将卫星数据整合到非多年生河流和溪流的中小尺度栖息地建模中

《Water Resources Research》：Integrating Satellite Data Into Meso-Scale Habitat Modeling for Non-Perennial Rivers and Streams

非持续性河流（NPRs）栖息地评估与水文动态关系研究，基于MesoHABSIM模型和2017-2023年卫星影像分析，揭示意大利桑戈内河不同水文条件下鱼类幼体及成体、浮游生物群落的栖息地响应差异，提出基于断流持续时间的生态流量管理策略。

　　

摘要

非多年生河流和溪流（NPRs）广泛存在，并且预计会变得更加普遍，但用于其特征描述和管理的有效工具仍然有限。本研究介绍了一种评估NPRs中水生栖息地可用性的新方法，该方法应用于意大利北部Sangone河的一段受调控的河段。利用MesoHABitat模拟模型（MesoHABSIM）的NPRs模块，我们评估了两种本地鱼类（Telestes muticellus和Padogobius bonelli）以及大型无脊椎动物群落（Flow-T指数）的栖息地动态，这些指标与流量以及自水流停止以来的时间有关。栖息地特征的分析基于2021年7月收集的高分辨率地理空间数据和现场数据。为了分析流量间歇性，我们对超过1700张多源卫星图像（监测期间：2017–2023年）进行了分类，将其分为流动、积水和非流动三种状态。这些信息结合当地的水文数据，使我们能够估算积水持续时间（中位数=8天），这是评估非流动阶段水生栖息地持续性的关键因素，并确定最干旱的时期（即2022年夏季），从而有针对性地进行栖息地分析。不同生态目标对栖息地可用性的需求各不相同：Telestes muticellus成年个体偏好较高的流量（>1 m3/s），在积水期间栖息地迅速丧失，因此对流量间歇性极为敏感；相比之下，Padogobius bonelli幼体更适应较低的流量（约0.15 m3/s），并且在流量中断后栖息地退化较为缓慢。对于大型无脊椎动物而言，适宜的栖息地随着流量的增加而增加，在积水条件下其持续性最高。本研究提供了一种有效的NPRs特征描述和水生栖息地分析方法，为制定生态流量策略以保护NPRs生态系统提供了依据。

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据可用性声明

基于卫星的水文分类结果（2017–2023年）及相关水文数据集（流量和地下水位时间序列）见表格S1。皮埃蒙特地区环境保护局记录的流量时间序列可在https://www.arpa.piemonte.it/rischi_naturali/snippets_arpa_graphs/map_meteoweb/?rete=stazione_idrologica公开获取。都灵大都会市记录的地下水位时间序列可在http://www.cittametropolitana.torino.it/cms/ambiente/risorse-idriche/progetti-ris-idriche/rete-monitoraggio/acque-sotterranee公开获取。Sentinel-2卫星图像可通过多个平台获取，包括Copernicus Data Space Browser：https://browser.dataspace.copernicus.eu/。用于生成图1和2的GIS数据、生成图5和6的代码、支持信息S1中的图S5和S6，以及使用SimStream-Web进行的水生栖息地评估的输入和输出文件及额外分析结果，均可在Zenodo仓库获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.15489770（Negro等人，2025）。用于水生栖息地评估的SimStream-Web工具（版本1.1.0）遵循GNU通用公共许可证v3.0发布。该工具托管在：https://mesohabsim.isprambiente.it/app/home/，由都灵理工大学（环境、土地与基础设施工程系—DIATI）开发。