巴西翁达斯河生态水文模型与渔业管理：PHABSIM模拟下的生态流量调控及生物多样性保护意义

本文推荐一项利用物理栖息地模拟模型（PHABSIM）针对巴西塞拉多生物群系翁达斯河流域的生态水文研究，通过分析加权可用面积（WUA）与不同保证率流量（Q50–Q95）的关系，提出动态月生态流量建议（31.72–51.94 m3·s?1），为协调水资源利用与水生生物栖息地保护提供科学依据，对热带地区流域管理具有重要实践意义。

　　

1 引言

人口增长与经济发展导致水资源开发强度日益增加，对水环境及水生生物造成多重影响。水文情势的改变被认为是导致水生生态系统生物多样性丧失和生态功能退化的主要因素之一。为协调水资源利用与生态保护间的矛盾，生态水文学作为新兴学科在1992年都柏林水与环境国际会议上被提出，强调需以新理念推动水资源可持续管理。

生态流量被定义为能够维持水体环境条件、保障水生生态系统健康与人类福祉的河流流量情势。在过去50年间，多种生态流量评估方法逐渐发展成熟，其中基于物理栖息地模拟的PHABSIM（Physical Habitat Simulation System）模型应用广泛，它通过建立流量与物理栖息地参数之间的关系，量化物种对不同水文条件的适应性。

2 材料与方法

2.1 研究区域

研究选取完全位于巴西塞拉多生物群系的翁达斯河流域，该流域面积约5559 km2，年均温度24°C，年降雨900–1700 mm，干湿季分明。研究河段位于下游巴雷拉斯市一段300 m长的嵌入式河道，便于进行生态水文建模与栖息地特征分析。

2.2 物理与水力特性分析

通过高精度GPS与全站仪进行地形与底质调查，使用ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量干、雨季水深、流速与流量数据。底质类型按温特沃斯粒级划分，并转换为河道指数（CI），用于后续栖息地适宜性分析。

2.3 水文与生态数据整合

利用附近水文站25年日流量数据，推求不同保证率下的月流量（Q₅₀、Q₆₀、Q₇₀、Q₈₀、Q₉₀、Q₉₅）。研究选取鲶科Hypostomus属（成体与幼体）及带纹狼牙脂鲤（Leporinus taeniatus，成体）作为生物指示种，依据单位努力捕获量（CPUE）变化超过25%的标准确定。

2.4 栖息地适宜性指数与PHABSIM建模

基于Bovee提出的方法，构建水深、流速与底质参数对目标物种的适宜性曲线（HSI），取值范围0（不适宜）至1（最适）。通过PHABSIM中的MANSQ、VELSIM和HABTAE模块分别进行水力与栖息地模拟，将水力参数与HSI整合生成加权可用面积（WUA），建立WUA–流量关系曲线，据此提出生态流量建议。

3 结果与讨论

3.1 水力与栖息地模拟

PHABSIM模拟显示三个断面流速模拟值分别为观测值的81.9%、88.4%与95.8%，断面2与3模拟效果较好，整体略低估流速，可能与河道异质性及模型局限有关。栖息地模拟结果表明：

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  Hypostomus幼体更偏好较高流量（如Q₅₀），而成体倾向较低流量条件（Q₉₀–Q₉₅）；

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  L. taeniatus（成体）在雨季高流量条件下WUA值较高，显示出对水深、流速与底质较强的适应性。

3.2 生态流量与政策对比

月生态流量在旱季（4–9月）为31.72–40.14 m3·s?1，雨季（10–3月）为33.23–51.94 m3·s?1，最高值出现在2月（51.94 m3·s?1），最低为7月（31.72 m3·s?1）。与巴西巴伊亚州现行法规（20% Q₉₀，合6.68 m3·s?1）及联邦标准（30% Q₉₅，合9.39 m3·s?1）相比，本研究提出的生态流量显著更高，更符合物种栖息需求。

当前采用的固定比例法未考虑水文情势变异性与生物过程季节性需求，可能导致关键期栖息地丧失。生态流量制度可促进水资源高效利用（如改进灌溉、工业回用），同时需通过建设水坝、修复植被等提升水源涵养能力。

4 结论

本研究通过PHABSIM模型量化了翁达斯河下游生物指示物种的栖息地需求，提出了基于生态水文动态的月尺度生态流量，为协调水资源开发与生物保护提供了科学依据。建议在流域管理中引入生态流量概念，推动多利益相关方参与，实现水资源可持续利用与生态系统保护的双重目标。

致谢

感谢CNPq、CAPES和FABESB等巴西科研资助机构对本研究的支持。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。