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基于水生生物栖息地模拟的橡胶坝调度研究

基于水生生物栖息地模拟的橡胶坝调度研究

作者：刘士峰郑州大学

学位级别：硕士

橡胶坝在我国应用十分广泛,近年来橡胶坝调度研究成为热点问题。现有研究集中在防洪兴利方面,忽略了橡胶坝的生态效益。保障河流生物多样性,维持河流生态健康是贯彻落实党的十九大“人与自然和谐共生”理念的重要要求。橡胶坝作为城市... 详细信息

橡胶坝在我国应用十分广泛,近年来橡胶坝调度研究成为热点问题。现有研究集中在防洪兴利方面,忽略了橡胶坝的生态效益。保障河流生物多样性,维持河流生态健康是贯彻落实党的十九大“人与自然和谐共生”理念的重要要求。橡胶坝作为城市河道内应用广泛的建筑物,能否通过合理调度改善河流生境质量水平,发挥生态效益是亟待解决的问题。栖息地模拟法在评估河流生境质量中有明显优势,本文基于模糊逻辑理论与水动力模型方法,以河流基础数据和水生生物信息为基础,改进水生生物栖息地模拟法,提出基于模糊逻辑的多物种栖息地适宜度模型,与水动力模型耦合,以河流整体生境质量水平为导向优选橡胶坝调度方案,对发挥橡胶坝的生态效益,改善河流生境质量有重要意义。以浉河信阳市区段为例开展河道内橡胶坝调度研究,有利于指导研究河段内橡胶坝的调度工作。主要工作和成果如下:(1)建立了研究河段的二维水动力模型。基于河网地形数据、水工建筑物数据以及水文信息等,通过划分网格、概化建筑物、确定模型边界,构建了浉河信阳市区段Mike 21 FM二维水动力模型,使用2020年两个时间段内相对稳定的水位信息分别对模型参数进行率定和验证,水位最大绝对误差为0.07 m,说明河道模型精度良好,能够模拟研究河段各种情景下的水动力要素空间分布,为后续栖息地分析和橡胶坝调度研究提供依据。(2)提出了多物种栖息地适宜度模型。针对栖息地模拟中单一指示物种不能模拟生物群落里不同物种对生境要素的不同需求,难以体现河流整体栖息地质量水平的问题,基于模糊逻辑理论、生物信息和相关原则,选定多个指示物种,通过模糊逻辑法推求单物种栖息地适宜度指数,并以单物种栖息地适宜度指数作为输入模糊集,制定相关模糊规则,推求多物种综合栖息地适宜度指数,构建多物种栖息地适宜度模型。应用于浉河信阳市区段,构建了研究河段的双物种栖息地适宜度模型,模拟结果体现出鲫鱼和水生昆虫对生境要素的不同需求。在此基础上推算研究河段适宜生态流量,双物种模型结果为160～260 m3/s,相较于单一使用鲫鱼为指示物种的160～280 m3/s区间更短,验证了模型的可行性和合理性。(3)以河流整体生境质量水平为导向优选橡胶坝调度方案。基于橡胶坝泄流特性和运行规则拟定调度方案集,耦合多物种栖息地适宜度模型与Mike 21FM水动力模型进行河流整体栖息地质量评价,计算河流整体可利用栖息地面积作为表征河流生境质量水平的性能指标。确定约束条件,以河流整体可利用栖息地面积最大为目标函数建立橡胶坝调度方案最优化数学模型,代入不同调度方案模拟结果,优选最佳方案。应用于浉河信阳市区段,结果表明最优调度方案能够提高研究河段至少10%以上的栖息地质量水平,验证了利用橡胶坝改善河流生境的可行性和有效性。

关键词：浉河模糊逻辑栖息地模拟多物种橡胶坝调度

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水生生物栖息地模拟方法及模型综述

中国科学：技术科学 2019年第4期49卷 363-377页

作者：易雨君张尚弘北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境学院水沙科学教育部重点实验室北京100875 华北电力大学可再生能源学院北京102206

水生生物栖息地模拟模型是用来描述某一环境对某一特定物种或群落栖息的适宜程度,通过结合物理生境因子时空分布模拟模型和栖息地适宜度评价指标体系,对主要影响特定物种或种群生存、繁殖的栖息环境进行综合影响评价.本文基于栖息地模... 详细信息

水生生物栖息地模拟模型是用来描述某一环境对某一特定物种或群落栖息的适宜程度,通过结合物理生境因子时空分布模拟模型和栖息地适宜度评价指标体系,对主要影响特定物种或种群生存、繁殖的栖息环境进行综合影响评价.本文基于栖息地模型发展的历史,总结了水生生物栖息地模型的架构及构建步骤,系统梳理了国内外具有代表性的水生生物栖息地模拟方法及应用情况,并详细阐述了应用较多的几种生境适宜度评价方法,综合分析了栖息地模拟模型的优点和不足,并提出了水生生物栖息地模型未来的发展趋势.

关键词：栖息地模拟适宜度评价指标指示物种生境因子水环境模型

东太平洋不同海域环境因子对茎柔鱼分布的影响差异分析

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上海海洋大学学报 2024年第3期33卷 741-754页

作者：崔佳楠金鹏超余为陈新军上海海洋大学海洋生物资源与管理学院上海201306 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室上海201306 农业农村部大洋渔业开发重点实验室上海201306 农业农村部大洋渔业资源环境科学观测实验站上海201306

为探究东南太平洋不同海域环境因子对茎柔鱼栖息地分布的影响差异,利用东太平洋2016—2018年赤道海域、秘鲁外海与2015—2017年智利外海3个海域茎柔鱼渔业生产数据,选取海表面温度(Sea surface temperature,SST)、涡旋动能(Eddy kinetic... 详细信息

为探究东南太平洋不同海域环境因子对茎柔鱼栖息地分布的影响差异,利用东太平洋2016—2018年赤道海域、秘鲁外海与2015—2017年智利外海3个海域茎柔鱼渔业生产数据,选取海表面温度(Sea surface temperature,SST)、涡旋动能(Eddy kinetic energy,EKE)、海表面盐度(Sea surface salinity,SSS)、海表面高度(Sea surface height,SSH)、叶绿素a质量浓度(Chlorophyll-a,Chl.a)、混合层深度(Mixed layer depth,MLD)、溶解氧质量浓度(Dissolved oxygen,DO)等7个海洋环境因子,建立最大熵模型以探究不同海域夏、秋两个季节内茎柔鱼适栖息地分布情况以及探究环境因子对其影响的差异。结果显示,各海域不同季节最大熵模型的受试者工作特征曲线下面积(Area under the curve,AUC)均大于0.8,实际捕捞位置与模型拟合的适宜栖息地范围重合。3个海域适宜栖息地的变化情况如下:赤道夏季最适栖息地主要分布在110°W~120°W、1°N~3°S海域;秋季,茎柔鱼最适栖息地主要分布在97°W~117°W、1.5°N~1.5°S海域,栖息地分布向东延伸。秘鲁外海夏季最适栖息地主要分布在75°W~86°W、15°S~20°S海域;秋季,茎柔鱼最适栖息地主要分布在75°W~84°W、15°S~20°S海域,夏季到秋季最适宜栖息地整体向东南方向移动。智利外海夏季茎柔鱼最适栖息地主要分布在73°W~85°W、20°S~30°S海域;秋季最适栖息地主要分布在75°W~85°W、20°S~28°S海域,夏季到秋季适宜栖息地整体向东北缩减。最大熵贡献率结果显示,影响赤道、秘鲁和智利外海茎柔鱼分布的重要环境因子分别为SSH、Chl.a、SSS、SST;SSH、MLD、DO、SST和SSH、SST、Chl.a、MLD。研究表明,不同海域影响茎柔鱼分布的环境因子具有显著的地域差异。

关键词：东太平洋茎柔鱼栖息地模拟最大熵模型环境影响

未来情景羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素

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生态学报 2024年第8期44卷 3317-3328页

作者：魏子谦徐增让乔添邹秀萍靳茗茗多布拉中国建筑科学研究院有限公司北京100013 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院科技战略咨询研究院北京100190 北京航天世景信息技术有限公司北京100081 西藏拉萨市当雄县农业农村局兽医站拉萨851500

近30年来,羌塘高原野牦牛(Bos mutus)种群数量虽缓慢恢复,但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种。由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性,野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏。把野外调查与最大熵(Maxent)、土地利用模拟模型(FLUS)... 详细信息

近30年来,羌塘高原野牦牛(Bos mutus)种群数量虽缓慢恢复,但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种。由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性,野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏。把野外调查与最大熵(Maxent)、土地利用模拟模型(FLUS)、InVEST三种模型相结合,系统分析羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素,并通过未来气候、未来土地覆被和未来食物情景构建2050年不同温室气体排放浓度(RCPs)情景下羌塘高原生境状况,预测栖息地变化状况,以期为青藏高原生物多样性维护提供数据支撑。结果发现:2020年前后野牦牛栖息地总面积为25.1万km^(2),集中分布在那曲市北部,阿里地区分布零散。栖息地以草原和荒漠为主,部分位于冰川区,野牦牛对气候条件反应敏感,偏好生活在暖季降雨量约在200mm,冷季降雨量约10mm,年最低温度-30℃的区域,坡度耐受性高。约92%的野牦牛栖息地位于羌塘国家自然保护区内,仅有南部约1.2万km^(2)栖息地与人类活动交叠明显。2050年前后羌塘高原暖湿化明显,草原面积增加,野牦牛栖息地将向西北部无人区扩张,目前栖息地分布较零散的阿里地区也将出现大面积高质量栖息地,三种RCPs情境下栖息地面积分别为28.2万km^(2)(RCP2.6)、28.4万km^(2)(RCP4.5)和28.0万km^(2)(RCP8.5),新增栖息地以极重要栖息地为主,边界与羌塘自然保护区范围更加吻合,自然保护地体系建设将有力支撑野牦牛的保护。

关键词：野牦牛青藏高原气候变化栖息地模拟人为干扰羌塘自然保护区

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鱼类栖息地模拟的比较研究—以东海鲐鱼为例

水产科学 2009年第12期28卷 726-732页

作者：倪一卓程和琴江红韩震刘瑜傅文王远飞华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062 上海海洋大学海洋科学学院上海200090 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200062

利用东海海域1997年10月、1998年3月、1999年7月和2000年1月鲐鱼渔获率及表层温度、盐度和初级生产力等环境因子数据,构建东海鲐鱼资源空间分布与环境因子间的一般线性模型(GLM)和广义加性模型(GAM),并将GLM和GAM模拟值的均值分别与实... 详细信息

利用东海海域1997年10月、1998年3月、1999年7月和2000年1月鲐鱼渔获率及表层温度、盐度和初级生产力等环境因子数据,构建东海鲐鱼资源空间分布与环境因子间的一般线性模型(GLM)和广义加性模型(GAM),并将GLM和GAM模拟值的均值分别与实测值进行独立样本t检验及其误差分析。分析结果表明,GLM与GAM模型的独立样本t检验P值均大于0.05,因此两者都可模拟东海鲐鱼栖息地的空间分布。其中,GLM模型对鲐鱼渔获率空间分布趋势的模拟更为准确;而GAM模拟值对鲐鱼栖息地环境因子的变化比较敏感,能够解释更多空间数据的变化,因而GAM在分析鱼类栖息地与环境因子间关联程度或资源评估方面具有优势。

关键词：鲐鱼栖息地模拟资源评估 GIS 东海

未来情景下羌塘高原野牦牛栖息地分布及影响因素分析

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生态学报 2024年

作者：魏子谦徐增让乔添邹秀萍靳茗茗多布拉中国科学院大学北京航天世景信息技术有限公司西藏拉萨市当雄县农业农村局兽医站中国科学院科技战略咨询研究院中国科学院地理科学与资源研究所中国建筑科学研究院有限公司

近30年来，羌塘高原野牦牛(Bos mutus)种群数量虽缓慢恢复，但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种。由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性，野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏。本研究把野外调查与Maxent、Geo-FLUS、InVEST三种... 详细信息

近30年来，羌塘高原野牦牛(Bos mutus)种群数量虽缓慢恢复，但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种。由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性，野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏。本研究把野外调查与Maxent、Geo-FLUS、InVEST三种模型相结合，系统分析羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素，并通过未来气候、未来土地覆被和未来食物情景构建2050年不同温室气体排放浓度(RCPs)情景下羌塘高原生境状况，预测栖息地变化状况，以期为青藏高原生物多样性维护提供数据支撑。结果发现：2020年前后野牦牛栖息地总面积为25.1万km2，集中分布在那曲市北部，阿里地区分布零散。栖息地以草原和荒漠为主，部分位于冰川区，野牦牛对气候条件反应敏感，偏好生活在暖季降雨量约在200mm，冷季降雨量约10mm，年最低温度-30℃的区域，坡度耐受性高。约92%的野牦牛栖息地位于羌塘国家自然保护区内，仅有南部约1.2万km2栖息地与人类活动交叠明显。2050年前后羌塘高原暖湿化明显，草原面积增加，野牦牛栖息地将向西北部无人区扩张，目前栖息地分布较零散的阿里地区也将出现大面积高质量栖息地，三种RCPs情境下栖息地面积分别为28.2万km2(RCP2.6)、28.4万km2(RCP4.5)和28.0万km2(RCP8.5)，新增栖息地以极重要栖息地为主，边界与羌塘自然保护区范围更加吻合，自然保护地体系建设将有力支撑野牦牛的保护。

关键词：野牦牛青藏高原气候变化栖息地模拟人为干扰羌塘自然保护区

气候变化背景下珍稀动物适宜栖息地模拟与预测——以白颈长尾雉为例

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气候变化背景下珍稀动物适宜栖息地模拟与预测——以白颈长尾雉为...

作者：吴醇浙江大学

学位级别：硕士

全球生物正面临来自气候变化的威胁,许多物种不得不通过改变栖息地点来适应全球变暖和降水格局差异。白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti)作为我国特有的具有重要生态意义的珍稀鸟类仅剩万余只,探究其适宜栖息地分布范围及未来的变化趋势,... 详细信息

全球生物正面临来自气候变化的威胁,许多物种不得不通过改变栖息地点来适应全球变暖和降水格局差异。白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti)作为我国特有的具有重要生态意义的珍稀鸟类仅剩万余只,探究其适宜栖息地分布范围及未来的变化趋势,评估气候变化的影响方向及影响程度,并探索制定具有针对性的保护策略以帮助其适应气候变化,对生物多样性保护具有重要的研究意义。本文收集并筛选了292个白颈长尾雉分布点位,结合气候、地形、植被、水源、人类干扰等多源环境数据集,利用MaxEnt模型和GIS空间分析方法,构建了白颈长尾雉与地理环境之间的定量响应关系,从而模拟白颈长尾雉在我国南方十省区的适宜栖息地;同时,利用多模式集合(BC、MC、MP三种气候模式)方法预测2050年、2070年不同温室气体排放浓度情景(Rcp2.6、Rcp4.5、Rcp8.5)下的白颈长尾雉适宜栖息地,并分析其空间分布、时空转换特征及气候变化影响。主要研究结论如下:(1)模拟结果显示,白颈长尾雉适宜在冬季温和、夏季凉爽、降水充沛、海拔较低、距水源近、受人类干扰小的森林、灌丛和草地中栖息;当前适宜栖息地面积为271238 km,占研究区总面积的16.62%,呈“三纵一横一片”分布于各省边界山区;其中,高适生区面积为57317 km,占适宜栖息地面积的21.13%,主要分布于浙赣皖交界处、武夷山脉、幕连九山脉、罗霄山脉和南岭;较适生区面积为213921 km,占适宜栖息地面积的78.87%,大多包围在高适生区周围形成缓冲区。(2)多模式集合的预测结果显示,2070年白颈长尾雉适宜栖息地面积将缩小为研究区面积的10.67%,高适生区占适宜栖息地面积的比例将缩小为6.29%;适宜栖息地与高适生区的破碎化程度均上升,聚集度和连通度均下降;适宜栖息地质心将由江西新余向东北方向的宜春迁移;22.88%的当前适宜栖息地未来不易受气候变化威胁,14.11%的当前适宜栖息地未来极易受气候变化影响。(3)不同气候模式和情景对比结果显示,BC、MC、MP三种气候模式均能预测白颈长尾雉未来适宜栖息地,但预测结果存在一定差异,在单模式预测中MP模式最适用于中国南方雉类适生区预测。Rcp2.6、Rcp4.5、Rcp8.5三种情景下白颈长尾雉适宜栖息地面积变化趋势一致,但变化幅度各不相同,其中Rcp4.5情景下白颈长尾雉所受胁迫较小,Rcp8.5情景下胁迫最大。

关键词：栖息地模拟 MaxEnt模型气候变化白颈长尾雉

面向河流生态完整性的黄河下游生态需水过程研究

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水利学报 2020年第3期51卷 367-377页

作者：尚文绣彭少明王煜郑小康武见刘柏君黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 黄河勘测规划设计研究院有限公司博士后科研工作站河南郑州450003

提供适宜的生态流量对维护河流健康和支撑人类社会发展具有重要意义。尽管栖息地模拟法物理机制清晰、应用广泛,但对生物群落考虑不足、生命节律信号缺失等问题长期存在。以维护河流土著生物群落完整性为目标,本文将天然水文情势作为参... 详细信息

提供适宜的生态流量对维护河流健康和支撑人类社会发展具有重要意义。尽管栖息地模拟法物理机制清晰、应用广泛,但对生物群落考虑不足、生命节律信号缺失等问题长期存在。以维护河流土著生物群落完整性为目标,本文将天然水文情势作为参照系统,结合栖息地模拟与水文参照系统特征值,建立了一种面向河流生态完整性的生态需水过程评估方法,兼顾指示物种生存繁衍和土著生物群落基本生存。黄河下游利津断面评估结果显示:利津断面年最小生态需水量119亿m^3,适宜生态需水量130~137亿m^3,涨水期需提供1~2次持续时间不低于7 d、流量不低于1220 m^3/s的高流量脉冲。对比历史实测流量过程与本文生态需水成果,发现利津断面水量充足,但流量过程不满足生态需求。黄河需加强水库群调度,协调径流年际和年内分布,塑造适宜的生态流量过程,并适时塑造高流量脉冲。

关键词：生态完整性生态需水过程栖息地模拟生态习性水文参照系统

鄱阳湖枯季水位变化对越冬水鸟生境面积的定量影响

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水利学报 2019年第12期50卷 1502-1509页

作者：陈炼钢陈黎明贾建伟徐祎凡栾震宇施勇南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 长江水利委员会水文局湖北武汉430010

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息... 详细信息

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息地数值模拟模型;以水深作为关键生境因子,对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在生境面积变化进行了连续模拟;以越冬水鸟数量峰值期(12月和1月)为关键时段,建立了越冬水鸟潜在适宜生境面积和浅水区(≤60 cm)面积变化与水位的三段式定量响应函数,提出了星子站水位11.70 m左右时越冬水鸟潜在生境面积将达到最大。三峡水库运用后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在适宜生境及浅水区面积均保持总体稳定,其均值相比运用前仅略增加1.02%和1.97%;扰动幅度明显减小,序列标准差在三峡水库运用后减小近50%。针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,分析了不同水位调控方案下枯季越冬水鸟潜在生境面积的变化,结果显示补偿调节期特别是越冬候鸟数量峰值期内鄱阳湖水位不宜超过12.5 m,11~12 m之间对越冬水鸟保护影响最小,其潜在生境面积相比最大值偏小幅度可控制在10%以内。成果明晰了枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖枯季生态水位保障提供了量化依据。

关键词：湿地水位调控生境适宜度栖息地模拟