馮穎璇，李懷恩，成 波，賈斌凱，周 翔

(西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048)

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口不斷增加，人類對(duì)水資源的不合理開發(fā)與利用已經(jīng)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)健康造成了嚴(yán)重威脅[1-2]。生活、生產(chǎn)用水大量擠占生態(tài)用水[3]，導(dǎo)致生態(tài)用水嚴(yán)重不足，從而產(chǎn)生了一系列水生態(tài)問題，主要表現(xiàn)為水質(zhì)惡化，水資源總量急劇減小、水生生物資源量銳減等多方面。為了維持河流的生態(tài)系統(tǒng)基本功能，保護(hù)水生生物的棲息地環(huán)境，迫切需要開展生態(tài)流量的相關(guān)研究。

近年來，將近50個(gè)國家開展了生態(tài)流量的研究，提出了200多種研究方法，主要分為水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地法和整體法四大類[4-7]。水文學(xué)法是利用簡單的水文指標(biāo)以歷史流量為基礎(chǔ)確定河流生態(tài)流量，水力學(xué)法通過建立流量與水力學(xué)之間的關(guān)系計(jì)算生態(tài)流量，棲息地法以建立棲息地環(huán)境因素、水力學(xué)條件和河道流量的關(guān)系確定生態(tài)流量，整體法從生態(tài)系統(tǒng)整理出發(fā)，建立完善的河流生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從而最大程度地保障生態(tài)流量[8-10]。由于水文學(xué)法、水力學(xué)法未直接考慮生物目標(biāo)需求[11-12]，整體法又需耗費(fèi)大量的時(shí)間與資金，故而棲息地法在近年來成為計(jì)算生態(tài)流量的熱門方法。棲息地法是根據(jù)目標(biāo)物種所需的水力條件確定生態(tài)流量[13]，為水生生物提供一個(gè)適宜生存的棲息地環(huán)境，因其可定量化定義物種的生境要求，同時(shí)也綜合考慮了生物的需求，故此目前被認(rèn)為是最可信的計(jì)算方法之一。代表性方法為河道內(nèi)流量增加法(Instream Flow Incremental Methodology,IFIM)，其中PHABSIM(Physical Habitat Simulation System)模型是IFIM法中最典型的模型[14-16]，本文基于PHABSIM模型對(duì)改進(jìn)IFIM法進(jìn)行研究。

由于不同區(qū)域地形、氣候等要素不同，導(dǎo)致模型的適用性、參數(shù)的確定等存有較大差異。本文旨在通過總結(jié)各學(xué)者建立水力學(xué)模型與物理?xiàng)⒌啬Ｐ偷鸟詈夏Ｐ?，歸納研究生態(tài)流量的新方法—改進(jìn)IFIM法，探索水生生物維持正常生命活動(dòng)所需的生態(tài)流量，闡述與物理?xiàng)⒌啬Ｐ婉詈系牟煌W(xué)模型的適用范圍，綜合分析不同水力學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，并根據(jù)改進(jìn)IFIM法的存在問題提出改進(jìn)IFIM法的發(fā)展方向，為更好的構(gòu)建系統(tǒng)理論提供依據(jù)。

1 傳統(tǒng)的IFIM法

棲息地法在長江流域應(yīng)用較多，其原理為以保護(hù)目標(biāo)物種的棲息地為核心。計(jì)算流速、水溫、水深等不同生境因子的適宜度指數(shù)并繪制流量與棲息地面積的關(guān)系曲線，從而確定生態(tài)流量[17-18]。為了保護(hù)魚類棲息地及種群結(jié)構(gòu)美國漁業(yè)及野生動(dòng)物署于1974年研發(fā)了IFIM法[19]，其利用水力學(xué)模型預(yù)測(cè)水深流速等參數(shù)，結(jié)合生境適宜度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算目標(biāo)物種的棲息地面積，建立流量與棲息地面積之間的關(guān)系最終求得生態(tài)流量。本文按照以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述(圖1)。

圖1 改進(jìn)IFIM法框架

1.1 PHABSIM模型

PHABSIM模型主要包括水力學(xué)模型與棲息地模型兩大部分[20]，其中水力學(xué)模型由IFG4、MANSQ、WAP、STGQ和HEC-2組成，棲息地模型由HABTAT、HABVQE、HABTAV、HABTAM和HABVD組成。PHABSIM需綜合考慮與魚類適宜生境密切相關(guān)的生境因子(流速、水深、基質(zhì)及水溫等)，并將目標(biāo)魚種的生長周期分為產(chǎn)卵期、育幼期、成年期從而進(jìn)行不同時(shí)段的生態(tài)流量計(jì)算，PHABSIM模型原理見圖2。

圖2 PHABSIM原理

1.1.1目標(biāo)物種的適宜度曲線

選擇合適的對(duì)象物種，并繪制該目標(biāo)物種對(duì)流速、水深、底質(zhì)等生境因子的適宜性曲線是使用PHABSIM模型推求生態(tài)流量的關(guān)鍵。目前，棲息地法大多選擇魚類作為目標(biāo)物種進(jìn)行計(jì)算。其主要原因?yàn)椋呼~類處于水體食物鏈最頂端，生命周期較長，活動(dòng)能力較強(qiáng)，可以較好地反映長時(shí)間序列及大尺度范圍內(nèi)的環(huán)境變化特征[21-22]。

目標(biāo)物種目前還沒有統(tǒng)一的確定方法及標(biāo)準(zhǔn)，通常有如下方法：①通常通過實(shí)地調(diào)研或查閱文獻(xiàn)等形式選定珍稀魚類或主要經(jīng)濟(jì)魚類作為推求生態(tài)流量的目標(biāo)物種;②根據(jù)優(yōu)勢(shì)度或食物鏈結(jié)構(gòu)，篩選出水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵種群，再與國家、地區(qū)珍稀或?yàn)l危物種相耦合，其中優(yōu)先保護(hù)的物種就是目標(biāo)物種;③從產(chǎn)卵或攝食環(huán)境等要素篩選目標(biāo)魚種，運(yùn)用層次分析法構(gòu)建判斷矩陣，計(jì)算不同魚種的排序權(quán)值，以定量化確定研究區(qū)域的代表性魚種。

詳細(xì)調(diào)查目標(biāo)魚種的生境特征，將棲息地適宜性指標(biāo)與魚種生境因子關(guān)聯(lián)，一般對(duì)單個(gè)因子賦予適宜的權(quán)重，以計(jì)算棲息地適宜度指數(shù)HSI[23]。一般采用加權(quán)平均法計(jì)算棲息地適宜性指數(shù)HSI，從而定量計(jì)算出目標(biāo)魚種棲息地的適宜性程度，見式(1)：

HSI=k1×f(1)+k2×f(2)+…+kn×f(n)

(1)

式中ki——第i個(gè)因子的權(quán)重，權(quán)重加和為1;f(i)——第i個(gè)生境因子的適宜度，取值范圍一般為0～1。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)繪制目標(biāo)魚種的生境適宜曲線。

1.1.2水力學(xué)模型

水力學(xué)模型主要用于水位模擬和流速模擬[24]，其主要功能在于計(jì)算不同流量的水位及橫斷面各分區(qū)的流速分布，是后續(xù)棲息地模型計(jì)算可利用棲息地面積的基礎(chǔ)，故而水力學(xué)模型的精度對(duì)棲息地模型的結(jié)果具有較大的影響。

要確保水力模擬的準(zhǔn)確性，需選擇魚種對(duì)流量較為敏感的地區(qū)，依據(jù)魚種中生境類型設(shè)置斷面[25]。將河道斷面按一定步長進(jìn)行分割，目標(biāo)斷面的合理性影響了生態(tài)流量的最終計(jì)算結(jié)果，需保證每個(gè)單元中包括河道形態(tài)變化明顯的區(qū)域，在選取的橫斷面中，測(cè)定每個(gè)單元平均垂直流速、水深、基質(zhì)、覆蓋物和河底高程以及每個(gè)斷面的水質(zhì)與水溫，將測(cè)得的參數(shù)代入公式最終推估出水深、流速以進(jìn)行下一步計(jì)算，具體公式見表1。

表1 PHABSIM模型[24]計(jì)算公式

1.1.3棲息地模型

棲息地模型是借助水力學(xué)模型構(gòu)建的不同流量下的不同斷面的生境特征(流速、水深等)，結(jié)合適宜性曲線找出橫斷面各分區(qū)的棲息地適宜度指數(shù)，與研究斷面的水域面積相乘即可計(jì)算出目標(biāo)魚種的有效棲息地面積WUA。利用WUA計(jì)算公式(表1)可在不同流量下計(jì)算出目標(biāo)魚種在不同生長階段的使用面積，同時(shí)也可確定魚類棲息地面積與流量的關(guān)系，從而反映河流的健康狀況。原則上以棲息地面積最大值對(duì)應(yīng)的流量為河道內(nèi)目標(biāo)魚種的生態(tài)流量，但此時(shí)求得的流量值過大導(dǎo)致實(shí)際性和可操作性較差，故而一般選取流量-WUA曲線上首個(gè)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為生態(tài)流量，該點(diǎn)即為棲息地環(huán)境發(fā)生顯著惡化的流量值。

1.2 IFIM法的特點(diǎn)

IFIM法可以模擬流量變化棲息地的影響并產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的水文和棲息地時(shí)間序列數(shù)據(jù)，從而研究不同流量下對(duì)目標(biāo)物種對(duì)生命活動(dòng)的影響，而不是像其他方法僅僅給出一個(gè)最小的生態(tài)流量或區(qū)間值，相比之下更有說服力。同時(shí)它可與水資源規(guī)劃過程相結(jié)合[26]，在水資源配置框架中直接應(yīng)用，為研究人員提供了不同魚種在不同生命階段時(shí)流量與棲息地的關(guān)系，方便研究人員綜合各種需水信息，直觀展示河道流量變化對(duì)于魚類棲息地的影響并做出一個(gè)相對(duì)平衡的決策。

IFIM法的棲息地模型不僅在美國，在法國、日本和德國等多個(gè)國家也得到了不同程度的應(yīng)用。但是IFIM法也存在著一些不足之處，例如天然河道并不滿足PHABSIM模型的諸多限制，導(dǎo)致確定的生態(tài)流量與實(shí)際結(jié)果存在偏差，計(jì)算結(jié)果精確度有待考證，具有局限性、普適度低等缺陷。

2 改進(jìn)的IFIM法

現(xiàn)階段，許多學(xué)者將其他水力模型與棲息地模型相結(jié)合，不僅使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，拓展了生態(tài)需水的指標(biāo)范疇，同時(shí)也為生態(tài)需水的求解提供了一種新的計(jì)算方法。本文總結(jié)了傳統(tǒng)IFIM法與HEC-RAS、MIKE、Delft3D 3種水力學(xué)模型相耦合的改進(jìn)IFIM法，并對(duì)比這3種模型的優(yōu)缺點(diǎn)(表2)。

2.1 HEC-RAS模型

HEC-RAS是主要用于天然或人造河網(wǎng)的水力學(xué)計(jì)算模型，可支持模擬河道一維恒定流、非恒定流、泥沙輸移模型、水質(zhì)模型等[27-28]，通常被應(yīng)用于穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)河道水面的一維水力計(jì)算。通過河道地形數(shù)據(jù)、糙率等資料，采用HEC-RAS構(gòu)建一維水力學(xué)模型，借助HEC-RAS模型的水面線計(jì)算，得到不同流量下各個(gè)斷面所對(duì)應(yīng)的水深、流速和過水?dāng)嗝婷娣e，以便進(jìn)行生境可利用面積WUA的計(jì)算，待得到流量與生境可利用面積關(guān)系曲線后，曲線的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量就是生態(tài)流量。

侯昕玥等[29]基于河道內(nèi)流量增加法(IFIM)原理，借助HEC-RAS水力學(xué)模型對(duì)渭河寶雞段進(jìn)行水力模擬，選取麥穗魚為目標(biāo)物種并考慮流速和水深2個(gè)生境因子，最終求得生態(tài)流量值。黃亮等[30]基于IFIM法原理，選擇HEC-RAS作為平臺(tái)對(duì)紅水河來賓段進(jìn)行水力模型建模，以斷面數(shù)量代替棲息地面積來評(píng)價(jià)適宜生態(tài)流量，該研究拓展了生態(tài)需水指標(biāo)范疇，更適應(yīng)水資源管理的需求，同時(shí)對(duì)于缺乏精細(xì)地形數(shù)據(jù)的生態(tài)需水計(jì)算有借鑒意義。張文鴿[31]提出了基于HEC-RAS和PHABSIM的生態(tài)流量計(jì)算方法，在水流條件上應(yīng)用HEC-RAS模型計(jì)算水位值及水力坡度，生態(tài)分析上應(yīng)用PHABSIM模型，將2個(gè)模型的優(yōu)點(diǎn)予以整合，從而求得的河道生態(tài)流量更為合理與精確。

HEC-RAS模型可對(duì)單一河段、干支流交匯或環(huán)狀河網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬并自動(dòng)生成河道橫斷面圖、流量及水位過程曲線等各種圖表，操作簡便，避免了復(fù)雜的數(shù)值模擬計(jì)算，模型參數(shù)和邊界條件便于選擇和修改，顯著提高了河流水動(dòng)力模擬的適用性。但HEC-RAS軟件只能模擬一維河流系統(tǒng)，在模擬非穩(wěn)態(tài)河流時(shí)其準(zhǔn)確性略顯不足，模型建立的好壞對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確度有很大影響，斷面數(shù)據(jù)資料要求也比較高，需謹(jǐn)慎選擇合適的水力參數(shù)。

2.2 MIKE模型

MIKE軟件是DHI多為專家共同研發(fā)應(yīng)用與水相關(guān)的工程實(shí)際問題相關(guān)問題模擬軟件[32]，包括MIKE11[32-34]、MIKE21[35]、MIKE3[36]等。其中，MIKE11[32-34]是一維水力模擬軟件，以圣維南(Saint-Venant)方程組為理論基礎(chǔ)，是國內(nèi)外通用的一款強(qiáng)大的河流水動(dòng)力和環(huán)境模擬軟件;MIKE21模型是二維水模擬軟件，HD模塊為環(huán)境模擬和泥沙傳輸提供了水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[35]，是該模型的核心;MIKE3模型是由水力學(xué)模型、紊流模型和泥沙輸移模型3個(gè)模塊組成的三維水流模型，主要用于自由水面的水動(dòng)力計(jì)算[36]。改進(jìn)的IFIM法運(yùn)用MIKE模型模擬出不同流量下的水深、流量分布，再利用PHABSIM模型繪制出流量-WUA曲線，通過轉(zhuǎn)折點(diǎn)確定生態(tài)流量。

潘明祥[37]運(yùn)用MIKE11水力學(xué)模型建立了三峽水庫下游的一維水動(dòng)力學(xué)模型反映出了該河段的地形特點(diǎn)，而后運(yùn)用PHABSIM模型模擬了三峽水庫河道魚類的棲息地環(huán)境，根據(jù)模擬的流量-WUA曲線得出最佳生態(tài)流量。劉國民等[38]運(yùn)用MIKE21二維水力學(xué)模型模擬了新安江壩下江段24個(gè)流量條件下的水深、流速分布，并利用PHABSIM模型做出流量-WUA關(guān)系曲線，得出適宜生態(tài)流量。侯昕玥等[39]基于IFIM原理，利用MIKE21FM、River2D、PHABSIM等軟件建立水動(dòng)力模型，模擬不同來水情況下河道內(nèi)水深、流速、水溫等生境因子，基于流量-WUA曲線確定不同模擬結(jié)果下的生態(tài)流量。汪青遼等[40]利用MIKE21建立河段的平面二維淺水水動(dòng)力學(xué)模型，得到不同流量下的河道流場(chǎng)分布，模擬出的流量與水位相對(duì)誤差在0.01%之內(nèi)，可靠度較高。

部分學(xué)者利用MIKE11、MIKE21等水力模型與棲息地模型相耦合，利用水力學(xué)模型更加精確地確認(rèn)了河流的水深流速等生境因子，從而更好地計(jì)算出生態(tài)流量值，其最大的缺點(diǎn)是MIKE是一個(gè)商業(yè)性的水力學(xué)軟件包，價(jià)格昂貴，由于經(jīng)費(fèi)的限制，一般的科研問題使用率較低。

2.3 Delft3D模型

Delft3D[41]是由荷蘭Delft大學(xué)開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的軟件包，主要應(yīng)用于自由地表水環(huán)境，可模擬二維和三維的水流、波浪、水質(zhì)、生態(tài)、泥沙輸移及床底地貌，以及各個(gè)過程之間的相互作用[42]。它是以FLOW水動(dòng)力模塊為主體，建立在Navier-Stokes方程的基礎(chǔ)上，通過建立適合邊界的直線網(wǎng)格或者曲線網(wǎng)格來計(jì)算非穩(wěn)定流[43]。利用Delft3D水動(dòng)力模型，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行水力學(xué)模擬，結(jié)合流速、水深等生境因子得到流量-WUA關(guān)系曲線，根據(jù)曲線確定研究區(qū)域的最小生態(tài)流量與適宜生態(tài)流量。

Delft3D模型不僅能夠能滿足模擬大量的水動(dòng)力要素研究的要求，而且還可以高精度模擬河流、湖泊等多種穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)水體的水動(dòng)力過程，在網(wǎng)格處理、編輯及生成方面也有很大優(yōu)勢(shì)[44]，與其他模型軟件相比，該模型具有方便快捷，實(shí)操性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。如李健等[45]利用Delft3D軟件組建水力學(xué)模型，模擬了長江中游流速和水深分布，計(jì)算四大家魚產(chǎn)卵期棲息地面積并繪制流量-WUA曲線，從而得到四大家魚產(chǎn)卵期的最小生態(tài)流量。Delft3D軟件不但可作為水動(dòng)力模擬工具，并且在河床地形數(shù)據(jù)充足的情況下，還可以更準(zhǔn)確描述微棲息地的構(gòu)造。

Delft3D在水力計(jì)算中應(yīng)用非常廣泛，極大程度的提高了水力科技工作的效率，同時(shí)為我國水動(dòng)力模擬提供了一個(gè)好的計(jì)算平臺(tái)。但Delft3D水動(dòng)力模擬比較適用于一些形狀規(guī)則的淺水湖泊，可調(diào)試參數(shù)相對(duì)較少[46]，在一些注重編程的科研領(lǐng)域應(yīng)用較為困難，因此該模型在使用上也具有一定的局限性。

2.4 方法對(duì)比分析

HEC-RAS模型、MIKE系列模型及Delft3D模型在河道水力計(jì)算、河道水力分析、河道整治等方面均發(fā)揮著重要作用，根據(jù)所查文獻(xiàn)，本文歸納出上述3種模型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，見表2。

PHABSIM模型以一維水力學(xué)公式為基礎(chǔ)，只適合在斷面和水力糙率變化緩慢的穩(wěn)態(tài)水流進(jìn)行水力模擬，而與HEC-RAS、MIKE、Delft3D 3種水力學(xué)模型耦合形成的改進(jìn)IFIM法，實(shí)現(xiàn)了二維和三維流場(chǎng)的流速和水位模擬，可適用于非穩(wěn)態(tài)水流的水力模擬，拓寬了棲息地法的使用范圍。一維水力學(xué)模型使用離散的河流橫斷面進(jìn)行建模，而二維和三維使用連續(xù)水深描述河床地形分布，故一維水力學(xué)模型相較而二維與三維水力學(xué)模型的結(jié)果和精度更易受到橫斷面位置的影響。但改進(jìn)IFIM法仍有一定的局限性，如MIKE21水力學(xué)模型對(duì)原始資料和模型參數(shù)的要求較高，為保證模型的精確度和擬合度，需要大量的歷史實(shí)測(cè)資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但模型往往受限于資料的缺乏，只能在局部區(qū)域和單一河道及其影響區(qū)域展開。

表2 水力學(xué)模型優(yōu)缺點(diǎn)[46-49]

3 存在問題與展望

3.1 存在問題

改進(jìn)IFIM法在一定程度上拓寬了不同區(qū)域尺度上河流生態(tài)流量計(jì)算方法的適用范圍，并能提高棲息地法的可靠性。但改進(jìn)IFIM法仍存在以下幾個(gè)需要解決的問題。

a)改進(jìn)IFIM法難以確定生態(tài)流量的年內(nèi)變化過程。生態(tài)流量不是一個(gè)固定值，而是一個(gè)水文過程[50]，它對(duì)枯水期流量和汛期流量均有要求，應(yīng)根據(jù)流域內(nèi)水生生物的不同生命階段確定該階段所需要的流量。生態(tài)流量在時(shí)間上和空間上都應(yīng)具有連續(xù)性，但影響生態(tài)流量的因素有很多，河道外用水及河道內(nèi)用水方式等問題都使生態(tài)流量的確定變得復(fù)雜，尤其是下限值，同時(shí)不同等級(jí)的生物過程和棲息地環(huán)境都相互關(guān)聯(lián)，選用單個(gè)典型物種很難涵蓋完整的河流生態(tài)系統(tǒng)，使得計(jì)算結(jié)果不具有代表性。

b)改進(jìn)IFIM法在水力學(xué)參數(shù)的考慮有所欠缺。在使用改進(jìn)IFIM法時(shí)，需使用多個(gè)水力學(xué)參數(shù)(水深、流速、水溫、底質(zhì)、水質(zhì)等)描述物理?xiàng)⒌?，由于資料限制，研究人員利用模型進(jìn)行模擬研究時(shí)通常只考慮水深、流速等參數(shù)，而對(duì)水溫、水質(zhì)等其他參數(shù)進(jìn)行了忽略。但魚類是外溫動(dòng)物，水溫通過干擾魚類的代謝進(jìn)而影響魚類的生理機(jī)能[51]，尤其是北方河流水溫季節(jié)性差異較大，忽略水溫的影響使得選擇的參數(shù)不能充分的代表生境質(zhì)量，影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

c)改進(jìn)的IFIM法對(duì)河濱帶植物等生物的模擬有所缺乏。水生植物特別是沉水植物對(duì)草食性魚類的獵食和幼魚的庇護(hù)中扮演著重要的角色，忽略水生植物這類底質(zhì)因子對(duì)分析不同生長階段魚種棲息地產(chǎn)生的影響，且大多研究僅關(guān)注魚類棲息地而不是整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)，這樣也會(huì)降低生態(tài)流量估算的可靠性。

d)改進(jìn)的IFIM法側(cè)重于完善生物需水量過程的標(biāo)準(zhǔn)，大多忽略了不同氣候變化對(duì)流量調(diào)度的影響。隨著氣候的變化，水文過程也會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)人類的需求也會(huì)發(fā)生重要的變化。因此，在流域的生態(tài)流量中，特別是對(duì)于魚類保護(hù)的生態(tài)流量，有必要保持動(dòng)態(tài)平衡，以達(dá)到人類可接受和水生生物需求的生態(tài)點(diǎn)[52]。

3.2 展望

根據(jù)上述所總結(jié)改進(jìn)IFIM法的存在問題，為進(jìn)一步完善改進(jìn)IFIM法的應(yīng)用，增強(qiáng)其科學(xué)性，從目前棲息地法的發(fā)展趨勢(shì)來看，以下研究內(nèi)容是該模型未來的主要發(fā)展方向。

a)生態(tài)流量的計(jì)算方法未來更加傾向于棲息地法及整體法等研究方法，應(yīng)考慮綜合多種目標(biāo)物種，加強(qiáng)對(duì)河流水生物物種和徑流的響應(yīng)關(guān)系研究。隨著遙感、GIS、流域尺度的水文水質(zhì)模型等的發(fā)展，為了保障河流水生生物生境完整性，應(yīng)將水文-水質(zhì)-生態(tài)系列過程綜合考慮[49]。在研究非穩(wěn)態(tài)或帶潮汐的河流時(shí)，引用更先進(jìn)的三維水力學(xué)模型與棲息地建模方法計(jì)算不同對(duì)象和不同時(shí)間尺度等要求的生態(tài)流量是未來發(fā)展趨勢(shì)。

b)由于國內(nèi)PHABSIM模型使用時(shí)基于專家知識(shí)，沒有考慮生境變量之間的影響，具有較強(qiáng)的主觀性。為了解決棲息地上述缺陷，基于模糊邏輯的棲息地模型(如CASIMIR模型)應(yīng)運(yùn)而生，CASIMIR基于流量在時(shí)空上的變化估算河流中主要水生生物的峰值、均勻度，較適用于水生生物需水評(píng)估，它考慮了專家知識(shí)和不精確信息，生境因子的選擇比適宜性曲線更加靈活。在未來發(fā)展中，CASIMIR法有可能成為國內(nèi)計(jì)算生態(tài)流量的中熱門研究方法。

c)在棲息地模型中引入和魚類相互影響的植物參數(shù)，以便更好地分析魚類在其不同生命階段的棲息地變化情況[53]，從而提高使用棲息地法計(jì)算生態(tài)流量的準(zhǔn)確性。不同尺度河流、湖泊等應(yīng)采用更加先進(jìn)的魚類監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)不同特征(年齡、性別、尺寸等)的魚類及生態(tài)因素對(duì)魚類生存繁殖的影響，結(jié)合魚類生物量估算方法，建立魚類棲息地與生物量之間的響應(yīng)關(guān)系，定量化分析水生生物棲息地的變化給河流水生態(tài)帶來的影響是未來?xiàng)⒌啬M發(fā)展的方向。

d)在未來的發(fā)展中，研究不同氣候模式下以魚類為目標(biāo)物種的生態(tài)流量變化可能成為未來研究中的主要問題。隨著氣候的變化，人類活動(dòng)也會(huì)受到不同程度的影響，河流、湖泊等棲息地條件也相應(yīng)改變，從而對(duì)水生生物的生存和繁殖產(chǎn)生影響，如氣溫升高，蒸發(fā)量增大，農(nóng)業(yè)用水增加導(dǎo)致水生生物種群間的相互作用和競(jìng)爭關(guān)系發(fā)生改變等。為響應(yīng)國家糧食安全戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)的要求，需尋求人類需求和水生生物的可接受的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)，因此預(yù)測(cè)未來氣候變化下生態(tài)流量的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)可能是未來的研究趨勢(shì)。

4 結(jié)論

目前中國關(guān)于河流棲息地法的研究仍處于探索階段，生態(tài)流量研究還需進(jìn)一步完善。本文關(guān)注于使用改進(jìn)IFIM法，通過多種水力學(xué)模型與適宜的棲息地模型耦合最終確定符合區(qū)域生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)流量，拓寬了不同尺度河流生態(tài)流量計(jì)算方法的適用范圍，提高了棲息地法的準(zhǔn)確性，為水資源規(guī)劃與流域生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)，使調(diào)整后的生態(tài)流量更加符合實(shí)際情況。然而，棲息地法仍面臨諸多問題，目前還需加強(qiáng)生態(tài)流量在年內(nèi)變化、參數(shù)選取及受植物、氣候因素影響等方面的研究。