惠二青,毛勁喬,戴會超

(1.中國長江三峽集團公司,北京 100038; 2.河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210098)

中華鱘是我國特有的大型溯河洄游性底棲魚類,傳統(tǒng)產(chǎn)卵場主要分布在金沙江下游新市至涪陵江段。20世紀80年代中華鱘洄游線路被葛洲壩工程阻斷后,僅在葛洲壩下游觀測到一處產(chǎn)卵場,種群數(shù)量銳減。野外監(jiān)測表明,位于葛洲壩下游江段的中華鱘產(chǎn)卵時間已由之前的10月上旬至11月中旬推遲到了11月中下旬[1]。有專家和學者認為導致該現(xiàn)象的主要原因是三峽水庫蓄水后的滯溫效應(yīng),即三峽水庫自2003年蓄水運行后,深層水下泄可能使得中華鱘產(chǎn)卵適宜水溫出現(xiàn)時間推遲,并對中華鱘的性腺發(fā)育和繁殖能力產(chǎn)生了不利影響[2]。上述觀點尚需進一步研究證實,如從近年的實測資料來看,三峽水庫水溫未明顯分層;根據(jù)中華鱘研究所、長江水產(chǎn)研究所、中國科學院水生生物研究所、水利部中國科學院水工程生態(tài)研究所等多家單位的觀測資料,2011年和2012年的11月中華鱘進行了兩次產(chǎn)卵,產(chǎn)卵數(shù)量及規(guī)模沒有下降,但隨后年份出現(xiàn)較多不確定性,2013—2015年均未發(fā)現(xiàn)中華鱘在現(xiàn)存產(chǎn)卵場的自然繁殖行為。此外2015年在長江口監(jiān)測到野生中華鱘幼魚,表明2014年中華鱘可能在下游其他水域進行了自然繁殖,但繁殖的時間和地點并不能確定;2016年11月再次監(jiān)測到中華鱘在葛洲壩產(chǎn)卵場進行了自然繁殖。由此可見,上游水庫運行對中華鱘自然繁殖的影響過程與程度尚需進一步探討[3-6]。本文基于三峽水庫蓄水前后大壩及葛洲壩上下游典型斷面10月水溫和氣溫實測資料,比較三峽水庫蓄水前后中華鱘產(chǎn)卵江段水溫以及氣溫變化情況,以分析三峽水庫蓄水后水溫情勢變化對葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵江段水溫的影響。

1 中華鱘自然繁殖的基本情況

葛洲壩水利樞紐截流后,中華鱘產(chǎn)卵群體被阻隔在葛洲壩以下江段,在壩下至古老背江段形成了新產(chǎn)卵場,這是目前唯一已知的長江中華鱘現(xiàn)存產(chǎn)卵場。三峽工程運行后,長江中下游的水文水動力條件進一步發(fā)生改變,對中華鱘的自然繁殖生長產(chǎn)生了新的影響[7]。中華鱘繁殖季節(jié)一般在10月中旬至11月中旬,產(chǎn)卵適宜水溫為17～20.2℃,超出這一范圍則產(chǎn)卵頻次會顯著下降[8-12]。監(jiān)測表明,近年來葛洲壩下游江段中華鱘產(chǎn)卵期有一定程度延后,從每年的第300天左右推遲到第325天左右,產(chǎn)卵規(guī)模逐年下降。從圖1可以看出,在2003年三峽水庫蓄水前,中華鱘產(chǎn)卵規(guī)模已呈較明顯下降趨勢;三峽水庫蓄水后,產(chǎn)卵規(guī)模進一步下降,整體上在百萬粒規(guī)模的較低水平波動。

圖1 三峽水庫蓄水前后中華鱘產(chǎn)卵規(guī)模變化情況

2 三峽大壩上下游水溫與氣溫變化趨勢

2.1 蓄水后上下游斷面水溫比較

三峽水庫是狹長的河道型水庫,本文以水庫上游寸灘斷面入庫水流水溫為背景,探討大壩上下游斷面水溫變化情勢。選取廟河、黃陵廟和宜昌3個典型斷面進行分析,其中廟河斷面位于三峽大壩上游17 km處,黃陵廟斷面位于三峽大壩下游13 km處,宜昌斷面則位于葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵江段,距葛洲壩6 km,距三峽大壩44 km。由于水溫監(jiān)測資料所限,以及考慮到2013年后中華鱘產(chǎn)卵出現(xiàn)了更多的不確定性,因此本文選擇三峽水庫蓄水后10年(2003—2012年)廟河、黃陵廟和宜昌斷面的平均水溫資料,分析10月中華鱘產(chǎn)卵江段水溫變化情況,并對各斷面進行比較分析。2003—2012年三峽大壩上下游典型斷面10月水溫如圖2所示。

圖2 2003—2012年三峽大壩上下游典型斷面10月水溫比較

三峽水庫蓄水后大壩上下游斷面10月水溫總體呈升高趨勢,但在2011年后又有所下降。比較廟河、黃陵廟和宜昌斷面之間的水溫可以發(fā)現(xiàn),廟河斷面和宜昌斷面水溫溫差平均值為0.38℃,其變化幅度在-0.7～0.8℃之間(負號代表宜昌水溫高于廟河水溫),最大溫差出現(xiàn)在2003年10月。三峽水庫蓄水前,三峽大壩附近水溫變化過程較寸灘滯后,存在小幅相位差[1]；蓄水后寸灘與廟河的10月水溫差有較明顯地增加,表明庫區(qū)水溫高于同期蓄水前水溫。由于3個斷面之間并無較大支流和工業(yè)熱污染源匯入,若三峽水庫滯溫效應(yīng)是下游江段水溫變化的唯一影響源,則黃陵廟、宜昌和廟河斷面水溫變化規(guī)律應(yīng)基本一致。但由圖2可知,3個斷面水溫盡管相對差別較小,但互有高低,并未表現(xiàn)出十分明顯的相似性規(guī)律。由此可合理推測,三峽水庫蓄水并非造成中華鱘產(chǎn)卵江段水溫變化的唯一因素。

如圖3所示,三峽水庫蓄水運行后,中華鱘產(chǎn)卵江段10月日均水溫平均值及最小值均呈現(xiàn)增大趨勢,2005年后日均水溫最小值均超過了產(chǎn)卵適宜水溫,這是中華鱘自然產(chǎn)卵期逐漸推遲到了11月的原因。上游三峽水庫蓄水后,宜昌斷面水溫在10月內(nèi)的變化幅度趨于收窄,尤其是2005年后,宜昌斷面10月逐日水溫變化范圍已小于1℃。鑒于此,采用月均水溫資料對整體水溫情勢進行分析是較為適宜的。

圖3 三峽大壩蓄水后宜昌斷面各年10月逐日水溫分布箱式圖

2.2 上下游地區(qū)氣溫變化趨勢分析

下游江段水溫偏高的潛在原因包括氣候變暖、上游水庫滯溫效應(yīng)影響、周邊人類活動影響等[13-17]。全球氣溫近百年來升高了1℃左右,長江流域也不例外:上海1877—2003年氣溫升速是全球平均的2.1倍，武漢1953—2003年氣溫升速是全球的2.0倍，河源區(qū)沱沱河站氣溫升速是全球的0.7倍;1980年以來長江流域增溫加快,上海、武漢和沱沱河站氣溫增速分別是全球平均的2.9倍、3.1倍和1.2倍[18-22]。由此可見,長江流域氣溫持續(xù)升高是整體江段水溫升高的大背景。

重慶市1924—2003年多年平均氣溫18.4℃,1980—2003年多年平均氣溫18.3℃。研究發(fā)現(xiàn):1924—1983年重慶氣溫并沒有反映出變暖的趨勢,氣溫反而略有降低;1984年后,重慶呈持續(xù)增溫趨勢,僅20年氣溫就增加了約0.7℃。1984—2003年重慶站氣溫距平與全球平均氣溫距平相關(guān)性極顯著,其氣象增速是全球氣溫增速的1.9倍[22]。

自1984年以來,宜昌10月氣溫總體呈上升趨勢(圖4),這與全球氣候變暖有較為密切的關(guān)系。2000—2012年平均氣溫相對1990—1999年平均氣溫呈現(xiàn)升高趨勢,升高了約0.8℃,尤其是在2006和2009年10月,宜昌氣溫均超過了20℃。1990—2003年,長江流域城市數(shù)由197座增加到262座,干支流22個主要城市的建成區(qū)總面積增加了179%,城市道路鋪裝總面積增加了8倍，其中三峽庫區(qū)上下游地區(qū)所在城市如重慶、宜昌等增速排在前列[23]。隨著三峽庫區(qū)周邊城市化進程加快,庫區(qū)人口、城區(qū)面積以及流域不透水面積急劇上升,造成庫區(qū)溫室氣體排放量增加,這是造成庫區(qū)局地氣溫上升的重要原因之一。

圖4 1984—2012年宜昌斷面10月氣溫變化趨勢

3 斷面水溫與氣溫相關(guān)關(guān)系分析

3.1 廟河和黃陵廟斷面

廟河和黃陵廟斷面10月水溫與氣溫相關(guān)分析分別如圖5和圖6所示。從圖5可以看出,在廟河斷面,除少數(shù)異常年份外水溫與氣溫整體呈線性相關(guān)關(guān)系:

Tw=1.099Ta+1.808 (R2=0.81)

(1)

式中:Tw為水溫,℃;Ta為氣溫,℃。由圖6可知,黃陵廟斷面水溫與氣溫相關(guān)性較好,兩者關(guān)系可以近似表達為二次多項式:

(2)

圖5 廟河斷面水溫與氣溫相關(guān)關(guān)系

圖6 黃陵廟斷面水溫與氣溫相關(guān)關(guān)系

由圖5和圖6可知,廟河與黃陵廟斷面的水溫與氣溫有著顯著正相關(guān)性,據(jù)此可合理推斷全球氣候變暖的大背景和城市不透水面積的急劇增加而引起的該區(qū)域氣溫上升,是上述斷面水溫上升的主要原因之一。

圖7 2000—2012年宜昌斷面10月水溫與氣溫變化比較

3.2 宜昌斷面

圖8 宜昌斷面水溫與氣溫相關(guān)關(guān)系

利用宜昌水文站10月水溫與氣溫資料,分析比較三峽水庫蓄水前后的變化趨勢(圖7),并對其相關(guān)性進行分析(圖8)。從圖7可以看出,從2000年以來,宜昌斷面水溫和氣溫變化趨勢基本一致,兩者均呈上升趨勢。2003年6月三峽水庫開始蓄水,但實際監(jiān)測資料表明2003—2004年水溫變化卻低于前幾年;2006年4—6月三峽水庫近壩區(qū)水域首次出現(xiàn)的較大溫差現(xiàn)象,極有可能是由2005年蓄水導致的。因此,在分析三峽水庫蓄水對下游水溫的影響時,以2005年為時間節(jié)點,前5年(2000—2004年)宜昌斷面的平均水溫和平均氣溫分別為20.70℃和17.88℃,后5年(2005—2009年)分別為22.26℃和19.26℃。對比可以發(fā)現(xiàn),后5年的平均水溫和氣溫分別上升了1.56℃和1.38℃。

從圖8可以看出,除少數(shù)異常年份外宜昌斷面水溫與氣溫之間整體呈線性相關(guān)關(guān)系:

Tw=0.767Ta+7.401 2 (R2=0.67)

(3)

由式(3)可知,宜昌斷面水溫變化ΔTw與氣溫變化ΔTa的比值為

ΔTw/ΔTa=0.767

(4)

引起宜昌斷面水溫上升的影響因素包括全球氣候變暖和城市不透水面積急劇增加引起的氣溫上升、上游水庫調(diào)度運行影響、電站機組過流影響、沿岸工業(yè)熱污染源等各種因素。因為資料相對匱乏,外部因素對水溫上升的貢獻難以準確量化,因此除氣溫上升引起的貢獻單獨計算外,其他因素歸并為一類進行分析。三峽水庫蓄水后除少數(shù)異常年份外,在2003—2012年宜昌斷面平均水溫和氣溫相比蓄水前分別上升了0.83℃和0.67℃,結(jié)合式(4)可以估算得出因氣溫上升引起的水溫上升約為0.51℃,占水溫上升總量的比例約為61%。三峽水庫蓄水并非葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵江段水溫上升的唯一主要影響因素,產(chǎn)卵江段水溫上升也與局部氣溫上升密切相關(guān)。氣候變化是水溫基本變化趨勢的主導因素,三峽水庫上下游氣溫和水溫整體均呈上升趨勢。氣溫變化不但直接影響到產(chǎn)卵場水溫,同時也會通過持續(xù)影響上游三峽水庫庫區(qū)的水溫,在特定時段使得滯溫效應(yīng)進一步凸顯,通過水庫蓄放水調(diào)度操作對下游河段會產(chǎn)生影響。從另一方面來看,盡管三峽水庫蓄水引起了一定的滯溫效應(yīng),但三峽水庫的調(diào)度使得中華鱘產(chǎn)卵江段水溫變化幅度變小,有可能在較長一段時間維持最適宜水溫,一定程度上有利于中華鱘產(chǎn)卵。

4 結(jié) 語

針對三峽水庫蓄水后水溫情勢及對葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵江段造成的影響,本文以三峽水庫上游斷面為背景,基于三峽大壩上下游典型斷面水溫、水情以及氣溫實測資料開展了定量分析,結(jié)果表明:三峽水庫上下游水溫、氣溫整體均呈上升趨勢,且兩者相關(guān)關(guān)系存在顯著正相關(guān)性;三峽水庫蓄水并非葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵江段水溫上升的唯一主要影響因素,中華鱘產(chǎn)卵江段水溫上升受到局地氣溫上升的重要影響,其對水溫上升的貢獻份額約為61%。本文分析結(jié)果可在一定程度上反映三峽水庫蓄水在葛洲壩下游江段引起的滯溫效應(yīng),但三峽水庫蓄水至今水溫資料較短,需依托后續(xù)數(shù)據(jù)加以追蹤分析。

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