陳明曦, 吳 迪, 吉小盼, 郎 建

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 成都 610072)

1 前 言

中國水能資源蘊(yùn)藏豐富，是世界水電大國。目前，我國已進(jìn)入水電建設(shè)的高峰期。水電工程建設(shè)將造成工程河段水生生境的改變，庫區(qū)原有的魚類產(chǎn)卵場可能被淹沒，或受工程運(yùn)行影響，原有魚類產(chǎn)卵場的水文情形發(fā)生改變，導(dǎo)致產(chǎn)卵場受損，工程影響河段的魚類棲息地(通常認(rèn)為是“三場”，即產(chǎn)卵場、越冬場、索餌場)不斷被壓縮[1]。進(jìn)行棲息地生境修復(fù)，新建人工產(chǎn)卵場可有效緩解工程建設(shè)對(duì)水生生物資源的不利影響，是水電工程開發(fā)建設(shè)魚類保護(hù)的重要措施之一，也是恢復(fù)工程影響河段魚類資源的重要途徑之一[2]。

2 工程概述

2.1 兩河口工程概況

兩河口水電站是雅礱江中游兩河口至卡拉河段規(guī)劃的“龍頭”水庫電站，也是整個(gè)流域的控制性工程，位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。電站總裝機(jī)容量3 000MW。樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物、生態(tài)泄水建筑物和升魚機(jī)系統(tǒng)組成。工程采用堤壩式開發(fā)，擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩，最大壩高295m。水庫正常蓄水位2 865.00m，相應(yīng)庫容101.54億m3，死水位2 785.00m，調(diào)節(jié)庫容65.60億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。

2.2 魚類資源現(xiàn)狀

根據(jù)2007年和2012年對(duì)兩河口工程河段開展的水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，并結(jié)合歷史調(diào)查和文獻(xiàn)記載，兩河口水電站庫尾和平鄉(xiāng)～雅江縣城江段共有魚類12種，隸屬2目3科6屬，其中裂腹魚魚類6種，占總種數(shù)的50%；高原鰍屬魚類4種，占33.3%；鮡科魚類2種，占16.67%。工程河段的主要漁獲物由短須裂腹魚、長絲裂腹魚、軟刺裸裂尻魚等組成。

3 人工魚類產(chǎn)卵場工程設(shè)計(jì)

3.1 產(chǎn)卵對(duì)象及服務(wù)季節(jié)

工程河段魚類種類較少，人工產(chǎn)卵場的服務(wù)對(duì)象為工程河段的12種魚類。其中裂腹魚類產(chǎn)卵場主要服務(wù)對(duì)象包括短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、裸腹葉須魚、厚唇裸重唇魚、軟刺裸裂尻魚共計(jì)6種魚類；鮡科、鰍科魚類產(chǎn)卵主要服務(wù)對(duì)象包括黃石爬鮡、青石爬鮡、斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細(xì)尾高原鰍共計(jì)6種魚類。

本工程河段裂腹魚類主要包括四川裂腹魚、長絲裂腹魚等，產(chǎn)卵季節(jié)主要集中在3～6月(其中軟刺裸裂尻魚在8～9月產(chǎn)卵)；石爬鮡類包括青石爬鮡、黃石爬鮡，產(chǎn)卵季節(jié)集中在6～7月；高原鰍類包括斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細(xì)尾高原鰍，產(chǎn)卵季節(jié)集中在 7～8月。因此裂腹魚類產(chǎn)卵場服務(wù)季節(jié)為每年的3～9月；鮡科、鰍科魚類產(chǎn)卵服務(wù)季節(jié)為每年的6～9月。

3.2 關(guān)鍵生境因子

3.2.1 流速與水深

裂腹魚類、部分鰍類及鮡科魚類產(chǎn)卵場的地理環(huán)境的共同特點(diǎn)表現(xiàn)為：產(chǎn)卵場地或地處兩江匯合口附近處、河道急轉(zhuǎn)彎處；或河面較寬，向陽、光照充足；或有急流險(xiǎn)灘，具沙和石礫硬質(zhì)底質(zhì)；或地處順流河槽，一側(cè)深水流急，另一側(cè)為沙灘或卵石灘，水流較緩；或在豐水期河水流向急轉(zhuǎn)，形成旋渦，在枯水期露出水面的沙灘或卵石灘，底質(zhì)主要為卵石及泥沙。

裂腹魚繁殖期間喜好水流較急、流態(tài)紊亂的水流，這對(duì)其繁殖過程中的產(chǎn)卵、受精等行為具有重要的生態(tài)學(xué)意義。根據(jù)陳明千等(2013)[3]對(duì)岷江上游齊口裂腹魚的研究，其產(chǎn)卵場具有水深較小，流速、弗汝德數(shù)、流速梯度、動(dòng)能梯度、水平渦量較大的特點(diǎn)，產(chǎn)卵河段平均水深1.18～1.76m、平均流速1.27～2.02m/s，平均流速梯度0.09～0.21s-1，平均弗汝德數(shù)0.28～0.48。根據(jù)陳永祥等(1997)[4]對(duì)烏江六沖河四川裂腹魚產(chǎn)卵場的研究，產(chǎn)卵河段河灘寬約30m，深約1m。在0.25m水深處表層水流速為0.5m/s，0.5m水深處流速為1.34m/s，1m水深處為2.56m/s。宋旭燕等(2014)[5]對(duì)重口裂腹魚繁殖的研究，繁殖期最適宜水深范圍為0.5～1.5m，最適宜流速范圍為1.5～2.5m/s。根據(jù)王玉蓉等(2010)[6]的研究，在西南山區(qū)河流中，裂腹魚對(duì)最低水面寬的需求應(yīng)不低于20m，對(duì)最低平均流速的需求應(yīng)不低于0.2m/s，對(duì)最低平均水深的需求應(yīng)不低于0.4m。

青石爬鮡產(chǎn)卵期6～7月，喜好急流、河灘上產(chǎn)卵，產(chǎn)卵河段最適宜流速為1～1.74m/s，最適宜水深為0.45～1m(蔣紅霞，2012)[7]。

高原鰍類繁殖季節(jié)集中在6～8月，主要在流水灘上產(chǎn)卵，底質(zhì)以卵石和細(xì)沙為主，附近江段為礫石、卵石廣布的流水環(huán)境。根據(jù)何學(xué)福等(1999)[8]研究表明，貝氏高原鰍產(chǎn)卵場水流速度約0.5～0.6m/s，水深0.5～1.0m。

3.2.2 基質(zhì)

裂腹魚類、高原鰍類及石爬鮡類繁殖產(chǎn)卵均需要礫石、卵石基質(zhì)，它們產(chǎn)的卵或直接粘附在卵石上發(fā)育，或在石頭縫隙中發(fā)育。裂腹魚類產(chǎn)卵期有集群行為，雄魚有筑窩習(xí)性。裂腹魚類有著特殊的臀鱗形態(tài)，裸裂尻魚屬、裸鯉屬的許多種類的臀鰭最后一枚分支鰭條硬化，尖端勾曲。這些裂腹魚類的特殊結(jié)構(gòu)可協(xié)助雄魚在產(chǎn)卵過程中掘坑，并且在產(chǎn)卵過程中起到很好的保護(hù)作用。根據(jù)陳永祥(1997)[4]的研究結(jié)果，四川裂腹魚產(chǎn)卵活動(dòng)多在夜間進(jìn)行，產(chǎn)卵前有追逐行為且產(chǎn)卵前雄魚有筑窩習(xí)性，常用尾鰭和臀鰭推掃出直徑30～50cm的“窩”；四川裂腹魚產(chǎn)卵場多位于淺灘卵石、泥沙混合底質(zhì)河段，卵石直徑3～80 mm，大多10～35mm，卵石上及卵石間為泥沙。根據(jù)蔡林鋼等(2013)[9]的研究，與裸腹重唇魚相近的新疆裸重唇魚產(chǎn)卵場為卵石底質(zhì)，直徑50～300mm。

高原鰍屬魚類多在流水灘上產(chǎn)卵，底質(zhì)以小卵石、細(xì)沙為主，受精卵遇水即膨脹，產(chǎn)生較強(qiáng)粘性，隨水流分散并粘附于底質(zhì)上發(fā)育、孵化(何學(xué)福等，1999)[8]。

石爬鮡通常生活在水流湍急、河床多礫石、塊石的江河支流和山澗溪流中，以胸、腹鰭的腹面皺褶吸附在礫石或石塊上營底棲生活，其產(chǎn)卵場底質(zhì)以巖石和礫石為主，受精卵粘附在石塊或巖石縫中發(fā)育(蔣紅霞等，2012)[7]。

3.2.2 生境要求

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料調(diào)研成果，并結(jié)合對(duì)兩河口工程河段天然魚類產(chǎn)卵場基質(zhì)的調(diào)研成果以及已建的雅礱江官地水電站人工魚類產(chǎn)卵場的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步擬定各類型的魚類產(chǎn)卵場基質(zhì)、流速、水深的參數(shù)要求，具體見下表。

表 人工魚類產(chǎn)卵場關(guān)鍵生境因子Tab. The key habitat factor of artificial fish spawning field

3.3 選址

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地查勘，并結(jié)合水文地質(zhì)條件，兩河口魚類產(chǎn)卵場推薦選址位于兩河口庫尾和平鄉(xiāng)吊橋上游及下游側(cè)。兩塊場地可用面積分別約0.8hm2與1.1hm2，水深與流速條件較好，周邊卵石料源豐富，且在魚類產(chǎn)卵季節(jié)上述兩處場址基本不受水庫運(yùn)行調(diào)度影響。圖1為推薦場址衛(wèi)星圖片。其中場址A規(guī)劃為裂腹魚類產(chǎn)卵場，場址B規(guī)劃為鮡類與鰍類魚類產(chǎn)卵場。

圖1 人工魚類產(chǎn)卵場場地衛(wèi)星圖片F(xiàn)ig.1 Satellite picture of the site of artificial fish spawning field construction

3.4 生境適宜性分析

3.4.1 流場分析

根據(jù)主要產(chǎn)卵對(duì)象的產(chǎn)卵季節(jié)河段流量數(shù)據(jù)以及實(shí)測水下地形資料，建立數(shù)值模型，開展二維流場數(shù)值模擬，分析場區(qū)流場情況，其成果見圖2(a)～(g)。

3.4.2 生境適宜性分析

一般國內(nèi)棲息地生境關(guān)系問題的研究通常是將加權(quán)可利用面積(WUA)作為棲息地生境的主要評(píng)判依據(jù)，認(rèn)為WUA 越大，生境的適應(yīng)性越好[10]。

假設(shè)水深、流速、基質(zhì)和覆蓋物是流量變化對(duì)物種數(shù)量和分布造成影響的主要因素。調(diào)查分析指示物種對(duì)水深、流速等的適宜要求，繪制水深、流速等環(huán)境參數(shù)與喜好度(被表示為0～1之間的值)之間的適宜性曲線。將河道橫斷面分隔成間隔為W的n個(gè)部分單元，根據(jù)適宜性曲線確定每個(gè)分隔部分的環(huán)境喜好度，即水位喜好度(Sh)、流速喜好度 (Sv)、基質(zhì)喜好度 (Ss)、河面覆蓋喜好度 (Sc)。根據(jù)下列公式計(jì)算每個(gè)斷面、每個(gè)指示物種的權(quán)重可利用面積(WUA)，其中Ai寬度為w，長度為兩個(gè)相鄰斷面距離的陰影部分的水平面積。計(jì)算不同流量下的WUA，繪制流量與WUA曲線，WUA越大，表明生物在該流量下對(duì)生境越適宜。

鑒于河段基質(zhì)和覆蓋物條件相同，本次選擇水深與流速兩個(gè)生境因子進(jìn)行生境適宜性分析。根據(jù)文獻(xiàn)資料調(diào)研結(jié)果及已建的雅礱江官地水電站人工魚類產(chǎn)卵場的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擬定裂腹魚類、石爬鮡類、高原鰍類對(duì)流速以及水深的適宜性曲線，見圖3(a)～(f)。

圖2 建設(shè)場地3～9月流場數(shù)值模擬成果Fig.2 Numerical simulation results of 3～9 month flow field in construction site

根據(jù)上述適宜性曲線，建立PHABSIM模型對(duì)生境適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。裂腹魚類評(píng)價(jià)結(jié)果為圖4中(a)～(g)，評(píng)價(jià)時(shí)段為裂腹魚的產(chǎn)卵季節(jié)3～9月；鮡類魚類產(chǎn)卵場評(píng)價(jià)結(jié)果為圖4中(h)～(i)，評(píng)價(jià)時(shí)段為鮡類魚類的產(chǎn)卵季節(jié)6～7月；鰍類魚類產(chǎn)卵場評(píng)價(jià)結(jié)果為圖4中(j)～(k)，評(píng)價(jià)時(shí)段為鰍類魚類的產(chǎn)卵季節(jié)7～8月。

圖3 產(chǎn)卵魚類生境適宜性曲線Fig.3 Suitability curve of spawning fish

圖4 生境適宜性分析成果Fig.4 Results of habitat suitability analysis

3.5 分區(qū)及總平面布置

從上節(jié)適宜性評(píng)價(jià)可知，在原擬定的產(chǎn)卵場區(qū)域范圍內(nèi)，4種產(chǎn)卵場適宜性較高的區(qū)域均位于規(guī)劃區(qū)域中部位置。

根據(jù)工程河段漁獲物的占比確定各類型產(chǎn)卵場的面積比例。其中裂腹魚類產(chǎn)卵場中的短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、裸腹葉須魚類產(chǎn)卵場為平面圖中的Ⅰ區(qū)，面積占A區(qū)的75%；厚唇裸重唇魚與軟刺裸裂尻魚魚類產(chǎn)卵場為平面圖的Ⅱ區(qū)，面積占A區(qū)的25%。鮡科與鰍科魚類產(chǎn)卵場中，黃石爬鮡、青石爬鮡產(chǎn)卵場為平面圖中Ⅲ區(qū)，面積占B區(qū)的50%；斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細(xì)尾高原鰍產(chǎn)卵場為平面圖中Ⅳ區(qū)，面積占B區(qū)的50%。

裂腹魚類產(chǎn)卵場場地總體呈扇形布置，控制軸線上游端圓弧半徑100.00m，圓弧角度45.78°；控制軸線下游端圓弧半徑200.00m，圓弧角度35.28°，兩圓弧間采用直線段過度，場地總面積11 394.00m2，從上游向下依次為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)，整個(gè)布置以控制軸線為基礎(chǔ)展開。

鮡科與鰍科魚類產(chǎn)卵場場地呈扇形布置，控制軸線圓弧半徑110.00m，圓弧角度122.08°，場地總面積4 987.00m2。從上游向下依次為Ⅲ區(qū)與Ⅳ區(qū)，整個(gè)布置以控制軸線為基礎(chǔ)展開。分區(qū)及平面布置見圖5。

圖5 兩河口人工魚類產(chǎn)卵場分區(qū)及總平面布置圖Fig.5 The map of regional division and layout of Lianghekou artificial fish spawning field

3.6 運(yùn)行與管理要求

人工魚類產(chǎn)卵場建成以后，需要很好地管理和維護(hù)，以保證產(chǎn)卵場的正常運(yùn)行。

3.6.1 宣傳教育

在產(chǎn)卵場岸邊設(shè)置宣傳保護(hù)牌。標(biāo)識(shí)該區(qū)域?yàn)槿斯~類產(chǎn)卵場，禁止任何形式的捕魚行為。禁止無關(guān)人員進(jìn)入產(chǎn)卵場河段從事涉水及漁業(yè)活動(dòng)，尤其是魚類繁殖季節(jié)。

3.6.2 水質(zhì)監(jiān)測

定期監(jiān)測水質(zhì)狀況，及時(shí)了解產(chǎn)卵場區(qū)域水體的溶氧、水溫、流速、水位、懸浮物、pH值等參數(shù)。

3.6.3 清淤

兩河口產(chǎn)卵場基質(zhì)部分是卵石、塊石，部分為沙卵石混合基質(zhì)。因此產(chǎn)卵場建成投入運(yùn)行后，須加強(qiáng)巡查，要經(jīng)常檢查產(chǎn)卵場是否有大型樹枝、漂木及其他雜物等滯留，保證水流暢通。每次洪水季節(jié)過后，要進(jìn)行全面檢查和維護(hù)，及時(shí)清理洪水帶來的污染物，對(duì)卵石、塊石基質(zhì)的產(chǎn)卵場清除卵石表面泥漿、泥沙，補(bǔ)充卵石、塊石等基質(zhì)材料；對(duì)于砂卵基質(zhì)的產(chǎn)卵場應(yīng)及時(shí)清除部分覆蓋過厚的泥沙。人工產(chǎn)卵場的清淤與維護(hù)可選擇在枯水期河道水位較低時(shí)進(jìn)行。

4 結(jié) 語

水電工程的建設(shè)不可避免地對(duì)工程河段的水生生態(tài)特別魚類棲息地造成不利影響。本文以兩河口人工魚類產(chǎn)卵場為例，根據(jù)文獻(xiàn)資料調(diào)研確定各主要魚類對(duì)產(chǎn)卵場的生境因子，并通過流場數(shù)值模擬以及建立PHABSIM模型對(duì)場地生境適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而根據(jù)模擬評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)產(chǎn)卵場進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)。其成果對(duì)于其它水電工程魚類棲息地的生境修復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義。

在進(jìn)行生境適宜性評(píng)價(jià)時(shí)僅考慮水深及流速兩個(gè)生境因子，忽略了其它參數(shù)，如水溫和底質(zhì)等，這對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果將產(chǎn)生一定的影響。隨著生境修復(fù)技術(shù)的不斷提高可進(jìn)一步開展產(chǎn)卵魚類有關(guān)水溫、底質(zhì)的調(diào)查研究工作，從而進(jìn)一步提高生境適宜度模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，以指導(dǎo)人工魚類產(chǎn)卵場的設(shè)計(jì)。