复杂水动力条件下沿海城市水体生态健康诊断

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城市河流生态健康是近年来我国进行生态文明建设和水污染防治的研究热点问题,沿海城市河流受到潮汐水动力扰动,其生态健康诊断缺乏更明确的理论依据和模拟分析。本论文基于指标生物的生境适宜度评价,对沿海城市河流的复杂水环境因子进行了响应关系分析,建立了基于ArcGIS的沿海城市水体生态健康诊断系统,在烟台市逛荡河进行了成功应用,对复杂水动力扰动下的沿海城市河流水生态健康评估具有重要的理论和实际指导意义。主要的研究成果有以下几点:(1)开发了沿海城市河流大尺度生境调研方法。本文考虑沿海城市河流特征,筛选出了符合指标鱼类生命活动特点的生境影响因子,有效识别生境适宜度关键影响因子的区分范围,为后续模型建立及模糊规则的应用提供了良好的数据支撑。该方法在逛荡河进行了不同季节的应用,收集实际数据并对水环境进行了评价。各因子当中,逛荡河水量小,流速(V)慢,水深(Dep)浅,水岸交接(Tra)更是稳定,季节变化均不明显;护坡植被(Veg)在冬季以外,并未受到季节显著影响。综合水质因子来看,春、冬两季生态环境最好,秋季次之,夏季最次。感潮河段对比逛荡河中上游的淡水区没有体现出明显的水质差异,主要受到了潮汐的稀释及淡水区污染的共同复杂作用。(2)建立了基于鱼类生境的沿海城市河流生态健康模型。文章筛选出了流速(V)、水深(Dep)、底质(Sub)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、护坡植被(Veg)、水岸交接(Tra)作为指标鱼类鲫鱼和七星鲈鱼不同生命阶段在不同季节的生境适宜度(SI)评估的依据,用以表征沿海城市河流的生态健康状况。产卵期鲫鱼、成鱼期鲫鱼和成鱼期鲈鱼在逛荡河全境各个季节的SI范围分别是0.240.49、0.260.63和0.310.69。在春季,逛荡河低流速水文特性和高溶氧水质环境决定了产卵期鲫鱼的SI处于偏下水平;成鱼期鲫鱼在夏、秋季节生境适宜度更好;成鱼期鲈鱼在春、秋季节的河流淡水区(非实际生活区域)生境在理论上也较为友好,其SI值比成鱼期鲫鱼的更高也证明了这一点。DO和NH3-N等水质因子变化较频繁,对鱼类生境影响较大。河流水质的控制和改善是目前提升目标鱼类的生境适宜度的较为实际的办法。(3)分析了复杂水动力条件下沿海城市河流生态健康程度。研究以逛荡河感潮河段为研究对象,选取了河口向上游的连续三个监测断面进行同步观测,对整个潮汐周期内的水动力水质变化进行了原型监测,并基于以上水环境因子参数分析,模拟了受潮汐和河流流动共同影响的目标鱼类物种的生境适宜度变化,以分析复杂水动力条件下沿海城市河流生态健康程度。在感潮区,流速(V)和水深(Dep)的变化引起水质因子的改变。DO值与流速(V)和时间息息相关;NH3-N除冬季以外,浓度被海水大大稀释。夏季生境对鲫鱼和鲈鱼最适宜。成年期鲫鱼的SI值在理论上或实际上均略低于成鱼期鲈鱼。感潮区沿河口向上游的三个监测断面中,监测点3是比监测点1、2更适合鲫鱼(产卵期或者成鱼期)生存的栖息场所;而鲈鱼在三个监测点的适宜度差别极小,整个感潮区鲈鱼生存环境十分稳定。
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