毛勁喬,戴會(huì)超

(河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京　210098)

重大水利水電工程對(duì)重要水生生物的影響與調(diào)控

毛勁喬,戴會(huì)超

(河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京210098)

摘要：針對(duì)我國多個(gè)流域所面臨的生物資源更替與衰退問題,闡明重大水利水電工程對(duì)河流重要水生生物的影響機(jī)理,總結(jié)流域水生態(tài)調(diào)控方法和關(guān)鍵技術(shù),以期為我國流域水生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)保護(hù)提供相關(guān)技術(shù)支撐。主要聚焦長(zhǎng)江等我國大型河流,評(píng)述了重大水電工程影響下四大家魚、中華鱘等重要水生生物的生存現(xiàn)狀與變化趨勢(shì);通過揭示重大水利水電工程建設(shè)與運(yùn)行對(duì)重要水生生物生境的多種脅迫效應(yīng),分析了重要水生生物自然繁殖的可調(diào)控性與實(shí)現(xiàn)途徑;進(jìn)而結(jié)合重大水利水電工程生態(tài)調(diào)控實(shí)踐,系統(tǒng)論述了促進(jìn)重要水生生物自然繁殖的水利工程優(yōu)化調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及其適用性。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;水生生物;四大家魚;中華鱘;生態(tài)效應(yīng);優(yōu)化調(diào)控

大型水利水電工程具有能源保障、水資源調(diào)配、防洪抗旱等巨大綜合效益,是經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展的基本保障。截至2014年我國水電裝機(jī)容量已突破3億 kW,形成了初具規(guī)模的世界級(jí)水電工程群。水利水電工程也會(huì)阻隔魚類洄游通道,改變上下游水文情勢(shì),脅迫河流生物棲息地生境,對(duì)重要水生生物的生存和繁殖造成直接影響。我國多個(gè)流域都出現(xiàn)了重要水生生物資源更替、衰退甚至絕跡的現(xiàn)象,長(zhǎng)江四大家魚和珍稀物種中華鱘是較有代表性的案例。

長(zhǎng)江流域內(nèi)支流眾多,通江湖泊水勢(shì)相連,為水生生物提供了優(yōu)越的生長(zhǎng)棲息環(huán)境,記載有魚類378種,特有魚類162種[1-2]。長(zhǎng)江系產(chǎn)漂流性卵魚類的主要棲息和繁殖場(chǎng)所,四大家魚(青、草、鰱、鳙)作為目前主要的淡水養(yǎng)殖和捕撈對(duì)象,具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。長(zhǎng)江水系野生四大家魚的種質(zhì)性狀明顯優(yōu)于其他水系,被認(rèn)為是寶貴的天然物種種質(zhì)資源庫。但在氣候變化、環(huán)境污染、過度捕撈、水利建設(shè)等多重因素的影響下,四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模呈現(xiàn)衰退趨勢(shì)。監(jiān)利縣是湖北省最大的淡水魚產(chǎn)地之一,監(jiān)利的四大家魚苗徑流量已從1981年5—6月的67億尾,下降到1997年同期的35.87億尾,直至2009年同期的0.42億尾[3-4]。又如,國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物中華鱘是我國特有的溯河洄游性底棲魚類,其傳統(tǒng)產(chǎn)卵場(chǎng)主要分布在金沙江下游新市至涪陵江段內(nèi)的10多個(gè)區(qū)域。由于20世紀(jì)80年代葛洲壩工程的修建,阻斷了中華鱘洄游線路,使之種群數(shù)量銳減,目前僅在葛洲壩下游壩下至古老背長(zhǎng)約30 km的江段游觀測(cè)到一處產(chǎn)卵場(chǎng)。三峽工程進(jìn)一步改變了壩下河段徑流量與流場(chǎng)時(shí)空分布特征,是否已對(duì)中華鱘自然繁殖產(chǎn)生了新的影響,目前還存有爭(zhēng)議[5-6]。

工程界與學(xué)術(shù)界不斷反思重大水電工程給河流水生生物帶來的不利影響,提出了生態(tài)調(diào)度、過魚設(shè)施、生境修復(fù)等多種調(diào)控措施[7-10]。但整體而言,相關(guān)生態(tài)調(diào)控技術(shù)尚處在探索試驗(yàn)階段,還需結(jié)合工程實(shí)踐持續(xù)深入研究,重點(diǎn)突破復(fù)雜條件下生境演變、生物繁殖生態(tài)需求、多目標(biāo)調(diào)控等議題。隨著生態(tài)文明建設(shè)理念融入我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全過程,在保證流域生態(tài)安全的基礎(chǔ)上實(shí)施長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)等重大戰(zhàn)略,已成為普遍共識(shí)。如何充分認(rèn)知重大水利水電工程對(duì)河流重要水生生物的影響,繼而形成科學(xué)可行的生態(tài)調(diào)控方法和技術(shù),在發(fā)揮水電工程效益的同時(shí)減輕其生態(tài)環(huán)境影響,這對(duì)當(dāng)前生態(tài)文明和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)具有重要意義。

1水利水電工程對(duì)重要水生生物的影響機(jī)理

1.1物理阻隔作用

河流是不同生態(tài)系統(tǒng)間的紐帶,在營養(yǎng)物質(zhì)輸移、生物多樣性、生物遷徙等方面發(fā)揮著不可替代的作用。天然河流若受到大壩等水利水電工程物理阻隔,其上下游的物質(zhì)交換趨于單向性,生境連通性降低,對(duì)水生生物棲息產(chǎn)生多方面的不利影響。在長(zhǎng)期自然演變過程中,許多魚類形成了在不同水域空間進(jìn)行周期性遷徙的習(xí)性,按洄游方向可分為溯河洄游、降河洄游、江湖洄游等類型,也可按洄游習(xí)性分為索餌洄游、生殖洄游、越冬洄游等。然而,無論是何種類型的洄游活動(dòng),一旦洄游路線被人為物理阻隔,洄游魚類不能有效完成生活史,其種群數(shù)量就將面臨嚴(yán)重下降乃至滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。例如,美國康涅狄格河(Connecticut River)、梅里馬克河(Merrimack River)的水電開發(fā)被認(rèn)為是鮭魚、美洲西鯡滅絕或衰退的主要原因[7]。對(duì)于在局部水域內(nèi)能完成生活史或半洄游性魚類,水電工程的物理阻隔則可能影響到不同水域群體之間的遺傳交流,導(dǎo)致種群整體遺傳多樣性喪失,降低種群適應(yīng)能力,危及物種的長(zhǎng)期穩(wěn)定生存[4,11]。

我國特有珍稀魚類中華鱘是筑壩河流引發(fā)洄游魚類生存危機(jī)的一個(gè)典型案例。中華鱘作為世界現(xiàn)存魚類中最原始的種類之一,系典型的河海洄游性大型魚類,性腺成熟后從近海溯游回長(zhǎng)江上游產(chǎn)卵。在葛洲壩工程截流當(dāng)年,即觀測(cè)到幾千尾溯河洄游而來的中華鱘(以及白鱘、部分家魚種群等)被阻隔在壩下,無法到達(dá)上游傳統(tǒng)產(chǎn)卵場(chǎng)。根據(jù)其后的多年觀測(cè),盡管中華鱘已經(jīng)在葛洲壩下游江段找到新的產(chǎn)卵場(chǎng),但產(chǎn)卵量已不足過去的20%;加之航運(yùn)、捕撈、水污染等因素的復(fù)合影響,目前野生中華鱘數(shù)量已銳減到百尾左右。中華鱘自然產(chǎn)卵時(shí)空特征也在發(fā)生變化:一方面,鱘魚的繁殖時(shí)間已逐漸從10月推遲到11月中下旬至12月上旬;另一方面,通過分析對(duì)比2013—2015年壩下產(chǎn)卵場(chǎng)與長(zhǎng)江口幼魚野外觀測(cè)表明,中華鱘自然產(chǎn)卵場(chǎng)位置可能再次發(fā)生遷移。

1.2水文水質(zhì)脅迫作用

河流受到氣候變化、地形地貌、水系交互等多重因素的影響,形成了自身的水文規(guī)律和水環(huán)境特征,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和生物多樣性起著重要作用。與之相對(duì)應(yīng),水生生物在長(zhǎng)期演變過程中適應(yīng)了棲息環(huán)境,其繁殖行為、胚胎孵化對(duì)水文、水動(dòng)力、水質(zhì)等條件有著自身需求和喜好。水利水電工程的建設(shè)與運(yùn)行改變了河流天然徑流過程,使其上下游徑流時(shí)空分布、局部水動(dòng)力特征、水沙情勢(shì)、水溫結(jié)構(gòu)等發(fā)生顯著變化,進(jìn)而對(duì)重要水生生物的自然繁殖、物種組成和豐度產(chǎn)生不利影響。水庫建成蓄水使得庫區(qū)水位升高、水體增加、流速減緩,引起泥沙沉降、透明度增加、水溫分層、反季節(jié)漲落等現(xiàn)象。盡管水庫的緩流特性有利于庫區(qū)生物多樣性和漁業(yè)產(chǎn)量增加,但關(guān)鍵生態(tài)因子的變化將使得原有重要水生生物面臨巨大風(fēng)險(xiǎn),如原有產(chǎn)漂流性魚卵可能將缺乏足夠距離進(jìn)行漂流發(fā)育[11]。由于上游水庫水體屬性(如水位、分層、水質(zhì))發(fā)生了變化,大壩調(diào)度運(yùn)行可能會(huì)引起下游河道水位漲落異常、水溫異常、溶解氣體過飽和等問題,不利于下游重要水生生物的生存與繁殖。例如,20世紀(jì)哥倫比亞河(Columbia River)、巴拉那河(Parana River)上大壩泄水引起下游溶解氣體過飽和,繼而造成大量魚類患?xì)馀莶∷劳龅氖录鴱V受關(guān)注[7]。

以我國長(zhǎng)江野生四大家魚為例,葛洲壩工程修建后,家魚被分隔成上下游兩個(gè)群體,但長(zhǎng)江干流家魚繁殖所需生態(tài)水文條件和魚苗江訊規(guī)律無明顯變化[12]。三峽水庫的建成蓄水和調(diào)度運(yùn)行則明顯改變了四大家魚產(chǎn)卵場(chǎng)的水文和水質(zhì)特性:由于大壩上游水文條件發(fā)生變化,自涪陵以下的庫區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)大部分已消失,家魚需要上溯至回水區(qū)以上河段繁殖;同時(shí),宜昌至城陵磯江段10余處家魚產(chǎn)卵場(chǎng)受到上游水庫調(diào)節(jié)的較大影響,主要體現(xiàn)在產(chǎn)卵時(shí)間和產(chǎn)卵規(guī)模方面[12-14]。家魚繁殖對(duì)水溫條件較為敏感,三峽蓄水前宜昌站水溫通常在5月上旬至6月下旬達(dá)到適宜范圍,而蓄水后適宜水溫出現(xiàn)時(shí)間有所推遲,導(dǎo)致家魚產(chǎn)卵高峰期也隨之延遲。除了適宜水溫環(huán)境,家魚繁殖還需要水位上升、流速增大等水流條件的刺激,產(chǎn)出的魚卵也需要一定流速維系其漂流孵化,直至發(fā)育成幼魚。三峽工程常規(guī)運(yùn)行調(diào)度盡管沒有顯著改變家魚繁殖期間的漲水頻率與強(qiáng)度,但在枯水年份對(duì)漲水次數(shù)、總漲水時(shí)間、平均漲水持續(xù)時(shí)間等有較大不利影響。此外,由于四大家魚產(chǎn)卵期與三峽水庫泄水期重合,壩下氣體過飽和對(duì)家魚卵苗發(fā)育的不利影響也不容忽視。

2重要水生生物自然繁殖的生態(tài)水文需求

水利水電工程往往具有調(diào)蓄功能,兼具調(diào)控改善水生生物自然繁殖的潛力。衡量重要水生生物自然繁殖的工程可調(diào)控性,應(yīng)在明確水生生物棲息繁殖適宜生境因子或洄游習(xí)性的基礎(chǔ)上,通過對(duì)比實(shí)際工程的可調(diào)度空間或過魚可行性后綜合評(píng)估得出。影響水生生物生存繁殖的環(huán)境因素眾多,主要包括水文情勢(shì)、水動(dòng)力特征和水質(zhì)狀況等方面。作為水生態(tài)系統(tǒng)中重要的指示物種,魚類自然繁殖對(duì)棲息環(huán)境較為敏感,不同種類對(duì)水文、水動(dòng)力和水環(huán)境一般有著獨(dú)特需求和喜好。筆者以長(zhǎng)江典型的魚類四大家魚與中華鱘為例,簡(jiǎn)述重要水生生物自然繁殖需求的生態(tài)水文學(xué)機(jī)制。

長(zhǎng)江四大家魚是典型的春季產(chǎn)漂流性卵魚類,產(chǎn)卵場(chǎng)一般位于狹窄急流彎道,家魚產(chǎn)卵繁殖主要受產(chǎn)卵場(chǎng)水溫和漲水過程影響。水溫因素對(duì)家魚繁殖十分關(guān)鍵,適宜水溫約在21～24 ℃范圍內(nèi),水溫低于18 ℃時(shí)家魚會(huì)停止繁殖活動(dòng);家魚胚胎發(fā)育的水溫為18～30 ℃,適宜范圍為22～28 ℃[14]。當(dāng)產(chǎn)卵場(chǎng)水溫條件適合時(shí),產(chǎn)卵場(chǎng)水位上漲就可能刺激四大家魚產(chǎn)卵,產(chǎn)卵規(guī)模與起漲流量、漲水頻率、幅度和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。對(duì)于家魚繁殖與漲水過程關(guān)鍵指標(biāo)的定量關(guān)系目前尚無確定分析結(jié)果,這與各方研究的側(cè)重角度或資料完整程度有關(guān)[15]。近年來實(shí)施的調(diào)控研究表明,家魚在水位起漲后大約0.5～2 d開始產(chǎn)卵,起漲流量在10 000～20 000 m3/s時(shí),通過持續(xù)3～7 d且日漲幅約為2 000 m3/s的漲水,對(duì)四大家魚產(chǎn)卵會(huì)產(chǎn)生積極效果。

長(zhǎng)期觀測(cè)研究證實(shí)了中華鱘自然繁殖對(duì)于地形、底質(zhì)、流量、流速、水深、水溫、含沙量等存在偏好(表1)[16]。中華鱘作為產(chǎn)底層黏性卵魚類,對(duì)產(chǎn)卵場(chǎng)河床形態(tài)有著特定需求,河床底質(zhì)主要以卵石與亂石為主,卵礫石堆疊形成縫隙便于受精卵黏附,硬化河床則保證了受精卵的成熟孵化[17]。河床條件與水文條件相互影響,上游來水來沙條件變化會(huì)影響產(chǎn)卵場(chǎng)河床條件,同時(shí)河床條件也對(duì)近底層產(chǎn)卵微流態(tài)環(huán)境的形成具有重要作用。鱘魚自然繁殖與水位漲落變化和局部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),在適宜的流量和水位變化條件下,產(chǎn)卵場(chǎng)內(nèi)形成紊亂流場(chǎng)結(jié)構(gòu)有利于促進(jìn)鱘魚性腺發(fā)育和產(chǎn)卵受精。中華鱘是秋季產(chǎn)卵魚類,對(duì)水溫環(huán)境也有著較嚴(yán)格的要求,一般認(rèn)為18～20 ℃較為適宜。

表1　中華鱘自然繁殖的生境因子需求

3面向重要水生生物棲息繁殖的調(diào)控方法及工程實(shí)踐

3.1生態(tài)調(diào)控技術(shù)與系統(tǒng)研究

水利水電工程建設(shè)和運(yùn)行致使河流生態(tài)系統(tǒng)趨于破碎化,明顯改變了上下游水文及水動(dòng)力條件,破壞了重要水生生物生境連通性和適宜性。從水利水電工程對(duì)重要水生生物的影響機(jī)理出發(fā),主要形成了以下幾種面向水生生物棲息繁殖的調(diào)控方法:

a. 過魚設(shè)施。該類技術(shù)主要用于解決魚類洄游路線被物理阻隔的問題,通過在水電工程中增設(shè)魚道、魚梯、升魚機(jī)、魚閘等仿自然過魚設(shè)施的方法,輔助溯河洄游或降河洄游的魚類通過閘壩抵達(dá)產(chǎn)卵或培育場(chǎng)所。實(shí)踐表明,過魚設(shè)施技術(shù)對(duì)恢復(fù)水生生物交流通道能起到積極作用,但其過魚效果受到工程條件的較多限制,對(duì)不同洄游習(xí)性、游泳能力的魚類效果不一?？傮w而言,目前過魚設(shè)施技術(shù)較多適用于中低水頭水利樞紐的溯河洄游魚類過壩。

b. 增殖放流。通過人工繁殖,采用放流、底播、移植等人工方式向天然水域中投放親體、苗種等活體水生生物,是當(dāng)前運(yùn)用較多的一種水生生物物種保護(hù)方法。例如,葛洲壩水利樞紐修建后,針對(duì)中華鱘的全人工繁殖已經(jīng)較為成熟,2009年后已經(jīng)可以人工培養(yǎng)出子二代中華鱘;人工增殖放流已成為鱘魚生物資源的有力補(bǔ)充,但也面臨著貢獻(xiàn)率不足、遺傳多樣性喪失風(fēng)險(xiǎn)等問題。

c. 生境修復(fù)。當(dāng)前普遍存在的水生生物棲息地受損問題,主要是受到高強(qiáng)度人類活動(dòng)的影響。通過生境修復(fù)方法,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)停止或減輕人為干擾,有可能依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力進(jìn)行生境自我恢復(fù)。建立自然保護(hù)區(qū)、限制捕撈、仿自然生境等技術(shù)較為常見。

d. 生態(tài)調(diào)度。水利水電工程既有生態(tài)環(huán)境效應(yīng),也有生態(tài)環(huán)境調(diào)控功能。水電工程生態(tài)調(diào)度是將生態(tài)因素納入常規(guī)水庫調(diào)度中,通過優(yōu)化水利水電工程現(xiàn)行調(diào)度,最大程度上減輕重大水利工程的影響,滿足重要水生生物棲息繁殖的現(xiàn)實(shí)需求,我國近年來開始結(jié)合三峽等重大工程開展了流域尺度的水生生物資源生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。

綜合比較上述調(diào)控方法,過魚設(shè)施和增殖放流手段目前還不能有效解決高壩乃至梯級(jí)電站的生物資源保護(hù)問題,而生境修復(fù)一般也需要較長(zhǎng)的實(shí)施周期。通過水庫優(yōu)化調(diào)度改善水文水動(dòng)力條件的方式來滿足生物棲息繁殖需求,在實(shí)施周期與可操作性上有其一定的優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)。但我國水利水電工程建設(shè)一般以防洪、發(fā)電、供水等功能為主,對(duì)水電工程生態(tài)環(huán)境安全保障的相關(guān)研究還處于起步階段,如何進(jìn)行有利于河流水生態(tài)環(huán)境保護(hù)、改善重要水生生物棲息繁殖的重大水利水電工程優(yōu)化調(diào)控,是當(dāng)前水生態(tài)安全領(lǐng)域中的難點(diǎn)問題。

面向重要水生生物棲息繁殖的工程優(yōu)化調(diào)控,涉及水文、水動(dòng)力、水生態(tài)、優(yōu)化控制等諸多方面,是一個(gè)跨學(xué)科的復(fù)雜問題。針對(duì)該科學(xué)問題具有的復(fù)雜性與層次性特點(diǎn),筆者結(jié)合過往機(jī)理研究與工程實(shí)踐,簡(jiǎn)要介紹所建水利水電工程對(duì)重要水生生物的影響與調(diào)控系統(tǒng)研究框架(圖1),即在充分認(rèn)知變化環(huán)境影響下(包括水電工程)資源與生境演變趨勢(shì)基礎(chǔ)上,有機(jī)結(jié)合原型觀測(cè)、理論分析、模型開發(fā)、系統(tǒng)集成等手段,厘清重要水生生物棲息繁殖的生態(tài)水文學(xué)機(jī)制,進(jìn)而綜合運(yùn)用適宜度模型、多目標(biāo)決策、生境重建等技術(shù),提出既能滿足水電工程常規(guī)需求,又能營造出有利于重要水生生物繁殖需求的生態(tài)水文條件。

圖1　水利水電工程對(duì)重要水生生物的影響與調(diào)控系統(tǒng)研究框架Fig. 1　Framework for studying effects of water conservancy and hydropower projects on major aquatic species and regulation

3.2重大水利水電工程生態(tài)調(diào)控實(shí)踐

針對(duì)大型水利水電工程影響下長(zhǎng)江中華鱘及四大家魚資源衰減的實(shí)際問題,國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了長(zhǎng)期研究與實(shí)踐工作。通過開展水利水電工程對(duì)重要水生生物棲息地環(huán)境脅迫的機(jī)理研究,證實(shí)了魚類自然繁殖對(duì)流量、流速、水深、水溫、含沙量、溶解氣體飽和度等有一定需求和偏好。河流棲息地復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性有著較高要求,通過與物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息及魚類行為信息(如自然繁殖資源量、繁殖群體、產(chǎn)卵場(chǎng)水文及環(huán)境要素)的高頻采集和信息傳輸。

四大家魚作為適應(yīng)長(zhǎng)江中下游江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的代表性物種,其資源動(dòng)態(tài)是表征水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標(biāo)。家魚產(chǎn)卵需要產(chǎn)卵場(chǎng)水位上漲的刺激,人工創(chuàng)造適合繁殖所需水文、水力學(xué)條件的洪峰過程,將會(huì)對(duì)四大家魚保護(hù)與資源恢復(fù)產(chǎn)生良好的效果。三峽工程運(yùn)行調(diào)度作為長(zhǎng)江徑流調(diào)節(jié)的關(guān)鍵工程,直接影響著大壩下游家魚棲息和繁殖。三峽水庫自2003年首次蓄水,壩前水位達(dá)到135 m;2006年第二次蓄水,壩前水位達(dá)到156 m;2010年9月庫區(qū)水位成功達(dá)到175 m正常蓄水位。按三峽水庫的調(diào)度運(yùn)行方式,在每年的四大家魚繁殖產(chǎn)卵期,庫區(qū)水位基本維持在防洪限制水位145 m。此期間的水庫運(yùn)行條件具有較佳的調(diào)度空間,在保證防洪安全的基礎(chǔ)上,根據(jù)四大家魚自然繁殖的生物學(xué)特性,可通過優(yōu)化調(diào)度在數(shù)天內(nèi)逐步加大下泄流量,形成“人造洪峰”。

表2　促進(jìn)四大家魚自然繁殖的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)(2011—2014年)

為緩解上游重大水利水電工程對(duì)其魚類生境的不利影響,三峽水庫近期連續(xù)多年開展了生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。在2011年首次開展了促進(jìn)四大家魚自然繁殖的三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn),對(duì)宜昌至宜都江段家魚繁殖產(chǎn)生了明顯促進(jìn)作用。此次優(yōu)化調(diào)度試驗(yàn)自2011年6月16日起,下泄流量保持約2 000 m3/s流量的日增幅,形成持續(xù)4 d的漲水過程,在“人造洪峰”作用下宜都江段出現(xiàn)了家魚產(chǎn)卵過程,觀測(cè)產(chǎn)卵徑流量約為0.25億粒。隨后連續(xù)幾年的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)表明,在水溫不低于18 ℃(適宜范圍21～24 ℃)前提下,合理控制起漲流量(10 000～20 000m3/s)、漲水持續(xù)時(shí)間(3 d及以上)、日漲水幅度(2 000m3/s左右)等關(guān)鍵要素,能夠在一定程度上促進(jìn)四大家魚自然繁殖(表2)。實(shí)施生態(tài)調(diào)度時(shí)應(yīng)尤其注重水溫條件,在2013年的生態(tài)調(diào)度過程中,由于宜都河段的水溫偏低,在調(diào)度試驗(yàn)期間未觀測(cè)到明顯產(chǎn)卵情況,而其他調(diào)度試驗(yàn)期間的水溫均達(dá)到了適宜溫度,調(diào)度效果相對(duì)明顯。

4結(jié)語

在水電開發(fā)等高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下,我國各大流域水生態(tài)環(huán)境安全存在風(fēng)險(xiǎn)。開展面向重要水生生物棲息繁殖的水利水電工程生態(tài)調(diào)控是國際水資源與水生態(tài)學(xué)科的熱點(diǎn)問題,也是國家生態(tài)文明建設(shè)的重大需求。該問題需要開展多學(xué)科交叉研究,通過揭示水電工程運(yùn)行方式、流量、流速、水溫、水質(zhì)等要素對(duì)重要水生生物棲息及繁殖的影響機(jī)制,建立面向重要水生生物產(chǎn)卵棲息地的生境評(píng)價(jià)體系、產(chǎn)卵場(chǎng)適合度模型,進(jìn)而形成滿足重要水生生物棲息繁殖需求的水庫優(yōu)化調(diào)控方法。近年來成功實(shí)施了促進(jìn)四大家魚自然繁殖的三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn),但我國各大流域水電開發(fā)密集,水電工程群對(duì)部分珍稀特有魚類會(huì)產(chǎn)生累積影響,實(shí)施流域梯級(jí)聯(lián)合生態(tài)調(diào)度是未來水利水電工程管理的必然需求,也是巨大挑戰(zhàn)。

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Effects of large water conservancy and hydropower projects on major aquatic species and regulation

MAO Jingqiao, DAI Huichao

(CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract:A large number of basins in China are facing problems such as the degradation of ecosystems and decline of biological resources. This paper is devoted to illustrating the influence of large water conservancy and hydropower projects on major aquatic species in rivers, and demonstrating key technologies for control and regulation, which could help to provide technical support for aquatic ecological civilization construction and ecological conservation. With focuses placed on large rivers in China, such as the Yangtze River, this paper provides a review of the current status and trends of four major Chinese carp and the Chinese sturgeon influenced by large water conservancy and hydropower projects. Based on analysis of the stress effects of these projects on the habitats of major aquatic species, the regulation potential for natural reproduction of the aquatic species as well as possible approaches are discussed. Using a large water conservancy and hydropower project as a case study, the key technologies for optimal regulation of the project in order to increase the natural reproduction of major aquatic species and the applicability of these technologies are discussed.

Key words:water conservancy and hydropower projects; aquatic species; four major Chinese carp; Chinese sturgeon; ecological effect; optimal regulation

DOI：10.3876/j.issn.1000-1980.2016.03.009

收稿日期：2015-09-21

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)(2012CB417006);國家自然科學(xué)基金(51279047);長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT1233)

作者簡(jiǎn)介：毛勁喬(1978—),男,江蘇常州人,教授,博士,主要從事水利水電工程水生態(tài)環(huán)境安全理論與方法研究。E-mail:jingqm@163.com 通信作者： 戴會(huì)超,教授。E-mail:dai_huichao@263.net

中圖分類號(hào)：TV697

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-1980(2016)03-0240-06