研究區(qū)域中，鯽魚的最適生態(tài)流量為350 m3/s，此時WUA值為5.692 km2，棲息地加權(quán)利用面積占比P為49.614%。然而在當(dāng)前最適生態(tài)流量下，無丁壩工況的WUA值為7.142 km2，丁壩群的作用使得WUA值降低了20.302%，丁壩群的存在顯著降低了WUA值。

（2） 丁壩群顯著改變了河道中心和近岸的流速，導(dǎo)致流速適宜度指數(shù)下降，進(jìn)而降低了整個研究區(qū)域的棲息地適宜度指數(shù)。但丁壩群對流速適宜度指數(shù)影響較小，丁壩對研究區(qū)域最大水位壅高效果僅有0.38 m，Pd值最大變化僅為4.858%。

（3） 丁壩群降低了魚類棲息地質(zhì)量，現(xiàn)狀工況下可接受性高的魚類棲息地面積占比為32.271%，低于無丁壩工況的52.151%。

（4） 丁壩群作用下各種棲息地類型變化較小，現(xiàn)狀工況的水力生境多樣性辛普森指數(shù)為0.529，略低于無丁壩工況的0.547，丁壩的作用使得研究區(qū)域的水力生境多樣性略微減少。

（5） 在鯽魚的產(chǎn)卵繁殖季節(jié)中，上游白石窯水利樞紐調(diào)度應(yīng)優(yōu)先控制出庫流量在350 m3/s左右，以促進(jìn)魚類的繁殖活動；而在魚類的休眠或者遷徙季節(jié)，則可以考慮適當(dāng)減少流量。在上游白石窯水利樞紐調(diào)度時，也需要定期對魚類的Q-WUA曲線進(jìn)行更新和驗證，以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。

本次研究雖然主要探討丁壩對鯽魚棲息地的影響，但事實上有研究表明魚類棲息地條件還受到水溫、營養(yǎng)鹽、離岸距離、葉綠素a濃度等多種因素的影響，這些因素在北江的具體作用有待于未來的深入研究。此外，本文僅關(guān)注了鯽魚這一優(yōu)勢物種，而在北江干流還存在其他優(yōu)勢物種如魴魚、鱖魚等，它們對水力條件的需求各不相同，因此在進(jìn)行棲息地評估時結(jié)果可能會有所不同，在未來研究中，需進(jìn)一步考慮丁壩對多個物種的綜合影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］ KARR J，F(xiàn)AUSCH K D，ANGERMEIER P L，et al.Assessing biological integrity in running waters：a method and its rationale［J］.Special Publication，1986，5：8-15.

［2］ MOIR H J，SOULSBY C，YOUNGSON A.Hydraulic and sedimentary characteristics of habitat utilized by Atlantic salmon for spawning in the Girnock Burn，Scotland［J］.Fisheries Management and Ecology，1998，5（3）：241-254.

［3］ 許軍，劉建峰.新時期長江流域生態(tài)補(bǔ)償執(zhí)制與關(guān)鍵科學(xué)問題研究［J］.人民珠江，2024，55（6）：16-21.

［4］ 劉尚昆.丁壩群附近流場及局部沖刷的數(shù)值模擬［D］.蘭州：蘭州交通大學(xué)，2023.

［5］ GU Z，CAO X，GU Q，et al.Exploring proper spacing threshold of non-submerged spur dikes with ipsilateral layout［J］.Water，2020，12（1）：172.

［6］ PANDEY M，LAM W H，YONGGANG C，et al.Scour around spur dike in sand-gravel mixture bed［J］.Water，2019，11（7）：1417.

［7］ 李強(qiáng)，劉銳，李冰凍，等.航道整治丁壩對城區(qū)中小河流魚類棲息地的影響研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（19）：57-62.

［8］ DONGKYUN I M，KANG H.Two-dimensional physical habitat modeling of effects of habitat structures on urban stream restoration［J］.Water Science and Engineering，2011，4（4）：386-395.

［9］ MA B，DONG F，PENG W Q，et al.Evaluation of impact of spur dike designs on enhancement of aquatic habitats in urban streams using 2D habitat numerical simulations［J］.Global Ecology and Conservation，2020，24：e1288.

［10］CHOU W C，CHUANG M D.Habitat evaluation using suitability index and habitat type diversity：a case study involving a shallow forest stream in central Taiwan［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2010，172（1/4）：689-704.

［11］楊苗苗，陳一梅.丁壩對整治河段生態(tài)影響及對策研究［J］.水道港口，2014（5）：545-549.

［12］姜利，鄧曉龍，鐘亮，等.正挑丁壩區(qū)魚類棲息地水力生境指標(biāo)分布特征數(shù)值模擬［J］.人民珠江，2022，43（7）：103-113.

［13］李紅衛(wèi).北江生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)背景下北江航運高質(zhì)量發(fā)展研究［J］.珠江水運，2023（23）：27-30.

［14］潘炯華，劉成漢，鄭文彪.廣東北江魚類區(qū)系研究［J］.華南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1984（1）：27-40.

［15］高天揚(yáng)，謝迪，彭寧東，等.北江魚類群落結(jié)構(gòu)多樣性及其演替趨勢［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2018，39（4）：54-62.

［16］吳霜.白石窯下游復(fù)雜洲灘引航道口門區(qū)通航水流條件及改善措施研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2022.

［17］潘炯華.珠江水系北江漁業(yè)資源［M］.廣州：廣東科技出版社，1987.

［18］王龍威，盧卓殷，朱丹彤，等.北江丁壩群水動力特性數(shù)值模擬及其對通航安全的影響研究［J］.人民珠江，2024，43（7）：103-113.

［19］ARMOUR C L，TAYLOR J G.Evaluation of the instream flow incremental methodology by U.S.Fish and Wildlife Service Field Users［J］.Fisheries，1991，16（5）：36-43.

［20］李美萍，段斌，王海勝，等.大渡河上游某河段魚類棲息地適宜性評價［J］.河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，52（5）：30-36.

［21］CHANG Y，HSIEH T，CHEN C，et al.Two-dimensional numerical investigation for short-and long-term effects of spur dikes on weighted usable area of rhinogobius candidianus （Goby）［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2013，139（12）：1297-1303.

［22］邵甜，王玉蓉，徐爽.流量變化與齊口裂腹魚產(chǎn)卵場棲息地生境指標(biāo)的響應(yīng)關(guān)系［J］.長江流域資源與環(huán)境，2015，24（增1）：85-91.

［23］侯俊，黃喻威，苗令占，等.基于魚類棲息地需求的雅魯藏布江中游環(huán)境流量計算［J］.水資源保護(hù)，2020，36（4）：8-12.

［24］CAI Y，ZHANG X，LIU J，et al.The deployment of spur dike group improves physical habitats in urban meandering rivers：insight from a 2D habitat suitability model［J］.Journal of Hydrology，2024，638：131541.

［25］YI Y，CHENG X，YANG Z，et al.Evaluating the ecological influence of hydraulic projects：a review of aquatic habitat suitability models［J］.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2017，68：748-762.

［26］馮啟新，王金潮，尤炳贊，等.廣東魴產(chǎn)卵場調(diào)查報告［J］.淡水漁業(yè)，1986（6）：1-5.

［27］王文彬.鯽魚養(yǎng)殖經(jīng)營增收技巧［J］.科學(xué)種養(yǎng)，2020（4）：55-56.

［28］賁春明，曾小芫，龍光華.池塘鯽魚養(yǎng)殖管理工作要點分析［J］.糧油與飼料科技，2024（1）：172-174.

［29］趙希坤，韓楨鍔.魚類克服流速能力的試驗［J］.水產(chǎn)學(xué)報，1980，4（1）：31-37.

［30］吳青怡，曾令清，曹振東，等.鯉科魚類的流速選擇及其與食性的關(guān)系［J］.水產(chǎn)學(xué)報，2015，39（12）：1807-1816.

［31］張蕾，于磊，曹文雪，等.基于二維棲息地模型模擬的北京清河魚類棲息分布研究［J］.環(huán)境影響評價，2023，45（5）：92-99.

［32］諸葛亦斯，劉德富，譚紅武.魚類棲息地流速適宜性曲線實驗方法［J］.水利學(xué)報，2013，44（增1）：1-7.

［33］LI Y，ZHAN J，WAI W O.A study of the effect of local scour on the flow field near the spur dike［J］.Theoretical and Applied Mechanics Letters，2024，14（2）：100510.

［34］FARSHAD R，KASHEFIPOUR S M，GHOMESHI M，et al.Temporal scour variations at permeable and angled spur dikes under steady and unsteady flows［J］.Water，2022，14（20）：3310-3328.

［35］LECLERC M，BOUDREAULT A，BECHARA T A，et al.Two-dimensional hydrodynamic modeling：a neglected tool in the instream flow incremental methodology［J］.Transactions of the American Fisheries Society，1995，124（5）：645-662.

（編輯：黃文晉）

Effect of spur dikes in Beijiang River on habitat suitability index of Carassius auratus

CHENG Xiangju¹，WANG Longwei¹，LIN Ziyi¹，TIAN Tian¹，ZENG Jiaxing¹，HUANG Dong²

（1.School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China； 2.Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，Guangzhou 510635，China）

Abstract：

In order to investigate the effects of spur dikes in Beijiang River on fish habitat，we took the Yingde section in the main stream of the Beijiang River as a study area，chose the typical dominant fish，Carassius auratus，as the target species，and used the unstructured-grid finite-volume method computational model （FVCOM） to calculate the weighted useable area （WUA） of Carassius auratus habitat under different flow conditions，and determined the optimal ecological flow value for the fish.Based on the derived fish optimum ecological flow values，the effects of spur dikes on flow velocity，water depth，fish habitat suitability index and hydraulic habitat diversity were studied.The results show that when the upstream flow is at the optimum ecological flow rate of 350 m3/s，the spur dikes cluster makes the WUA value decrease from 7.142 km2 to 5.692 km2.Spur dikes significantly alter flow velocities in the center of the channel and nearshore，resulting in a decrease in the flow suitability index，which in turn decreases the habitat suitability index for the entire study area.The backwater effect of spur dikes is limited，with a maximum backwater depth of 0.38 m，which has a small effect on the distribution of the bathymetry suitability index.The percentage of area with high habitat acceptability decreases from 52.151% to 32.271% under the action of spur dikes，reducing fish habitat quality.Spur dikes reduce the Simpson′s Index of Hydraulic Habitat Diversity from 0.547 to 0.529，resulting in a slight decrease in hydraulic habitat diversity within the study area.The results of this research can provide a reference basis for protection and ecological restoration of fish habitat in the Beijiang River.

Key words：

spur dikes； fish habitat； Carassius auratus； suitability index； WUA； FVCOM； Beijiang River