郝好鑫,楊 霞,楊夢(mèng)斐,王俊洲,潘婷婷,李志軍

(1:長(zhǎng)江水資源保護(hù)科學(xué)研究所，武漢 430051) (2:長(zhǎng)江水利委員會(huì)湖庫水源地面源污染生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430051) (3:中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司, 武漢 430010)

水溫是重要的水文指標(biāo)，直接或間接調(diào)節(jié)著廣泛的水生生態(tài)過程[1-5]。水溫變化直接影響藻類、水生植物和水生動(dòng)物的繁殖和發(fā)育，并且通過影響水體的化學(xué)反應(yīng)速率和溶解氧濃度等改變水體硝化、反硝化等一系列生物地球化學(xué)循環(huán)過程，進(jìn)而對(duì)整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響[1,4-6]。近年來氣候變化和人類活動(dòng)加劇背景下，全球河流和湖泊的水溫普遍升高或節(jié)律改變，水溫變化已成為威脅全球淡水生態(tài)系統(tǒng)安全的重大因素，并且這種變化趨勢(shì)仍在不斷加劇[1-5]。因此，研究水溫變化特征及其生態(tài)響應(yīng)對(duì)維護(hù)淡水生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定具有重要意義。

影響水溫變化的因素主要有氣溫、輻射、降水量、風(fēng)速等氣象因子以及水庫建設(shè)、廢水排放等人類活動(dòng)[7-8]。長(zhǎng)江上游開發(fā)了世界上規(guī)模最大的梯級(jí)水庫群，在氣候變化和水利水電工程綜合作用下，近60年長(zhǎng)江流域水溫發(fā)生了顯著變化，整體增溫趨勢(shì)明顯(附圖Ⅰ)：其中長(zhǎng)江源沱沱河增高0.6～0.7℃，主要增溫在5-9月[9]；上游金沙江干流顯著增高約0.3～0.6℃[10-11]；上游攀枝花-宜昌段增高0.3～1.5℃，宜昌段年內(nèi)水溫呈現(xiàn)春季降溫、冬季增溫趨勢(shì)[12]；長(zhǎng)江中下游同樣呈現(xiàn)水溫總體增高趨勢(shì)，其中鄱陽湖表層水溫顯著增高1.1℃，春季增溫速度高于其他季節(jié)2～4倍[13-16]。已有研究表明，沱沱河水溫變化主要受青藏高原夏季氣溫變化驅(qū)動(dòng)，鄱陽湖水溫變化受區(qū)域氣溫和輻射增加共同驅(qū)動(dòng)[9,16]。值得關(guān)注的是，長(zhǎng)江干支流梯級(jí)明顯改變了壩下河段的年內(nèi)水溫變化，主要表現(xiàn)為年內(nèi)水溫變幅減小和水溫過程相對(duì)天然水文滯后[17-18]。例如三峽175 m蓄水期宜昌和監(jiān)利斷面4-6月平均降溫2.6和2.0℃，10-12月平均增溫2.7和2.1℃，宜昌和監(jiān)利斷面旬均水溫年內(nèi)變幅分別降低1.5和2.5℃[19]；向家壩蓄水后屏山站春季降溫2.2℃，冬季增溫2.3℃，并且水溫過程趨于平坦[12]；此外，支流雅礱江水電開發(fā)同樣對(duì)長(zhǎng)江干流水溫過程產(chǎn)生影響，其中使華彈站4月平均降溫0.8℃，12月平均增溫1.8℃[10]。綜上所述，氣溫變化和干支流水電開發(fā)共同影響下游河段水溫變化過程[9-16]。盡管劉邵偉等[10]和Tao等[14]采用線性回歸、小波分析和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GRNN)等統(tǒng)計(jì)模型識(shí)別了氣候變化和梯級(jí)開發(fā)對(duì)水溫變化的影響，發(fā)現(xiàn)金沙江上游的氣溫變化影響了年均水溫，三峽水庫蓄水對(duì)宜昌下游水溫的影響程度超過了氣溫變化。然而，在長(zhǎng)江上游氣候明顯變化[20]和金沙江高強(qiáng)度梯級(jí)開發(fā)的背景下，兩者如何共同影響下游水溫變化仍有待進(jìn)一步研究。

魚類是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是河流生態(tài)環(huán)境變化重要的指示生物[1-2]。水溫的自然節(jié)律對(duì)魚類生活史的完成，尤其對(duì)繁殖期和早期發(fā)育階段至關(guān)重要，擾亂水溫變化節(jié)律將使魚類卵子產(chǎn)量降低、性腺發(fā)育推遲、有效繁殖率和生存率下降[1-3,21-23]。產(chǎn)卵臨界溫度是衡量魚類繁殖與水溫兩者關(guān)系的主要指標(biāo)之一[7,21]，隨著長(zhǎng)江水溫情勢(shì)的改變，水溫對(duì)區(qū)域魚類的影響受到越來越多的關(guān)注。例如已有研究通過比對(duì)三峽蓄水前后魚類適宜產(chǎn)卵臨界水溫對(duì)應(yīng)時(shí)間變化，發(fā)現(xiàn)三峽蓄水后下游河道的水溫變化使“四大家魚”產(chǎn)卵平均推遲了10 d[17]，使中華鱘產(chǎn)卵平均推遲約20～29 d[18]，并且減少了產(chǎn)卵次數(shù)和產(chǎn)卵數(shù)量，降低了受精率，有效繁殖率大大降低[3]。

目前金沙江下游已建向家壩、溪洛渡、白鶴灘和烏東德4個(gè)梯級(jí)水庫，庫容52億～205億m3，均為高壩巨型水庫。其中向家壩和溪洛渡分別于2012年10月和2013年5月下閘蓄水，最后一級(jí)向家壩下游緊鄰我國最長(zhǎng)的河流型自然保護(hù)區(qū)——長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，梯級(jí)水庫運(yùn)行勢(shì)必對(duì)下游保護(hù)區(qū)河道水溫產(chǎn)生影響。自然保護(hù)區(qū)分布有長(zhǎng)江鱘、白鱘、胭脂魚等國家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)魚類和圓口銅魚、長(zhǎng)薄鰍、巖原鯉等65種長(zhǎng)江上游特有魚類[24-26]。為研究梯級(jí)水庫和氣候變化對(duì)該河段魚類生長(zhǎng)繁殖的影響，本文以向家壩壩下長(zhǎng)江宜賓-重慶河段為研究區(qū)，以1989-2019年水溫為研究對(duì)象，1)首先分析了向家壩-溪洛渡蓄水后下游水溫變化特征，2)其次基于水溫變化由氣候變化和梯級(jí)開發(fā)共同驅(qū)動(dòng)的假設(shè)，對(duì)比蓄水前后水溫對(duì)氣象因素響應(yīng)變化，并采用協(xié)方差分析檢驗(yàn)了氣候變化和梯級(jí)蓄水對(duì)年季和年內(nèi)水溫變化的影響，3)基于上述結(jié)果，探討了向家壩-溪洛渡蓄水對(duì)研究河段重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間的影響。研究旨在為減緩水電開發(fā)對(duì)水生生態(tài)的影響提供參考。

1 研究區(qū)域概況與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)橄蚣覊螇蜗麻L(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段，長(zhǎng)度約380 km，左岸主要支流有岷江、沱江、嘉陵江等，右岸主要支流有赤水河、烏江等。該段流經(jīng)峽谷、丘陵和山地，河床多為卵石，灘多流急，流態(tài)紊亂，枯水期水流流速一般為1.5～3.0 m/s，洪水期流速一般為3.0～5.0 m/s，年徑流量達(dá)2060億m3(李莊水文站)。

研究河段上游為金沙江梯級(jí)開發(fā)的最后兩級(jí)，即溪洛渡和向家壩水電站(圖1)。溪洛渡水電站于2013年下閘蓄水，正常蓄水位600 m，水庫總庫容129.1億m3；向家壩水電站于2012年下閘蓄水，正常蓄水位380 m，總庫容51.86億m3。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Diagram of the study area

1.2 魚類資源

研究河段涉及長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，分布的珍稀特有與經(jīng)濟(jì)魚類主要包括長(zhǎng)江鱘(AcipenserDabryanus)、胭脂魚(Myxocyprinusasiaticus)、巖原鯉(Procyprisrabaudi)、圓口銅魚(Coreiusguichenoti)、銅魚(Brassgudgeon)、中華金沙鰍(Jinshaiasinensis)、長(zhǎng)薄鰍(Leptobotiaelongata)、黑尾近紅鲌(Ancherythroculternigrocauda)、“四大家魚”、中華紋胸鮡(Glyptothoraxsinense)等，歷史上其產(chǎn)卵場(chǎng)廣泛分布于金沙江和長(zhǎng)江上游干支流，水溫是影響其產(chǎn)卵的重要因素之一[24-25]。

1.3 水溫、氣象和魚類適宜產(chǎn)卵水溫資料

選取向家壩、朱沱、寸灘3個(gè)水文站1989-2019年的逐旬水溫?cái)?shù)據(jù)分析研究河段水溫變化特征，水文站位置如圖1所示。向家壩水文站位于向家壩壩下2 km，控制流域面積45.88萬km2，由于向家壩水電站建設(shè)，設(shè)該站于2012年后代替屏山水文站成為金沙江流域出口控制水文站；朱沱水文站位于研究河段中游，控制流域面積69.47萬km2，是觀測(cè)長(zhǎng)江上游金沙江來水與橫江、岷江、沱江、赤水河等各主要支流匯合后水文特性的基本水文站；寸灘水文站位于研究河段下游，距離長(zhǎng)江與嘉陵江匯口7.5 km，控制流域面積86.66萬km2。

氣象資料選擇向家壩、朱沱和寸灘站附近的宜賓、合江和沙坪壩氣象站1989-2019年逐月氣象資料(合江氣象站缺少1989-1990年資料)，氣象站位置如圖1所示。基于已有水溫與氣象因子關(guān)系的相關(guān)研究[9,11]，本研究選擇與水溫關(guān)系較為密切的氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量3個(gè)氣象因子探索氣候變化與水溫的關(guān)系。

基于研究河段魚類瀕危程度、生態(tài)價(jià)值、產(chǎn)卵場(chǎng)分布和捕獲記錄等[24-27]，選擇長(zhǎng)江鱘、胭脂魚、圓口銅魚、巖原鯉、中華金沙鰍、長(zhǎng)薄鰍和黑尾近紅鲌為區(qū)域典型重要魚類，通過文獻(xiàn)調(diào)研方式搜集了重要魚類的適宜產(chǎn)卵水溫[24-29]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Mann-Kendall(M-K)法檢驗(yàn)1989-2019年長(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段水溫(向家壩、朱沱和寸灘水文站數(shù)據(jù))和氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量(宜賓、合江和沙坪壩站氣象數(shù)據(jù))變化趨勢(shì)；由于溪洛渡下閘蓄水時(shí)間晚于向家壩1年，因此以向家壩蓄水時(shí)間2012年作為反映金沙江下游梯級(jí)(向家壩-溪洛渡)對(duì)水溫影響的時(shí)間節(jié)點(diǎn)(蓄水前：1989-2012年，蓄水后：2013-2019年)，采用單因素方差分析分析向家壩-溪洛渡蓄水對(duì)各水文站各月及全年平均水溫的影響；采用線性回歸比較蓄水前后氣象因子與水溫的關(guān)系變化；此外，為檢驗(yàn)月份和梯級(jí)蓄水對(duì)水溫的影響是否由氣象因子引起，采用氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)為協(xié)變量，月份為隨機(jī)影響因子，梯級(jí)蓄水為固定影響因子的協(xié)方差分析模型(ANCOVA)分析氣象因子、月份和梯級(jí)蓄水對(duì)水溫的影響。該協(xié)方差模型結(jié)構(gòu)為一般線性模型(general linear model, GLM)，采用協(xié)變量和影響因子依次進(jìn)入模型的I型平方和運(yùn)行[30]，協(xié)變量的共線性采用方差膨脹系數(shù)(VIF)檢驗(yàn)(VIF>10表示存在嚴(yán)重共線性)。所有數(shù)據(jù)分析使用R software V.4.1.2(R Development Core Team 2021)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 向家壩-溪洛渡蓄水后下游水溫變化特征

2.1.1 年際平均水溫變化 從M-K檢驗(yàn)結(jié)果可知，研究河段1989-2019年間年平均水溫呈現(xiàn)顯著增高趨勢(shì)(P<0.05)，其中向家壩站水溫呈現(xiàn)顯著增高趨勢(shì)(P<0.05)，近30年平均水溫增高約0.5℃，增溫速率為0.2℃/10 a，但向家壩-溪洛渡蓄水前后該站平均水溫?zé)o明顯變化；朱沱站水溫呈現(xiàn)極顯著增高趨勢(shì)(P<0.001)，近30年平均水溫增高約1.1℃，增溫速率為0.3℃/10 a，向家壩-溪洛渡蓄水前后該站平均水溫顯著增高0.6℃(P<0.05)；寸灘站水溫呈現(xiàn)極顯著增高趨勢(shì)(P<0.001)，近30年平均水溫增高約0.9℃，增溫速率為0.3℃/10 a，向家壩-溪洛渡蓄水前后該站平均水溫顯著增加0.5℃(P<0.05)(圖2)。

圖2 長(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段年平均水溫變化：(a)1989-2019年水溫變化； (b)向家壩-溪洛渡蓄水前后水溫變化(↑表示上升趨勢(shì)，*、**、***分別表示 M-K檢驗(yàn)顯著性為P<0.05、P<0.01和P<0.001)Fig.2 The annual average water temperature variation in Yibin-Chongqing segment of the Changjiang River: (a) Water temperature during 1989-2019; (b) Water temperature comparisons before and after the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu (↑ indicates increasing trend; *, **, *** indicate significant levels are P<0.05, P<0.01 and P<0.005 according to M-K tests, respectively)

2.1.2 年內(nèi)水溫變化 由圖3可知，向家壩-溪洛渡蓄水后長(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段年內(nèi)水溫過程和不同月份水溫發(fā)生改變，蓄水后各站年內(nèi)水溫過程相比蓄水前產(chǎn)生明顯“滯熱”和“滯冷”效應(yīng)，其中向家壩站水溫過程滯后約36 d，朱沱站滯后約13 d，寸灘站滯后約7 d。具體而言，蓄水后，向家壩站3-8月水溫平均下降1.8℃，其中3-6月降溫顯著(P<0.001)，最大降幅3.6℃(4月下旬)，9月-次年2月平均增高2.3℃，其中10月-次年1月增溫顯著(P<0.001)，最大增幅3.7℃(12月中旬)；朱沱站4-7月水溫平均降低1.8℃，其中僅5月降溫顯著(P<0.05)，最大降幅為1.6℃(5月上旬)，9月-次年3月平均增溫1.4℃，其中10月-次年2月增溫顯著(P<0.05)，最大增幅3.2℃(12月下旬)；寸灘站3-7月水溫平均降低0.4℃，其中僅5月降溫顯著(P<0.01)，最大降幅為1.3℃(5月上旬)，8月-次年2月平均增溫1.1℃，其中10月-次年1月增溫顯著(P<0.05)，最大增幅1.8℃(12月中旬)(圖3，附表Ⅰ)。綜上所述，向家壩-溪洛渡蓄水后下游河段春季“滯冷”效應(yīng)明顯，秋冬季“滯熱”效應(yīng)明顯，“滯熱”程度大于“滯冷”程度。

圖3 向家壩-溪洛渡蓄水前、后長(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段旬平均水溫變化 (陰影部分表示水溫的最大和最小區(qū)間)Fig.3 Comparison of ten-day water temperature changes before and after the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu (Shade area indicates the maximum and minimum intervals of water temperature)

2.2 水溫變化主導(dǎo)因素

由圖4和M-K檢驗(yàn)結(jié)果可知，近30年研究區(qū)域平均氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)，其中宜賓站、合江站和沙坪壩站近30年年平均氣溫分別上升約0.9、0.4和1.3℃，氣溫上升速率分別為0.3、0.2和0.4℃/10 a(圖4a)；研究區(qū)域內(nèi)年降水量和年日照時(shí)數(shù)近30年無顯著變化趨勢(shì)(圖4b，c)。

圖4 研究區(qū)域年平均氣溫、年降水量和年日照時(shí)數(shù)變化 (↑表示上升趨勢(shì)，*、**、***分別表示M-K檢驗(yàn)顯著性為P<0.05、P<0.01和P<0.001)Fig.4 The variation of annual average air temperature, annual precipitation and annual insolation (↑ indicates increasing trend; *, **, *** indicate significant levels are P<0.05, P<0.01 and P<0.001 according to M-K tests, respectively)

由向家壩-溪洛渡蓄水前后氣象因子與水溫關(guān)系分析可知，氣溫是與水溫關(guān)系最為密切的氣象因子，其次是降水量和日照時(shí)數(shù)(圖5)。蓄水后各氣象因子與水溫的回歸直線斜率均小于蓄水前，但斜率的降幅從向家壩站-朱沱站-寸灘站逐漸降低，說明蓄水后各氣象因子對(duì)水溫的控制作用降低，且距離向家壩越近，氣候?qū)λ疁乜刂屏υ饺?圖5)。

圖5 向家壩-溪洛渡蓄水前、后水溫與氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)的關(guān)系Fig.5 The relationships between water temperature and air temperature, precipitation and insolation duration before and after the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu

上述分析表明，研究區(qū)域水溫受月份、氣象和梯級(jí)蓄水共同影響，且近30年一些氣象因子發(fā)生了顯著變化。本研究假設(shè)3個(gè)水文站近30年的月平均水溫變化由氣候變化和梯級(jí)蓄水引起，采用氣象因子為協(xié)變量和梯級(jí)蓄水、月份為影響因子的協(xié)方差模型(ANCOVA)檢驗(yàn)上述假設(shè)。結(jié)果表明，當(dāng)協(xié)變量(氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù))進(jìn)入模型后，梯級(jí)蓄水和月份均不再單獨(dú)對(duì)水溫有顯著影響，說明年際變化周期化上，梯級(jí)蓄水和月份對(duì)水溫的影響完全由氣象因子變化引起(表1)。但梯級(jí)蓄水和月份對(duì)水溫的影響存在極顯著的交互作用(P< 0.001)(表1)，即不同月份水溫對(duì)梯級(jí)蓄水的響應(yīng)存在極顯著差異，且該效應(yīng)無法被協(xié)變量(氣象因子)完全解釋，說明存在單獨(dú)影響年內(nèi)不同月份水溫變化的因子，即梯級(jí)蓄水。綜上所述，年內(nèi)水溫變化主要由梯級(jí)蓄水引起，年際變化主要由氣候變化引起。

表1 氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)和向家壩-溪洛渡蓄水及月份對(duì)水溫影響的協(xié)方差分析Tab.1 Results of ANCOVA(GLM)analysis of the effects of air temperature, precipitation, insolation duration, the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu and season on water temperature

2.3 對(duì)重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間影響

向家壩為金沙江梯級(jí)電站的最后一級(jí)，其下游緊鄰長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，下游河道春季水溫“滯冷”效應(yīng)勢(shì)必影響魚類的生長(zhǎng)和繁殖[21,28,31]。根據(jù)已有的自然保護(hù)區(qū)魚類相關(guān)研究和宜賓江段魚類資源調(diào)查結(jié)果[24-27]，選擇與研究重要魚類傳統(tǒng)產(chǎn)卵場(chǎng)和捕獲地距離較近的向家壩站和朱沱站水溫為代表，在旬精度上對(duì)比向家壩-溪洛渡蓄水前后達(dá)到重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間變化，結(jié)果表明(表2)：距離向家壩水電站越近，蓄水對(duì)重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間影響越大，其中向家壩站附近達(dá)到重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間延遲30～40 d，朱沱站延遲10～20 d(對(duì)長(zhǎng)江鱘和胭脂魚已無明顯影響)。整體而言，金沙江下游梯級(jí)蓄水對(duì)重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間延遲的影響大小為：黑尾近紅鲌>長(zhǎng)薄鰍、圓口銅魚、巖原鯉>中華金沙鰍>長(zhǎng)江鱘>胭脂魚(表2)。

表2 向家壩-溪洛渡蓄水前、后重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間對(duì)比Tab.2 Comparison of water temperature periods for important fish spawning in different segments of Changjiang River before and after the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu

3 討論

氣候變化和人類活動(dòng)導(dǎo)致全球河流和湖泊水溫普遍增高，水溫節(jié)律發(fā)生改變[1-2]。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江干流宜賓-重慶河段近30年年平均水溫同樣發(fā)生了顯著增高(P<0.05)，增幅約為0.5～1.1℃(增溫速率約為0.2～0.3℃/10 a)。與長(zhǎng)江其他河段相比，該河段水溫增加幅度明顯小于長(zhǎng)江源沱沱河(2011-2015年較1977-1980年增高0.6～1.7℃)[9]，總體高于長(zhǎng)江中下游[13-15]；增溫速率高于金沙江中上游(1960-2013年增溫速率為0.063～0.170℃/10 a)和攀枝花-宜昌河段(1956-2016年增溫速率為0.051-0.247℃/10 a)[10-11]，總體與鄱陽湖表層水溫接近(1917-2017年增溫速率為0.28℃/10 a)[16](附圖Ⅰ)。說明長(zhǎng)江干流年均水溫增溫趨勢(shì)從上游至下游總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且30年增溫速率略有增加。近50年長(zhǎng)江流域的實(shí)測(cè)氣象資料表明，金沙江干流直門達(dá)以上和四川盆地是氣候變暖的敏感區(qū)域[20,32]，而研究河段及左岸主要支流岷江及沱江流經(jīng)四川盆地，因此宜賓-重慶河段水溫增高速率高于上下游河段可能與四川盆地氣溫增高速率相對(duì)較高有關(guān)。

附表Ⅰ和圖5驗(yàn)證了前文關(guān)于研究河段水溫由氣候變化和梯級(jí)開發(fā)共同驅(qū)動(dòng)的假設(shè)，協(xié)方差分析進(jìn)一步表明年內(nèi)不同月份水溫變化主要由梯級(jí)蓄水引起，年際平均水溫變化主要由氣候變化引起(表1)。事實(shí)上，水庫對(duì)下游河段水溫節(jié)律的影響一直是水電開發(fā)關(guān)注的主要生態(tài)環(huán)境影響之一[6]，長(zhǎng)江干流及主要支流已建水利水電工程多開展了相關(guān)研究，例如鄒珊等研究指出向家壩和三峽蓄水對(duì)宜昌水文站4和12月水溫變化影響最大，分別較蓄水前降溫2.6℃和增溫4℃左右[12]；劉邵偉等研究指出雅礱江水電開發(fā)導(dǎo)致其下游至金沙江干流華彈水文站四月水溫平均降低約0.8℃，12月增溫1.8℃[10]；本文通過對(duì)比向家壩-溪洛渡蓄水前后下游水文站實(shí)測(cè)水溫資料，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)蓄水后向家壩站、朱沱站和寸灘站年內(nèi)水溫過程滯后約36、13和7 d，“滯冷”和“滯熱”效應(yīng)最大分別出現(xiàn)在4-5和12月，該效應(yīng)使向家壩站4月水溫降低3.3℃，12月水溫增高3.4℃。該結(jié)果與周珊和劉邵偉等的研究結(jié)論較為一致，并且已有研究表明該效應(yīng)與溪洛渡和向家壩水庫垂向水溫分層有關(guān)，其中溪洛渡水庫的低溫水和高溫水下泄對(duì)下游水溫的影響高于向家壩[33]。

長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)魚類產(chǎn)卵期主要集中在2-5月[24-26]，向家壩-溪洛渡蓄水后春季低溫水下泄引起的“滯冷”效應(yīng)推遲了魚類適宜產(chǎn)卵水溫的時(shí)間，不同種類和個(gè)體對(duì)溫度的敏感性導(dǎo)致延遲程度不盡相同[31]。盡管魚類產(chǎn)卵受水溫、溶解氧、流速和食物等多種因素影響[1,24-26]，但水溫作為重要影響因素[2-4]，已被廣泛驗(yàn)證成為評(píng)估水利水電工程對(duì)魚類影響的關(guān)鍵指標(biāo)[7]。本文基于適宜產(chǎn)卵水溫與對(duì)應(yīng)時(shí)間的研究表明，向家壩-溪洛渡蓄水后向家壩站附近重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間延遲30～40 d，總體而言蓄水對(duì)重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間的延遲程度為：黑尾近紅鲌>長(zhǎng)薄鰍、圓口銅魚、巖原鯉>中華金沙鰍>長(zhǎng)江鱘>胭脂魚(表2)。事實(shí)上，適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間推遲不僅直接影響魚類的產(chǎn)卵時(shí)間，由于“滯冷”效應(yīng)降低了魚類性腺發(fā)育期的積溫，更造成了產(chǎn)卵期和性腺成熟期的時(shí)間不匹配。已有研究表明上述影響已使長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)中銅魚產(chǎn)卵率降低66%[21]，使葛洲壩下中華鱘有效產(chǎn)卵繁殖率降低為原來的四分之一[3]。此外，由于向家壩-溪洛渡蓄水后下游河道年內(nèi)水溫變化幅度降低(附表Ⅰ)，蓄水后不同魚類適宜產(chǎn)卵水溫和對(duì)適宜產(chǎn)卵時(shí)間的重疊面積加強(qiáng)(圖6)，不同物種間的生態(tài)位重疊程度增加。生態(tài)位重疊不僅說明物種間對(duì)資源利用的相似性增加，也將使得保護(hù)區(qū)不同魚類物種間的潛在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系加強(qiáng)[34-35]，對(duì)魚類多樣性可能產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。

圖6 向家壩-溪洛渡蓄水前、后重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫及對(duì)應(yīng)時(shí)間(以向家壩水文站為例)Fig.6 Comparison of water temperature and corresponding periods for important fish spawning in Xiangjiaba section before and after the impoundment of Xiangjiaba-Xiluodu

4 結(jié)論

本文基于長(zhǎng)江宜賓-重慶段長(zhǎng)序列水溫和氣象數(shù)據(jù)，研究了氣候變化和向家壩-溪洛渡蓄水對(duì)下游水溫變化的影響，并進(jìn)一步分析了對(duì)區(qū)域重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間的影響，結(jié)果表明：

1)長(zhǎng)江干流宜賓-重慶段近30年年平均水溫顯著增高(P<0.05)，增幅約為0.5～1.1℃；向家壩-溪洛渡蓄水后向家壩站、朱沱站和寸灘站水溫過程平均滯后約36、13和7 d，蓄水后下游河段春季“滯冷”效應(yīng)明顯，秋冬季“滯熱”效應(yīng)明顯，“滯熱”程度大于“滯冷”程度。

2)向家壩-溪洛渡蓄水后氣象因子對(duì)水溫的控制作用降低，蓄水對(duì)下游水溫的影響從向家壩站至下游逐漸減弱，至寸灘站影響已基本消除。研究河段年內(nèi)不同水溫變化主要由梯級(jí)蓄水引起，年際平均水溫變化主要由區(qū)域氣候變化(氣溫升高)引起。

3)蓄水后向家壩站附近重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間延遲30～40 d，總體而言蓄水對(duì)重要魚類適宜產(chǎn)卵水溫時(shí)間延遲程度為：黑尾近紅鲌>長(zhǎng)薄鰍、圓口銅魚、巖原鯉>中華金沙鰍>長(zhǎng)江鱘>胭脂魚，蓄水后不同魚類物種的生態(tài)位重疊程度增加。

基于上述研究結(jié)論和向家壩-溪洛渡的實(shí)際運(yùn)行方式，為減緩水電開發(fā)對(duì)水生生態(tài)的影響，建議進(jìn)一步優(yōu)化溪洛渡的疊梁門運(yùn)行調(diào)度方式，提升3-6月下泄水溫；此外，鑒于烏東德、白鶴灘水電站已相繼投產(chǎn)，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注金沙江下游四座梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行條件對(duì)下游水溫的累積影響。

5 附錄

附圖Ⅰ和附表Ⅰ見電子版(DOI: 10.18307/2023.0118)。