李 倩，李 翀，駱輝煌

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水環(huán)境研究所，北京 100038；2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，北京 100038）

1 研究背景

水溫是影響魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)發(fā)育最重要的生態(tài)因子之一[1]，它通過(guò)影響新陳代謝的速率，對(duì)魚(yú)類(lèi)生活史的各個(gè)階段均有一定的影響。每種魚(yú)都有各自的生長(zhǎng)適溫，在適溫范圍內(nèi)，消化速率、攝食率和耗氧量等因素往往與水溫呈正相關(guān)關(guān)系，因此，溫度的變化會(huì)影響到攝食、呼吸等魚(yú)類(lèi)生命活動(dòng)[2]，繁殖期和魚(yú)類(lèi)的早期發(fā)育階段（包括卵、仔魚(yú)和稚魚(yú)3個(gè)時(shí)期[3]）對(duì)水溫的變化尤其敏感。Jensen[4]通過(guò)對(duì)溫度與大馬哈魚(yú)體重的相關(guān)關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)在餌料供應(yīng)充足的條件下，最適生長(zhǎng)溫度大約為15℃；易伯魯?shù)萚5]認(rèn)為，當(dāng)水溫超過(guò)18℃后，江水上漲，四大家魚(yú)就會(huì)產(chǎn)卵；郭永燦[6]認(rèn)為在適宜條件下魚(yú)類(lèi)的胚胎發(fā)育速度隨水溫的增高而加快。

大型水庫(kù)蓄水后，下泄水溫會(huì)發(fā)生變化。年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，由于水庫(kù)的興建形成了巨大的停滯水域，太陽(yáng)輻射和水的理化特性改變，使河道原來(lái)流動(dòng)的、水溫基本混摻均勻的水體轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)靜止或流動(dòng)十分緩慢的大體積水體[7]，會(huì)在垂向方向上呈現(xiàn)出水溫分層現(xiàn)象。由于水庫(kù)水溫分層現(xiàn)象或滯溫效應(yīng)等作用，下泄水溫會(huì)異于原天然河道的水溫，一般是春夏季節(jié)偏低，秋冬季節(jié)偏高。若水庫(kù)下泄低溫水，對(duì)魚(yú)類(lèi)的直接影響是導(dǎo)致其繁殖季節(jié)推遲、當(dāng)年幼魚(yú)的生長(zhǎng)期縮短、生長(zhǎng)速度減緩、個(gè)體變小等[8]。

為保護(hù)國(guó)家及地方重點(diǎn)保護(hù)的珍稀瀕危魚(yú)類(lèi)和其它長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)及其賴以生存的自然環(huán)境，2000年4月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建立長(zhǎng)江上游珍稀、特有魚(yú)類(lèi)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“保護(hù)區(qū)”），保護(hù)區(qū)內(nèi)有達(dá)氏鱘、白鱘、胭脂魚(yú)等3種國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)魚(yú)類(lèi)以及圓口銅魚(yú)、巖原鯉、長(zhǎng)薄鰍等65種特有魚(yú)類(lèi)。

根據(jù)《長(zhǎng)江流域綜合利用規(guī)劃》，金沙江下游干流已在建或規(guī)劃向家壩、溪洛渡、白鶴灘和烏東德4座梯級(jí)電站。這4座梯級(jí)總庫(kù)容459.88億m3，總裝機(jī)容量4 296萬(wàn)kW，均為高壩巨型電站。從圖1中可以看出，金沙江梯級(jí)電站最下游的向家壩水電站距保護(hù)區(qū)上游僅1.8km，梯級(jí)電站運(yùn)行造成的低溫水下泄將直接影響其下游干流保護(hù)區(qū)河段[9]。

上游保護(hù)區(qū)的魚(yú)類(lèi)，作為金沙江下游梯級(jí)電站下泄低溫水的主要影響對(duì)象，其生命史各階段的水溫需求，即生態(tài)水溫目標(biāo)，是梯級(jí)電站采取環(huán)境保護(hù)措施、制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案的基礎(chǔ)。但是，目前對(duì)于保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)的生態(tài)水溫需求研究?jī)H限于某幾種瀕危級(jí)別高或者經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的魚(yú)，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)所有珍稀特有魚(yú)類(lèi)的生態(tài)水溫需求尚無(wú)系統(tǒng)研究。本文在相關(guān)生物學(xué)資料較為稀缺的條件下，根據(jù)水文站多年觀測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)，提出應(yīng)用生態(tài)水文學(xué)中的變化范圍法（Ranges of Variability Approach，RVA）[10]來(lái)確定保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)生態(tài)適宜水溫的方法，研究保護(hù)區(qū)珍稀特有魚(yú)類(lèi)的生態(tài)水溫目標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 水溫?cái)?shù)據(jù)屏山水文站位于向家壩壩址上游33km處（如圖1所示），是距壩址最近的有水溫觀測(cè)記錄水文站。屏山水文站與向家壩壩址區(qū)間無(wú)支流匯入，水溫、氣象條件基本一致，因此，可將天然條件下向家壩壩址處的水溫取為屏山站的水溫。本文搜集了屏山水文站1961—1976年、1978—1988年的實(shí)測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)。屏山站的實(shí)測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)為月序列數(shù)據(jù)，包含旬均、月均、月最高及月最低水溫。其中1977年水溫?cái)?shù)據(jù)在水文年鑒中無(wú)記錄，考慮到資料的連續(xù)性對(duì)本研究結(jié)果的影響不大，未進(jìn)行插補(bǔ)。近年來(lái)金沙江支流的二灘水電站、干流的溪洛渡、向家壩水電站相繼開(kāi)工建設(shè)，不能排除外界干擾，因此未采用近年來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 魚(yú)類(lèi)信息以中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所編制的《長(zhǎng)江上游珍稀、特有魚(yú)類(lèi)及保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)資源與環(huán)境檢測(cè)（Ⅱ）2007年度報(bào)告》中提到的65種特有魚(yú)類(lèi)和3種珍稀魚(yú)類(lèi)為研究對(duì)象，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研的方式搜集了其生活史各階段的適宜水溫。資料的主要來(lái)源是《四川魚(yú)類(lèi)志》[11]、《長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)》[12]、《長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)早期資源》[3]、《長(zhǎng)江水系漁業(yè)資源》[13]、中國(guó)科學(xué)院中國(guó)動(dòng)物物種編目數(shù)據(jù)庫(kù)以及其他一些網(wǎng)站資料和生物學(xué)研究論文[15-36]。

2.3 天然水溫包絡(luò)圖統(tǒng)計(jì)屏山站1961—1976年、1978—1988年各月最高水溫和最低水溫，找出各月最高水溫中的最大值（極限最大值）和最低水溫中的最小值（極限最小值）分別繪制成曲線，水溫就在極限最大值曲線和極限最小值曲線包圍的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。同時(shí)將多年月平均水溫也繪制在圖中，得屏山站天然水溫包絡(luò)圖見(jiàn)圖2。

魚(yú)類(lèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久以來(lái)的適應(yīng)及進(jìn)化，選擇生存在各自的水域中。從這個(gè)角度來(lái)講，保護(hù)區(qū)河段的天然水溫范圍可以代表生存在保護(hù)區(qū)的珍稀特有魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)水溫范圍，但是這個(gè)范圍相對(duì)魚(yú)類(lèi)生命周期的各個(gè)階段的適宜范圍來(lái)講，是有些寬泛的，且不能排除極端情況的干擾，因此，本文采用變動(dòng)范圍法來(lái)進(jìn)一步縮小區(qū)間，確定更為適宜的水溫范圍作為生態(tài)水溫目標(biāo)。

2.4 變動(dòng)范圍法變動(dòng)范圍法（RVA）建立在水文變化指標(biāo)（Indicators of Hydrological Alteration，IHA）體系之上。IHA指標(biāo)體系采用各月平均流量、年最大流量出現(xiàn)日期等32個(gè)水文指標(biāo)變量來(lái)評(píng)價(jià)生態(tài)水文情勢(shì)的適宜度[10]。RVA法是用來(lái)確定32個(gè)水文指標(biāo)變量管理目標(biāo)的一種方法。首先，確定32個(gè)水文指標(biāo)在天然情況下的變動(dòng)范圍。然后，根據(jù)RVA法，用一定的規(guī)則或算法確定每一個(gè)水文指標(biāo)滿足生態(tài)需求的適宜變動(dòng)范圍，以此作為管理目標(biāo)?；谶@個(gè)管理目標(biāo)，可以建立一套管理規(guī)則或管理體系，并以其運(yùn)用后反饋的生態(tài)效應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)進(jìn)一步改善管理規(guī)則[14]。

RVA方法確定適宜變動(dòng)范圍的方法有兩種，一種是用平均值加減一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差作為其上下限[10]，另外一種是用各指標(biāo)多年資料排頻后25%～75%的區(qū)間作為適宜變動(dòng)范圍[15]。

本文采用RVA方法的思路，以水溫為唯一的生態(tài)指標(biāo)，在其天然情況下的變動(dòng)范圍（即屏山站天然水溫包絡(luò)圖2）以及平均值已知的情況下，采用平均值加減標(biāo)準(zhǔn)差的方法確定滿足生態(tài)需求的適宜變動(dòng)范圍。

3 結(jié)果與討論

3.1 魚(yú)類(lèi)適宜產(chǎn)卵水溫調(diào)研結(jié)果通過(guò)資料調(diào)研，發(fā)現(xiàn)有關(guān)保護(hù)區(qū)68種珍稀特有魚(yú)類(lèi)除白鱘、達(dá)氏鱘、胭脂魚(yú)、長(zhǎng)薄鰍、黑尾近紅鲌、厚頜魴、巖原鯉等瀕危程度較高或經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大的魚(yú)類(lèi)之外，對(duì)其他魚(yú)類(lèi)的研究較少。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，有文獻(xiàn)資料記載繁殖時(shí)期的魚(yú)共有35種，其中有產(chǎn)卵時(shí)期適宜水溫范圍記錄的僅有17種，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)區(qū)珍稀特有魚(yú)類(lèi)繁殖期及產(chǎn)卵適宜水溫范圍統(tǒng)計(jì)

3.2 生態(tài)水溫需求計(jì)算采用RVA方法，計(jì)算了1961—1976年、1978—1988年共28年的序列的水溫多年月平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，統(tǒng)計(jì)了月平均水溫波動(dòng)的上下范圍，并將多年月平均值加減標(biāo)準(zhǔn)差作為RVA目標(biāo)的上限和下限，見(jiàn)圖3。

3.3 生態(tài)水溫目標(biāo)與已有文獻(xiàn)成果對(duì)比將調(diào)研得到的17種有確切魚(yú)類(lèi)生物學(xué)研究的產(chǎn)卵水溫范圍與用RVA方法推求的生態(tài)水溫目標(biāo)相進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 保護(hù)區(qū)珍稀特有魚(yú)類(lèi)適宜生態(tài)水溫

由RVA方法推求的魚(yú)類(lèi)生態(tài)水溫目標(biāo)，與通過(guò)純生物學(xué)方法研究的魚(yú)類(lèi)各生命史過(guò)程中不同階段的水溫需求是有一定差別的。首先在于研究室內(nèi)確定的水溫需求與魚(yú)類(lèi)在野外河流中的水溫需求，由于環(huán)境條件、空間尺度等因素的差別，是存在不一致的。再者，月尺度上的水溫分析，對(duì)于月內(nèi)的水溫過(guò)程變化進(jìn)行了光滑平均，反映的是水溫的月平均或一種趨勢(shì)。但是，二者的差別，是在可以接受的范圍內(nèi)。

由表2可見(jiàn)，在17種有產(chǎn)卵適宜水溫記錄的魚(yú)類(lèi)中，文獻(xiàn)記錄中的產(chǎn)卵適宜水溫與RVA方法推求的產(chǎn)卵生態(tài)水溫目標(biāo)的相近程度高的有12種，相近程度中等的有3種，相近程度低的有2種，可以認(rèn)為用RVA方法確定的魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵期的適宜水溫目標(biāo)是比較可靠的，可以用來(lái)進(jìn)一步縮小由水溫包絡(luò)圖確定的適宜水溫范圍。

另外，由于對(duì)保護(hù)區(qū)珍稀特有魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)的具體分布江段調(diào)研資料稀缺，目前無(wú)法具體推算到某種魚(yú)類(lèi)在某個(gè)江段的水溫需求。但是，研究表明在較短范圍內(nèi)水庫(kù)下泄的低溫水的水溫沿程變化緩慢，因此，魚(yú)類(lèi)在保護(hù)區(qū)內(nèi)產(chǎn)卵場(chǎng)的具體分布對(duì)本研究的影響不大。

因此，基于水文站多年水溫觀測(cè)，由RVA方法推求的魚(yú)類(lèi)生態(tài)水溫目標(biāo)，在沒(méi)有生物學(xué)研究的魚(yú)類(lèi)具體水溫需求情形下，可以作為一種快速的應(yīng)用方法，提出受電站下泄低溫水影響的魚(yú)類(lèi)生態(tài)水溫目標(biāo)，確定各月適宜水溫范圍，為電站環(huán)境保護(hù)措施采取、水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案制定提供生物保護(hù)目標(biāo)需求。

4 結(jié)論

本文根據(jù)屏山水文站1961—1976年、1978—1988年的水溫觀測(cè)記錄，繪制出天然水溫包絡(luò)圖，并基于生態(tài)水文學(xué)中的變化范圍法（RVA方法），研究了保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)生態(tài)適宜水溫，確定了保護(hù)區(qū)珍稀特有魚(yú)類(lèi)的生態(tài)水溫目標(biāo)。本研究用有文獻(xiàn)記錄的17種保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵適宜水溫范圍與用變化范圍法確定的適宜生態(tài)水溫目標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，二者重疊比例較高，可認(rèn)為RVA方法確定的適宜生態(tài)水溫目標(biāo)是可靠的。

在相關(guān)生物學(xué)資料較為稀缺的條件下，根據(jù)水文站多年觀測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)，采用基于變化范圍法的生態(tài)適宜水溫確定方法來(lái)研究保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)生態(tài)水溫目標(biāo)，是一種快速有效的方法。根據(jù)該方法提出的各月適宜水溫范圍以及魚(yú)類(lèi)生態(tài)水溫目標(biāo)，可為電站環(huán)境保護(hù)措施采取、水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案制定提供生物保護(hù)目標(biāo)需求。

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