渠道改造和降水对小流域鱼类栖息地的影响：以台湾高寮溪为例

《Water》：Effects of Channel Modification and Precipitation on Fish Habitat in a Small Watershed: A Case Study of Gaoliao Creek in Taiwan

　　

亮点

河道改造改变了水流条件，使河流从深水、流速缓慢的状态转变为浅水、流速较快的状态。这降低了基于弗劳德数（Fr）的水生栖息地可用性，但由于底质组成的改善，基于HSI/CHSI的栖息地适宜性得到了提高。降雨事件对基于弗劳德数的水生栖息地可用性和基于HSI/CHSI的栖息地适宜性的影响比河道改造更为显著，这突显了小型流域对短时极端降水的高度敏感性，以及维持栖息地异质性在工程河流系统中平衡洪水输送和生态恢复力方面的重要性。

主要研究结果是什么？

• 河道改造使河流从深水、流速缓慢的状态转变为浅水、流速较快的状态。
• 尽管湿润面积增加，但基于弗劳德数的水生栖息地可用性降低了。
• 由于底质组成更有利于生物生存，基于HSI/CHSI的栖息地适宜性提高了。
• 降雨事件对栖息地动态的影响比河道改造更为显著。

这些主要研究结果意味着什么？

• 仅凭弗劳德数无法准确反映栖息地质量，需要结合底质信息。
• 河流工程需要在洪水输送和栖息地条件之间进行权衡。
• 小型流域对极端降水反应迅速，栖息地变化较大。
• 栖息地异质性对于工程河流中的生态恢复力至关重要。

摘要

本研究构建了一个新的框架，整合了无人机拍摄的正射影像、基于深度学习的底质分类、二维水力建模、弗劳德数（Fr）分析以及多物种栖息地适宜性评估方法，以评估河道改造和降雨对台湾东部高寮溪鱼类栖息地的影响。通过基于弗劳德数的水生栖息地可用性和栖息地适宜性指数（HSI）/综合栖息地适宜性指数（CHSI）来量化基流条件和降雨引发的高流量条件下的栖息地变化。河道改造将河流从深水、流速缓慢的环境转变为浅水、流速较快的环境。在基流条件下，符合水力标准的栖息地比例从81.6%下降到73.9%；而由于底质组成改善，基于CHSI的可用面积（PUA）比例从0.300增加到0.323。在降雨事件期间，栖息地的可用性和适宜性在流量峰值时显著下降，但随着流量减少而恢复。与改造前的河流相比，改造后的河流对短期水文波动更为敏感，但在选定的极端降雨事件中有效防止了河岸泛滥。这些发现强调了洪水控制效益与生态恢复力之间的权衡，并突出了在河流管理中维持栖息地异质性的重要性。由于分析基于单一台风引发的降雨事件且缺乏直接生物学验证，因此这些结果应被视为特定事件的预测，需要进一步验证。