徐 薇， 楊 志， 陳小娟， 陶江平， 潘曉潔， 李鍵庸

水利部中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所, 水利部水工程生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北省水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程技術(shù)研究中心, 湖北 武漢 430079

水庫調(diào)度導(dǎo)致流量變異性降低，抑制流量峰值，增加短脈沖洪水的頻率[1]，對(duì)許多產(chǎn)漂流性卵魚類的產(chǎn)卵活動(dòng)造成了明顯的影響[2]. 以興利和防洪為主的傳統(tǒng)水庫調(diào)度已逐步轉(zhuǎn)向生態(tài)調(diào)度，即將各生態(tài)因子納入到傳統(tǒng)水庫調(diào)度中，旨在恢復(fù)和維系河流生態(tài)系統(tǒng)[3]. 目前，國(guó)內(nèi)尤其是在長(zhǎng)江流域通過水庫調(diào)度促進(jìn)重要魚類自然繁殖已成為生態(tài)調(diào)度的主要目標(biāo)，對(duì)于水生生物資源保護(hù)具有十分重要的意義.

我國(guó)特有的產(chǎn)漂流性卵的典型魚類有草魚(Ctenopharyngodonidellus)、青魚(Mylopharyngodonpiceus)、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)和鳙(Aristichthysnobilis)，被合稱為四大家魚. 四大家魚是長(zhǎng)江水系魚類資源的重要組成部分，也是長(zhǎng)江中游江湖洄游性魚類的代表，長(zhǎng)江宜昌至城陵磯江段是四大家魚最主要的繁殖棲息地[4]. 以往對(duì)四大家魚自然繁殖的水文水力學(xué)條件開展了大量的研究，發(fā)現(xiàn)除水溫之外，合適的漲水條件是刺激產(chǎn)卵的一個(gè)必要因素，與其他產(chǎn)漂流性卵魚類相比，四大家魚在漲水時(shí)期內(nèi)發(fā)生產(chǎn)卵的次數(shù)和天數(shù)相對(duì)較少，其對(duì)水文條件的要求相對(duì)較高[5]. 20世紀(jì)50年代提出了三峽工程對(duì)長(zhǎng)江四大家魚資源影響的問題，隨后在三峽工程論證、建設(shè)和運(yùn)行階段，四大家魚也是關(guān)注和研究的焦點(diǎn). 三峽工程建設(shè)運(yùn)行前后大量研究[6-10]表明，四大家魚繁殖規(guī)模的減少與三峽大壩蓄水運(yùn)行引起的宜昌江段水溫、水文情勢(shì)變化密切相關(guān)，水溫變化導(dǎo)致了四大家魚繁殖時(shí)間推遲，水文情勢(shì)變化導(dǎo)致了繁殖水文條件惡化，繁殖規(guī)模下降. 2010年三峽工程首次蓄水至175 m正常蓄水位，針對(duì)四大家魚自然繁殖狀況堪憂的現(xiàn)實(shí)，在2011年6月首次開展了針對(duì)四大家魚自然繁殖的三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，為促進(jìn)長(zhǎng)江中游四大家魚資源的恢復(fù)邁出了重要一步. 此后，每年5—6月持續(xù)實(shí)施三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)和效果監(jiān)測(cè)工作，不斷積累了調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)成果.

為評(píng)估三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果，水利部中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所在長(zhǎng)江中游沙市江段設(shè)點(diǎn)開展了持續(xù)的監(jiān)測(cè)調(diào)查工作，目前已經(jīng)積累了2011—2018年較長(zhǎng)時(shí)間序列的魚類早期資源、水文環(huán)境要素等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù). 該研究著重從生態(tài)調(diào)度期間四大家魚繁殖、水文環(huán)境要素動(dòng)態(tài)變化，以及四大家魚自然繁殖對(duì)生態(tài)調(diào)度水文過程響應(yīng)等方面，對(duì)三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)成果進(jìn)行總結(jié)，對(duì)生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果進(jìn)行初步分析，進(jìn)而提出三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)方案的優(yōu)化建議.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

圖1 長(zhǎng)江中游采樣站點(diǎn)及斷面示意圖Fig.1 Sampling area and transaction sites in the Middle Yangtze River

長(zhǎng)江中游沙市江段距上游的葛洲壩樞紐約150 km，距三峽大壩約188 km. 宜昌至沙市江段有順直河道、彎曲河道以及沙洲等不同的生境類型，歷史上有多個(gè)四大家魚的產(chǎn)卵場(chǎng)分布. 由圖1可見，魚類早期資源固定采樣點(diǎn)選在長(zhǎng)江中游荊州沙市區(qū)荊江水文躉船，該點(diǎn)位于地處長(zhǎng)江北岸的主泓一側(cè)，距岸邊約100 m (30°18′52.58″N、112°13′45.03″E)，該處位于沙市水文站附近. 魚卵汛高峰時(shí)期的斷面采樣位置為覆蓋固定采樣點(diǎn)所在的河道斷面.

1.2 三峽水庫生態(tài)調(diào)度實(shí)施過程

由表1可見，2012—2018年三峽水庫共實(shí)施了11次生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，2012年、2015年、2017年、2018年均為2次，2013年、2014年、2016年均為1次. 其中，2017年5月首次開展了溪洛渡、向家壩、三峽梯級(jí)水庫聯(lián)合生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，向家壩水庫和三峽水庫同步開始加大出庫流量，以滿足生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)要求.

根據(jù)實(shí)際調(diào)度情況統(tǒng)計(jì)，生態(tài)調(diào)度時(shí)間集中在5月下旬至6月下旬，三峽出庫起始流量介于 6 200～14 600 m3/s之間，出庫流量日增幅介于 1 050～3 130 m3/s之間(見表1). 生態(tài)調(diào)度期間宜昌江段持續(xù)漲水時(shí)間范圍2～9 d，水位日均漲幅范圍0.43～1.83 m，流量日均增幅范圍 1 080～5 800 m3/s，調(diào)度起始時(shí)水溫范圍17.5～23.5 ℃，調(diào)度時(shí)宜昌江段水溫除2013年未達(dá)到18 ℃ (但沙市江段已達(dá)到)外，其余年份的水溫都介于四大家魚自然繁殖適宜范圍(20～24 ℃).

1.3 采樣方法

采樣時(shí)間為2011—2018年每年5月中旬至7月中旬，不同年份中的采樣起始時(shí)間略有差異，但都保證持續(xù)采樣60 d左右，因2011年只采樣1個(gè)月，所以未納入分析.

采用弶網(wǎng)進(jìn)行表層定性采集，網(wǎng)口呈半圓形，網(wǎng)口直徑1.01 m，網(wǎng)長(zhǎng)2 m，網(wǎng)口面積0.4 m2，網(wǎng)眼40目(425 μm). 集苗網(wǎng)箱長(zhǎng)為40 cm，寬、高均為30 cm，通過矩形木框支撐成長(zhǎng)方體形狀，網(wǎng)箱的上部不封口，便于收集魚卵和仔魚，網(wǎng)箱的近底部開一個(gè)橢圓形口，用于與弶網(wǎng)連接. 圓錐網(wǎng)進(jìn)行表、中、底不同水層及斷面定量采集，網(wǎng)口呈圓形，網(wǎng)口直徑0.35 m. 采樣頻次為每天早上(07：00—08：00)、中午(12：00—13：00)、晚上(18：00—19：00)3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的下網(wǎng)時(shí)間為10～30 min不等. 此外，在卵汛時(shí)段進(jìn)行斷面采集2～3次，設(shè)置左岸(A)、左中(B)、江心(C)、右中(D)、右岸(E)5個(gè)采樣點(diǎn)，各采樣點(diǎn)采集表層(A1～E1)、中層(A2～E2)、底層(A3～E3)3個(gè)水層的樣品(見圖1).

采集過程中，通過前置的流速儀測(cè)定網(wǎng)口流速，以計(jì)算濾過的流量；同時(shí)測(cè)定當(dāng)時(shí)的水溫、溶解氧、透明度等指標(biāo). 采集江段的實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)從水利部發(fā)布的全國(guó)水雨情信息網(wǎng)(http://xxfb.mwr.cn)獲取.

采集到的魚卵首先在雙筒解剖鏡下進(jìn)行觀察，依據(jù)卵徑、外形和色素分布等典型特征初步鑒定，并記錄發(fā)育期和主要性狀. 無法鑒定的魚卵進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)，一般培養(yǎng)1周左右(發(fā)育至鰾充氣期)，然后用配置的5%～7%福爾馬林溶液保存. 采樣結(jié)束后，所有樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做進(jìn)一步鑒定和校核[11].

表1 2012—2018年三峽水庫生態(tài)調(diào)度實(shí)施情況

注： 括號(hào)中數(shù)值為平均值.

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

1.4.1四大家魚自然繁殖估算方法

網(wǎng)口單位時(shí)間的卵苗密度：

d=n/(S×V×t)

(1)

式中：d為卵苗單位時(shí)間進(jìn)網(wǎng)密度，個(gè)m3；S為網(wǎng)口面積，m2；V為網(wǎng)口流速，ms；n為采集時(shí)段內(nèi)進(jìn)網(wǎng)卵苗數(shù)，個(gè)；t為采集時(shí)間，s.

斷面卵苗平均密度與定點(diǎn)卵苗密度相比系數(shù)：

(2)

采集期間卵苗徑流量：

Mi=di×Qi×C×ti

(3)

式中：Mi為第i次采集時(shí)段內(nèi)通過該江斷面的卵苗徑流量，個(gè)；di為第i次采集的卵苗密度，個(gè)m3；Qi為第i次采集時(shí)的斷面流量，m3s；ti為第i次采集時(shí)間，s.

非采集期間卵苗徑流量，用相鄰兩次采集的徑流量及其間隔時(shí)間進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算：

Mi,i+1=(Mi/ti+Mi+1/ti+1)×ti,i+1/2

(4)

式中：Mi,i+1為第i、i+1次采集時(shí)間間隔內(nèi)的卵苗徑流量，個(gè)；ti,i+1為第i、i+1次采集時(shí)間間隔，s.

調(diào)查期間采集江段的卵苗總徑流量：

(5)

1.4.2水文要素統(tǒng)計(jì)方法

采用ZHANG等[12]提出的要素-準(zhǔn)則系統(tǒng)重構(gòu)分析方法將一個(gè)洪水過程分解為不同的要素(見圖2)，選取苗汛洪峰過程的9個(gè)生態(tài)水文指標(biāo)，包括洪峰初始水位(V1)、水位日上漲率(V2)、斷面初始流量(V3)、流量日增長(zhǎng)率(V4)、漲水持續(xù)時(shí)間(V5)、前后兩個(gè)洪峰過程的間隔時(shí)間(V6)、前后兩個(gè)洪峰過程的水位差異(V7)，起始產(chǎn)卵距5月1日的時(shí)間(V8)和卵汛時(shí)序(V9). 將上述9個(gè)生態(tài)水文指標(biāo)作為狀態(tài)變量，將單次洪峰過程的四大家魚魚卵徑流量作為因變量，采用系統(tǒng)重構(gòu)分析軟件GeneRec2002對(duì)影響四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模大小的生態(tài)水文要素進(jìn)行定量分析.

圖2 洪峰過程的水文參數(shù)分解Fig.2 Hydrological indexes by flood process decomposition

1.4.3數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

采用單因素方差分析和中位數(shù)分析比較各年份采集到四大家魚魚卵時(shí)的水溫和流量平均值的差異，所有統(tǒng)計(jì)分析在R軟件(R Development Core Team, 2018)和Microsoft Excel 2007軟件中進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)調(diào)度期水文環(huán)境要素年際變化

2.1.1水溫

由圖3可見，2012—2018年監(jiān)測(cè)期間，沙市采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到四大家魚魚卵時(shí)的水溫分布范圍為19.2～25.5 ℃，平均值為22.5 ℃，其中，2013年水溫的分布范圍最寬，2015年水溫的分布范圍最窄，日均水溫以2017年最高、2013年最低. 單因素方差分析表明，各年采集到四大家魚魚卵時(shí)的水溫平均值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異不顯著(F=1.452，P=0.198)；中位數(shù)分析結(jié)果表明，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上監(jiān)測(cè)到四大家魚魚卵時(shí)的水溫中位數(shù)在各年間也沒有顯著差異(χ2=5.375，P=0.499). 由于沙市采樣點(diǎn)觀測(cè)的是近岸水溫，較斷面平均水溫可能稍有偏高. 綜上，每年采集家魚卵的時(shí)間正處于四大家魚自然繁殖的最適水溫范圍(20～24 ℃).

圖3 2012—2018年采集到四大家魚魚卵時(shí)的水溫分布Fig.3 Distribution of water temperature when four major Chinese carps (FMCC) eggs monitored from 2012 to 2018

2.1.2流量

由圖4可見，2012—2018年監(jiān)測(cè)期間，沙市采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到四大家魚魚卵時(shí)的流量分布范圍為 11 000～33 600 m3s，平均值為 16 890 m3s，其中，2018年流量的分布范圍最寬，2013年流量的分布范圍最窄，日平均流量以2016年最高(19 250 m3s)、2013年最低(14 720 m3s). 單因素方差分析表明，各年間采集到四大家魚魚卵時(shí)的流量平均值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異顯著(F=2.779，P=0.014)；而中位數(shù)分析結(jié)果表明，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上監(jiān)測(cè)到四大家魚魚卵時(shí)的流量中位數(shù)在各年間沒有顯著性差異(χ2=11.864，P=0.065).

圖4 2012—2018年采集到四大家魚魚卵時(shí)的流量分布Fig.4 Distribution of water runoff when FMCC eggs monitored from 2012 to 2018

圖5 2012—2018年不同調(diào)度期間沙市斷面四大家魚的魚卵徑流量水平及占比Fig.5 Egg runoff and its proportion of FMCC during different operation periods from 2012 to 2018

2.2 生態(tài)調(diào)度期四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模年際變化

2.2.1四大家魚總魚卵量

由圖5可見：2012—2018年，監(jiān)測(cè)期間四大家魚的產(chǎn)卵規(guī)模(魚卵徑流量)呈先減少后逐年上升的趨勢(shì)，其中，在2016年達(dá)峰值，隨后在2017年顯著降至2014年產(chǎn)卵規(guī)模. 生態(tài)調(diào)度期間，四大家魚的產(chǎn)卵規(guī)模在2013年顯著下降，隨后在各年間大致相等(除2016年以外)；非生態(tài)調(diào)度期間，四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模的年際變動(dòng)趨勢(shì)與整個(gè)監(jiān)測(cè)期間四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模的年際變動(dòng)趨勢(shì)相同. 另外，生態(tài)調(diào)度期間四大家魚的產(chǎn)卵規(guī)模占監(jiān)測(cè)期間四大家魚總產(chǎn)卵規(guī)模的比例以2012年最大(66.58%)，2017年次之(59.94%). 除2016年以外，生態(tài)調(diào)度期間四大家魚的產(chǎn)卵規(guī)模占監(jiān)測(cè)期間四大家魚總產(chǎn)卵規(guī)模的比例較大，變動(dòng)范圍為31.90%～66.58%. 四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模的年際波動(dòng)，一方面與每年參與繁殖的群體數(shù)量和質(zhì)量以及水溫和水文等環(huán)境要素的變化有關(guān)，另一方面受到魚卵的采集效率、孵化存活率、鑒定準(zhǔn)確率等方面的影響.

2.2.2不同種類家魚魚卵量

由圖6可見：不同種類家魚的魚卵徑流量在各年份間呈不規(guī)則波動(dòng)變化. 除2015年、2016年以外，草魚和鰱的魚卵徑流量在不同年份的變化趨勢(shì)基本一致；青魚和鳙的魚卵徑流量在不同年份的變化趨勢(shì)基本一致. 統(tǒng)計(jì)四種魚在各年份的魚卵徑流量占比發(fā)現(xiàn)，草魚、鰱、青魚、鳙魚卵徑流量占比分別為38.5%～68.8%、22.2%～53.8%、0.6%～20.7%、0.2%～18.4%. 沙市江段四大家魚組成一直以草魚和鰱為主，二者年均產(chǎn)卵量約占總產(chǎn)卵量的85%，青魚和鳙年均產(chǎn)卵量約占總產(chǎn)卵量的15%. 此外，四大家魚種類組成比例變動(dòng)較大的年份(2015年、2016年)與生態(tài)調(diào)度期四大家魚卵徑流量占比較小的年份保持一致，初步表明生態(tài)調(diào)度水文過程的差異性可能對(duì)不同種類家魚的作用效果不同，這有待今后進(jìn)一步分析.

圖6 2012—2018年不同家魚魚卵徑流量及生態(tài)調(diào)度期四大家魚魚卵徑流量占比Fig.6 Egg runoff of different carps and proportion in ecological operation from 2012 to 2018

2.3 三峽水庫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果分析

2.3.1四大家魚自然繁殖對(duì)三峽生態(tài)調(diào)度的響應(yīng)

從四大家魚繁殖響應(yīng)時(shí)間來看，在生態(tài)調(diào)度后的1～3 d，宜都至沙市江段的四大家魚就陸續(xù)開始產(chǎn)卵. 但2013年，三峽水庫調(diào)度持續(xù)加大泄流6 d后沙市斷面才出現(xiàn)卵汛，四大家魚繁殖的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，推測(cè)可能由于此次調(diào)度開始時(shí)間較早，沙市斷面溫度剛達(dá)到18 ℃，而宜都斷面尚未達(dá)到18 ℃，江水的流量和水溫不足以刺激四大家魚大規(guī)模繁殖.

根據(jù)歷年沙市斷面四大家魚魚卵密度與枝城水文站水位變化的響應(yīng)關(guān)系得出，每年在5月中旬至7月上旬，只要有明顯的漲水過程都能監(jiān)測(cè)到四大家魚產(chǎn)卵活動(dòng)，而持續(xù)退水過程中幾乎都沒有家魚繁殖. 圖7為四大家魚繁殖對(duì)三峽生態(tài)調(diào)度響應(yīng)情況較好的年份(2012年、2017年)，單日最大魚卵密度均出現(xiàn)在生態(tài)調(diào)度的人造洪峰過程，初步表明生態(tài)調(diào)度的實(shí)施能夠促進(jìn)四大家魚大規(guī)模繁殖發(fā)生.

2.3.2生態(tài)調(diào)度與非調(diào)度期間四大家魚繁殖性能比較

為進(jìn)一步評(píng)估生態(tài)調(diào)度的有效性，選取了3個(gè)能夠表征四大家魚繁殖性能的參數(shù)，分別為產(chǎn)卵持續(xù)時(shí)間、產(chǎn)卵場(chǎng)范圍、產(chǎn)卵規(guī)模，通過比較生態(tài)調(diào)度洪峰與非生態(tài)調(diào)度洪峰兩種調(diào)度模式下四大家魚繁殖性能參數(shù)(平均值和范圍)來綜合評(píng)估生態(tài)調(diào)度的實(shí)施效果.

2012—2018年，沙市斷面共有28個(gè)產(chǎn)卵規(guī)模在 1 000×104粒以上的繁殖事件，其中包括9次生態(tài)調(diào)度洪峰過程和19次非生態(tài)調(diào)度洪峰過程. 通過比較繁殖性能參發(fā)現(xiàn)，生態(tài)調(diào)度下四大家魚繁殖狀況普遍好于非生態(tài)調(diào)度，表現(xiàn)為繁殖持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、產(chǎn)卵場(chǎng)延伸范圍更廣、單次洪峰的產(chǎn)卵規(guī)模更大(見表2)，證實(shí)了實(shí)施生態(tài)調(diào)度對(duì)四大家魚自然繁殖是有效果的.

2.4 四大家魚自然繁殖的水文需求分析

選取四大家魚自然繁殖狀況較好的年份(2012年、2016年、2017年、2018年)中歷次洪峰過程促發(fā)四大家魚繁殖的水文參數(shù)(枝城站水文數(shù)據(jù))以及對(duì)應(yīng)的魚卵徑流量作為建模數(shù)據(jù)，根據(jù)因素和等級(jí)的重要程度排序得出，持續(xù)漲水時(shí)間、初始水位、產(chǎn)卵時(shí)序排在重要等級(jí)的前三位(見表3)，是影響四大家魚自然繁殖規(guī)模比較重要的生態(tài)水文指標(biāo).

注： EO代表生態(tài)調(diào)度期間,其余時(shí)段為非生態(tài)調(diào)度期間.

圖7 2012年和2017年四大家魚魚卵密度與水位變化響應(yīng)關(guān)系
Fig.7 Relationship of FMCC egg density and water level in 2012 and 2017

表2 兩種調(diào)度洪峰模式下四大家魚繁殖性能比較Table 2 Comparison of reproduction performance in FMCC between ecological operation and routine operation

洪峰模式統(tǒng)計(jì)項(xiàng)產(chǎn)卵持續(xù)時(shí)間∕d產(chǎn)卵場(chǎng)范圍∕km產(chǎn)卵規(guī)模∕(106個(gè))生態(tài)調(diào)度平均值48582.6范圍3～556～11535.4～308.4非生態(tài)調(diào)度平均值36856.6范圍2～617～10511.5～214.4

由表3可見，根據(jù)系統(tǒng)重構(gòu)分析結(jié)果將枝城水文站需要滿足的關(guān)鍵水文參數(shù)推算到宜昌水文站得出，宜昌水文站引起四大家魚較大產(chǎn)卵規(guī)模的水文需求范圍為持續(xù)漲水時(shí)間>4 d、初始水位>44 m、前后洪峰水位差>1.4 m、初始流量>14 000 m3s、前后洪峰間隔時(shí)間>5 d、水位日上漲率>0.54 m、流量日上漲率>2 200 m3s.

表3 洪峰過程參數(shù)影響四大家魚繁殖的系統(tǒng)重構(gòu)分析結(jié)果

3 討論

3.1 長(zhǎng)江中游四大家魚自然繁殖動(dòng)態(tài)

歷史上對(duì)長(zhǎng)江干流四大家魚自然繁殖狀況的調(diào)查研究主要包括4個(gè)階段，分別為摸清本底階段(20世紀(jì)60年代)、葛洲壩影響評(píng)估階段(20世紀(jì)80年代)、三峽工程建設(shè)和蓄水期影響評(píng)估階段(1997—2010年)、三峽工程生態(tài)調(diào)度以來監(jiān)測(cè)評(píng)估階段(2011年至今). 對(duì)宜昌江段[7]、監(jiān)利江段[13-14]自然繁殖狀況變化的報(bào)道較多，均得出20世紀(jì)60年代以來長(zhǎng)江中游干流的四大家魚繁殖規(guī)模在持續(xù)下降，而在三峽工程蓄水運(yùn)行期間，四大家魚自然繁殖規(guī)模下降的趨勢(shì)仍在加劇[15]. 沙市江段位于宜昌和監(jiān)利之間，與宜昌、監(jiān)利江段的變化趨勢(shì)基本一致. 1964年、1965年枝城至沙市江段四大家魚產(chǎn)卵量分別為73.64×108、76.33×108個(gè)[4]；1981年、1986年枝江至沙市江段產(chǎn)卵量分別為30.8×108、11.76×108個(gè)[16-17]；該研究發(fā)現(xiàn)，2012—2018年沙市斷面四大家魚產(chǎn)卵量范圍為1.16×108～6.10×108個(gè)，年均值為3.01×108個(gè). 但由于缺乏三峽建設(shè)及蓄水期該江段的產(chǎn)卵量數(shù)據(jù)，故無法掌握生態(tài)調(diào)度實(shí)施前后該江段資源量變化情況.

根據(jù)中華鱘研究所在宜都斷面以及長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所在監(jiān)利斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2011—2019年三峽水庫生態(tài)調(diào)度期間，四大家魚早期資源量總體呈增加趨勢(shì)，這是三峽水庫蓄水運(yùn)行以來首次出現(xiàn)四大家魚繁殖規(guī)模上升，其可能與近年來實(shí)施了加強(qiáng)禁捕、四大家魚親本放流以及三峽水庫針對(duì)四大家魚自然繁殖的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)等綜合性保護(hù)措施有關(guān).

3.2 三峽水庫生態(tài)調(diào)度的水文條件

不同研究中以歷史宜昌水文站數(shù)據(jù)為依據(jù)給出了三峽生態(tài)調(diào)度人造洪峰條件(見表4)，其中，開展生態(tài)調(diào)度的時(shí)間為5—7月，涉及的參數(shù)包括水位日漲幅、流量日增幅、漲水持續(xù)時(shí)間、漲水次數(shù)、兩次洪水間隔時(shí)間等[18-23]. 此外，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所基于2005—2010年宜都斷面魚類早期資源和水文環(huán)境因子的綜合分析，提出三峽水庫生態(tài)調(diào)度應(yīng)滿足宜昌江段水位日漲幅平均大于0.55 m[24]；中華鱘研究所基于生態(tài)調(diào)度實(shí)施后宜都斷面魚類早期資源和水文數(shù)據(jù)，得出三峽水庫生態(tài)調(diào)度應(yīng)滿足宜昌江段流量范圍在 10 000～25 000 m3/s之間，持續(xù)4 d及以上漲水過程，日均流量增加 2 000 m3/s以上.

表4 不同研究中宜昌江段生態(tài)調(diào)度水文條件

由表4所示：該研究與馬超等[23]研究結(jié)果及中華鱘研究所的研究結(jié)果較為接近，提出的各指標(biāo)均為下限值，對(duì)生態(tài)調(diào)度的指導(dǎo)性更強(qiáng)；此外，該研究得出持續(xù)漲水時(shí)間、初始水位、產(chǎn)卵時(shí)序是影響四大家魚繁殖規(guī)模的重要指標(biāo). 持續(xù)漲水天數(shù)反映了洪峰過程的持續(xù)性，一般持續(xù)漲水時(shí)間越長(zhǎng)，繁殖規(guī)模就越大；初始水位表明促發(fā)家魚產(chǎn)卵需要一定的流量條件，初始流量越高時(shí)，促發(fā)產(chǎn)卵時(shí)間越短[25]；產(chǎn)卵時(shí)序代表了四大家魚產(chǎn)卵高峰出現(xiàn)時(shí)間. 初始水位、產(chǎn)卵時(shí)序兩個(gè)指標(biāo)可以用來確定開展生態(tài)調(diào)度的時(shí)機(jī).

3.3 水文調(diào)節(jié)對(duì)魚類產(chǎn)卵繁殖的影響

1982年Junk[26]首次提出了生態(tài)洪水脈沖的概念，其關(guān)注水文情勢(shì)特別是水位漲落過程對(duì)生物過程的影響，如河流魚類可以通過水文情勢(shì)的豐枯變化完成產(chǎn)卵、孵化、遷徙等生命活動(dòng)，洪水的發(fā)生時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間是很多魚類完成生活史的必要條件. 20世紀(jì)70年代以來，攔河筑壩導(dǎo)致河流喪失了天然水文情勢(shì)，由此引發(fā)的生態(tài)問題受到普遍關(guān)注，一些國(guó)家開展了環(huán)境流量研究，進(jìn)而采取了水庫生態(tài)調(diào)度措施. 如美國(guó)在多個(gè)河流開展了改進(jìn)大壩調(diào)度方式的試驗(yàn)來滿足重要或土著魚類的產(chǎn)卵、尋址需求[27]. 南非Clanwilliam大壩通過調(diào)整10月—翌年1月黃花魚產(chǎn)卵期的下泄流量方式，人為制造洪水來增加魚類的產(chǎn)卵量，同時(shí)考慮了水溫對(duì)魚類產(chǎn)卵的影響[28]. 澳大利亞在Murray-Darling流域?qū)嵤┝艘幌盗嗅槍?duì)本土魚類繁殖保護(hù)的環(huán)境流管理措施，并通過改變大壩下瀉流量試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)魚類繁殖和早期資源響應(yīng)狀況來評(píng)估環(huán)境流的有效性[29-30]. 國(guó)內(nèi)針對(duì)如何優(yōu)化改進(jìn)三峽工程的調(diào)控模式以適應(yīng)壩下魚類(如四大家魚、中華鱘)的繁殖需求開展了大量且系統(tǒng)的研究，為針對(duì)四大家魚自然繁殖的生態(tài)調(diào)度實(shí)踐奠定了重要基礎(chǔ). 漲水過程的刺激是促使四大家魚自然繁殖的必要條件，近年來通過不斷優(yōu)化三峽水庫調(diào)度方式，在四大家魚繁殖時(shí)期營(yíng)造持續(xù)幾天的洪峰過程是可行的，初步監(jiān)測(cè)結(jié)果表明生態(tài)調(diào)度取得了一定的效果[25，31]. 該研究進(jìn)一步探討了較長(zhǎng)時(shí)間序列下四大家魚自然繁殖動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)三峽生態(tài)調(diào)度的響應(yīng)，嘗試建立魚類繁殖規(guī)模與水文要素的定量關(guān)系模型. 該研究的不足之處在于，由于不清楚未實(shí)施生態(tài)調(diào)度時(shí)四大家魚的自然繁殖狀況，且每年四大家魚的繁殖還受到水溫情勢(shì)、繁殖親魚數(shù)量、性腺發(fā)育狀況等多種因素的影響，僅通過比較幾個(gè)繁殖性能參數(shù)來評(píng)估生態(tài)調(diào)度的效果，其結(jié)果有待商榷. 今后研究的重點(diǎn)應(yīng)該將建模和監(jiān)測(cè)手段整合到生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)中以分析長(zhǎng)期的生態(tài)響應(yīng)，以及建立一套科學(xué)的生態(tài)調(diào)度效果評(píng)價(jià)體系來評(píng)價(jià)流量調(diào)節(jié)對(duì)四大家魚產(chǎn)卵活動(dòng)的影響.

4 結(jié)論

a) 2012—2018年三峽水庫共開展了11次生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，生態(tài)調(diào)度使得宜昌江段持續(xù)漲水時(shí)間范圍為2～9 d，水位日均漲幅范圍為0.43～1.83 m、流量日均增幅范圍為 1 080～5 800 m3s，起始水溫范圍為17.5～23.5 ℃. 沙市江段監(jiān)測(cè)到四大家魚魚卵時(shí)的水溫分布范圍為19.2～25.5 ℃、平均值為22.5 ℃，流量分布范圍為 11 000～33 600 m3s、平均值為 16 890 m3s. 水溫平均值在各年份間沒有顯著性差異，流量平均值在各年份間有顯著性差異.

b) 沙市江段四大家魚魚卵組成以草魚和鰱為主，二者年均產(chǎn)卵量約占總產(chǎn)卵量的85%，青魚和鳙年均產(chǎn)卵量約占總產(chǎn)卵量的15%. 除2016年以外，生態(tài)調(diào)度期間四大家魚的產(chǎn)卵規(guī)模占監(jiān)測(cè)期間四大家魚總產(chǎn)卵規(guī)模的比例較大，變動(dòng)范圍為31.90%～66.58%. 生態(tài)調(diào)度條件下四大家魚自然繁殖性能普遍好于非生態(tài)調(diào)度條件，表現(xiàn)為產(chǎn)卵持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、產(chǎn)卵場(chǎng)范圍更廣、單次洪峰的產(chǎn)卵規(guī)模更大，證實(shí)了實(shí)施生態(tài)調(diào)度的有效性.

c) 持續(xù)漲水天數(shù)、初始水位和產(chǎn)卵時(shí)序是影響2012—2018年宜昌至沙市江段四大家魚產(chǎn)卵規(guī)模的重要生態(tài)水文參數(shù). 系統(tǒng)重構(gòu)分析得出，宜昌水文站引起四大家魚較大產(chǎn)卵量的水文需求為持續(xù)漲水時(shí)間>4 d、初始水位>44 m、前后洪峰水位差>1.4 m、初始流量>14 000 m3s、前后洪峰間隔時(shí)間>5 d、水位日上漲率>0.54 m、流量日上漲率>2 200 m3s.

5 展望

通過三峽水庫生態(tài)調(diào)度實(shí)施以來對(duì)四大家魚自然繁殖、水文情勢(shì)變化等綜合研究分析，明確了目前長(zhǎng)江宜昌至沙市江段四大家魚自然繁殖的水文需求. 此外，參考其他學(xué)者對(duì)宜昌江段漲水條件的研究結(jié)果以及總結(jié)生態(tài)調(diào)度實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提出了三峽水庫生態(tài)調(diào)度的優(yōu)化建議.

a) 生態(tài)調(diào)度實(shí)施時(shí)間應(yīng)安排在5月下旬至6月下旬實(shí)施，且水溫在19 ℃以上為必要條件.

b) 生態(tài)調(diào)度實(shí)施次數(shù)以多次為宜，結(jié)合上游來水和三峽調(diào)度運(yùn)行實(shí)際情況，建議汛前三峽消落期至6月10日實(shí)施1次生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，主要促進(jìn)宜昌至沙市江段四大家魚產(chǎn)卵發(fā)生；汛期6月中旬至7月上旬，擇機(jī)開展生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)1～2次，一方面促進(jìn)宜昌至沙市江段四大家魚產(chǎn)卵，另一方面有利于監(jiān)利江段四大家魚苗汛發(fā)生.

c) 為增加宜昌至沙市江段四大家魚產(chǎn)卵量，宜昌江段需要滿足的水文條件為斷面初始流量達(dá)到 14 000 m3s，持續(xù)漲水4 d以上，水位日漲幅平均大于0.5 m，流量日增幅平均大于 2 000 m3s，與前一次洪峰的間隔時(shí)間在5 d以上.

三峽水庫促進(jìn)四大家魚自然繁殖的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)是我國(guó)大型水電工程首次針對(duì)魚類實(shí)施的生態(tài)調(diào)度，對(duì)推動(dòng)長(zhǎng)江大保護(hù)工作具有重要的意義. 近年來，通過對(duì)以往調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和調(diào)度效果不斷總結(jié)和優(yōu)化，促進(jìn)了長(zhǎng)江宜昌至監(jiān)利江段四大家魚的自然繁殖，減緩了四大家魚資源衰退趨勢(shì)，取得了良好的生態(tài)效益和社會(huì)效應(yīng). 在生態(tài)調(diào)度實(shí)踐過程中，初步形成了方案制定—監(jiān)測(cè)實(shí)施—效果評(píng)價(jià)—信息反饋的生態(tài)調(diào)度工作機(jī)制以及涉及流域管理部門、發(fā)電企業(yè)、科研院所多方參與的生態(tài)調(diào)度協(xié)商機(jī)制. 不僅為長(zhǎng)江流域大型水電工程聯(lián)合調(diào)度管理奠定了基礎(chǔ)，也為其他大型水庫開展生態(tài)調(diào)度實(shí)踐提供了范本.