城市河流基于鱼类栖息地需求的生态需水研究——以盘溪河为例

李培文

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518008)

在城市化进程不断加快的背景下，城市河流受到人类活动强烈干扰[1]。人口密度的增加以及生产规模的扩大使得水资源消耗、污染排放不断加剧，城市河流生态破坏的问题愈发严重。在生态文明建设的大背景下，“恢复有生命的健康河道”成为建设河道生态的新目标，城市河流不仅要满足生产生活和景观用水的需求，还要满足水生生物生存需求，因此河流的生态补水越来越受到重视。目前计算河流生态流量方法主要有以下几种：水文学方法、水力学方法、栖息地法以及综合法[2-3]。以重庆市盘溪河为例，根据鱼类栖息地需求，初步评估盘溪河生态流量和生态需水的水质，为其它相关城市河流的生态需水评估提供参考依据。

1 研究区概况

盘溪河位于重庆主城北部 ，流经两江新区、渝北和江北三区，是嘉陵江一级支流。盘溪河主要发源于重庆两江新区内的三条支流，支流源头分别是八一水库、人和水库和战斗水库，三条支流在动步公园处交汇流入渝北区红岩水库，经江北区汇入嘉陵江。盘溪河流域范围面积约28.25 km2，流域内建成区面积约25.45 km2，全部河道均为硬化河道，河道全场约21.19 km，其中约7.14 km河道为地下箱涵，其余为开敞河道。上游主要是水库、公园和商业区，中游以商业区为主，下游以居民住宅区和工业区为主。盘溪河流域属于亚热带季风气候，夏季和秋季雨水较多，冬季与春季雨水较少。

盘溪河是典型的高密度建成区雨源型河道，河段水量基流缺乏，水动力条件较差，受径流污染引起的水质恶化问题尤为显著。通过控源截污、初小雨调控、生态补水以及生态净化等工程措施整治，于2017年底基本消除黑臭。

2 研究方法

栖息地法通过构建指示生物栖息生境水力学指标与河流流量之间的定量关系，确定适宜该物种的河流生态流量[3]。鱼类是水生生物群落食物链的顶层生物[4]，对河流的流速、水位等水文条件和溶解氧、有毒有害物质浓度等水质条件非常敏感[5-7]，可以迅速明显地反映水生态系统健康的整体状况，适合作为河流生态需水计算的指示物种。由于现阶段充分研究鱼类各种栖息生境水力学指标难以实现, 故本研究以平均流速、平均水深、水质参数等指标，初步评估盘溪河鱼类对栖息地的生态需水。

2.1 目标鱼类

根据近年的文献资料和实地调查，盘溪河鱼类组成简单，约有4种鱼类，隶属2目2科4属，详见表1。本研究以鲤鱼作为目标鱼类计算生态需水。

表1 盘溪河鱼类调查表 %

2.2 栖息地适宜条件的确定

研究表明[8-10]，产卵期是鱼类生命周期中最为敏感、生境条件要求最为严格的阶段，本研究以该阶段的适宜条件为上限、非产卵期的适宜条件为下限计算盘溪河的生态需水量。

陈志月等[11]认为鲤鱼适宜流速为0.2～0.4 m/s，适宜水深为0.3～0.5 m；张文鸽等[12]认为鲤科类的最佳流速范围为0.2～0.6 m/s，最佳水深范围为1～1.5 m；杨庆[13]研究得出适宜鲤鱼产卵的最小流速是0.2 m/s，同时鱼卵漂浮流速的极限阈值与水深联系密切，1 m水深对应流速下限是0.25 m/s，而0.75 m/s与0.5 m水深对应的流速下限均为0.275 m/s。综合以上研究，并结合盘溪河水文特点，取流速0.25 m/s、水深为1 m为鲤鱼产卵期适宜条件，取流速0.2 m/s、水深0.5 m为鲤鱼非产卵期适宜条件(详见表2)，根据二者计算得出的生态需水量分作为盘溪河的最大生态需水量和最小生态需水量。

表2 鲤鱼生活期对栖息地适宜条件

2.3 断面选择

本研究在盘溪河设置了4个监测断面(见图1)，从 2021年2月到10月进行了水文、水质监测。其中2-4月为枯季、5月-10为雨季。

图1 盘溪河监测断面示意图

2.4 生态需水量计算

生态需水量的计算公式如下：

Q=A×V

(1)

式中：Q为监测断面 面生态需水量，m/s；A为 监测断面的过水断面面积 m；v为断面平均流速，m/s。

本文通过上述公式将鱼类产卵期和非产卵期适宜的水文条件(平均水深、平均流速)与生态需水量建立关系，进行鱼类栖息需求的生态需水计算，其结果见表3。

表3 盘溪河生态需水量和监测流量 m3·s-1

2.5 生态需水水质标准

溶解氧是鱼类赖以为生的基础，溶解氧含量过低会影响鱼类的生长繁殖。一般溶解氧在5 mg/L 以上时，大部分鱼类的都能生存[14]。同时，许多学者通过研究水质对各种鱼类生理的影响[15-17]，发现水体中氨氮含量过高会抑制鱼类生长。管雪婷[18]认为氨氮在0.5 mg/L以下时对鱼类生长无影响，氨氮浓度在0.5～1.2 mg/L时摄食量下降，氨氮浓度超过1.2 mg/L时抑制明显甚至引起鱼类死亡。据此，本次研究以溶解氧≥5 mg/L和氨氮≤0.5 mg/L作为生态需水水质评估指标，盘溪河的监测水质数据见表4。

表4 盘溪河监测水质 mg/L

2.6 结果

根据表3和表4所示，在生态需水量方面，盘溪河4个监测断面的最小生态需水量为1.70～10.68 m3/s，最大生态需水量为3.41～29.76 m3/s。与实际监测数据相比，枯季只有2#能达到最小生态需水量；雨季只有上游1#和2#能达到最大生态需水量。在生态需水水质方面，无论枯季还是雨季，溶解氧都能满足鱼类生存的需求，但是氨氮仅在枯季的4#断面达标。

3 结语

本文选用栖息地法，以鱼类为指示生物，对盘溪河流域的生态流量及生态水质进行分析及评估，主要有以下结论：

(1)雨季仅河流上游生态状况较好，最大生态需水能满足要求，枯季河流的生态状况较差，最小生态需水无法满足，建议加快盘溪河补水系统建设，并以生态需水补水。

(2)由于河道补水不足和作为补水水源的污水处理厂设计出水水质标准较低，盘溪河水质难以满足鱼类栖息的基本需要，应提高污水处理厂出水标准，并结合湿地公园建设进一步改善生态需水水质。

(3)自然河流的全年生态流量是变化的过程，城市河流在实际调度过程中，应考虑鱼类产卵期和非产卵期不同生态需水的需求，调节河流的生态补水量。

(4)由于本研究选取的是单一物种、少量河道断面的数据，简化了生物栖息生境因子与河流流量之间的关系，使得估算结果与实际存在偏离。考虑到河道生态和河道地形的复杂性，今后需要进一步对盘溪河水生态更多的调查，收集更全面的数据进行深入的研究。