生态调度专刊—鱼类产卵行为与生态水文指标响应关系研究-以长江四大家鱼为例

四大家鱼作为我国重要淡水经济鱼类，近年来产卵规模大幅衰减，水文条件作为影响家鱼自然繁殖的重要因素，确定四大家鱼产卵行为与生态水文指标响应关系对保护四大家鱼早期资源具有重要意义。本文采用ROC曲线、分类回归树、Logistic回归等方法以长江中游宜昌段为研究区域，将生态水文指标对家鱼产卵刺激划分为“无效、低效、高效”多分类问题，应用不同数据挖掘方法，分析家鱼产卵行为与生态水文指标响应关系，并对比研究了不同方法间的性能与优缺点。结果显示，ROC曲线判别准确率、预测准确率、模型鲁棒性均最优，认为ROC曲线是本次研究中判定生态水文指标对四大家鱼产卵规模影响的最优方法。当流量日增量大于1370m3/s且两次洪峰间隔时间大于7.5d时可以引起四大家鱼高效产卵响应。辨识出高效刺激家鱼产卵的生态水文指标及其阈值，将对生态调度的优化改进具有重要的现实意义。     

2023年三峡水库生态调度对四大家鱼生境面积影响研究

2023年5月27日至6月3日，三峡水库开展了针对葛洲坝下游四大家鱼自然繁殖的生态调度试验，为量化此次生态调度对四大家鱼生境面积影响，以葛洲坝至枝江江段为研究区域，选择水位变幅、水深、流速、水温4个主要生境因子，建立了耦合平面二维水动力学模型和产卵栖息地适宜度曲线的四大家鱼产卵生境质量评估模型，实现了产卵综合适宜度指数的时空分布的精细化模拟。结果表明：生态调度期间，研究区域四大家鱼产卵综合适宜度指数呈现稳定增加趋势，四大家鱼产卵加权可利用面积占研究区域总面积比例由30.45%增加至约55%；适宜四大家鱼产卵区域（产卵综合适宜度指数在0.6～1.0范围）明显增加，占研究区域总面积比例由4.67%增加至约60%。2023年三峡水库生态调度显著改善了葛洲坝至枝江江段四大家鱼产卵生境质量。     

汉江中下游“四大家鱼”自然繁殖的生态水文特征

通过耦合分析2004年和2007年沙洋水文资料与汉江沙洋断面鱼类早期资源量监测数据,汉江中下游"四大家鱼"自然繁殖的生态水文需求为沙洋断面洪峰初始水位达到33.82～36.71 m,洪峰最高水位36.86～39.80m,上涨时间持续3～8 d,水位日上涨率达到0.44～1.50 m/d,水位上涨幅度1.55～3.14 m.结合黄家港与沙洋断面水文数据,分析发现"四大家鱼"自然繁殖对不同洪水来源有不同的响应,其产卵丰要依赖区间洪水,丹江口水库现状调度形成的洪水过程对其作用有限此外,"四大家鱼"自然繁殖与洪水过程中水体透明度存在相关性.汉江中下游"四大家鱼"自然繁殖的透明度范围在5.1～14.5cm,透明度与洪水来源直接相关,透明度指标可以作为"四大家鱼"自然繁殖的重要指标之一.     

三峡水库生态调度对长江监利江段四大家鱼早期资源的影响

为探究生态调度对长江中游四大家鱼繁殖的影响,并了解影响家鱼产卵的关键生态水文指标的量化范围,于2013—2017年5—7月三峡水库生态调度期间在长江中游监利江段进行了鱼类早期资源调查,同时对采集到的四大家鱼卵苗与生态水文指标进行了相关性分析。结果显示,家鱼卵苗量与流量增长率呈显著正相关。每年6月下旬的生态调度,监利江段涨水持续时间为4 d及以上,流量增长率为1 600～2 833 m~3/(s·d)时,家鱼卵苗发生量较大,可占年总规模的45%以上。三峡水库生态调度涨水过程能够在一定程度上满足监利江段四大家鱼繁殖的水文需求,对减缓三峡水库运行引起的长江中游鱼类繁殖的不利影响和维持鱼类种群资源补充具有重要意义。     

物理栖息地模型在中华鲟自然繁殖生态流量决策中的应用

以国家一级保护物种中华鲟(Acipenser sinensis)为研究对象,探讨三峡大坝和葛洲坝水利工程在不同流量调度措施下对中华鲟产卵栖息地的影响。通过考虑中华鲟生境需求特性建立了中华鲟产卵场的物理栖息地模型,根据模型得出的适宜栖息地面积变化来量化不同的流量调度措施对其产卵场质量的影响,然后利用实测的中华鲟产卵量和资源量数据来验证和评价物理栖息地模型的可靠性和实用性,从而进行合理的生态流量决策。结果发现,年平均适宜栖息地面积的变化曲线与中华鲟的产卵量和资源量变化曲线有着相同的变化趋势,从而推断适宜栖息地面积可以反映中华鲟产卵栖息地的质量;并通过不同流量工况的计算,进行最佳生态流量决策。利用该物理栖息地模型可以有效地量化流量改变对目标物种栖息地质量的影响,为中华鲟产卵栖息地的生态水利调度提供评估和决策的方法。     

乌东德水电站库尾栖息地水力生境优化调度

金沙江乌东德水电站库尾河段是乌东德、白鹤滩水电站栖息地保护体系的重要组成部分，该河段受上游观音岩、金沙以及桐子林等水电站非恒定流下泄影响，河段流速、水深等水力条件变化频繁且复杂，河段栖息地保护功能和效果难以保障。为调控栖息地保护河段水位变幅和流速，改善鱼类产卵适宜的水力生境，采用MIKE21进行模拟计算，研究在3―4月裂腹鱼类产卵期对上游梯级下泄流量过程和下游乌东德水库运行水位的控制要求。结果表明，从水深适宜度看，在3―4月特定流量条件下，乌东德水电站运行水位应在974.0～974.5 m；为营造较为适宜的流速，裂腹鱼类产卵繁殖期间，乌东德水电站库水位应维持在974.5 m附近。当上游梯级下泄流量时段内变幅小于1 600 m3/s，下游乌东德水库库水位保持在974.0～974.5 m，可控制河段水深在0.5～1.5 m、流速在1.5～2.5 m/s的适宜阈值区间变动。研究可为进一步提升乌东德库尾栖息地保护河段功能及其保护价值提供技术参考。     

戴家洲河段航道整治工程对“四大家鱼”产卵场的影响

“四大家鱼”的产卵、繁殖与水文、水力学条件密切相关。以长江黄石段“四大家鱼”产卵场为例,采用河道平面二维数学模型预测分析不同特征流量下戴家洲河段航道整治工程实施后对本江段流态、水位、流速等水文变化的影响,进而研究航道整治工程对“四大家鱼”产卵场的影响。研究表明,航道整治工程实施后,最枯流量下,３道潜丁坝均在水面２．５ｍ以下,不会对鱼类产生阻隔;潜丁坝区域从洪峰开始上涨到最高时,流速最大变化为－０．０３８～－０．０５ｍ／ｓ,占产卵流速４．２％～１５．２％;水位变化３～５ｍｍ。工程运行后基本不改变“四大家鱼”适宜产卵流速,基本不会影响“四大家鱼”现有产卵场所需的产卵水文条件。     

栖息地适宜度模型在鱼类生境中的应用

基于DHIMIKE软件中的MIKE21FM模块建立二维水动力学模型,模拟在18000 m3/s和25000 m3/s流量下,研究江段鱼类栖息地的流速、水深环境参数适宜度的时空分布特征,并以2019年5月勘测船实测的水文数据对模型的参数进行验证.结果表明:流速和水深是影响三峡水库变动回水区鱼类栖息生境的关键因子,且鱼类栖息地适宜度受流速和水深共同的影响显著.     

基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析

以长江中华鲟作为目标物种,通过中华鲟自然繁殖期间产卵江段的的栖息地调查,确定了中华鲟的偏好水深、偏好流速及偏好底质。以河道内流量增量法(IFIM)为基础,采用二维水力学模型结合鱼类栖息地模型对中华鲟产卵场的栖息地条件进行了分析,计算了中华鲟自然繁殖期间流量与栖息地加权可利用面积的关系。结果表明,流量在13000～15000m3/s时,栖息地加权可利用面积达到最大,约2.1km2。     

物理栖息地模型在中华鲟自然繁殖生态流量决策中的应用

以国家一级保护物种中华鲟（Acipenser sinensis）为研究对象,探讨三峡大坝和葛洲坝水利工程在不同流量调度措施下对中华鲟产卵栖息地的影响。通过考虑中华鲟生境需求特性建立了中华鲟产卵场的物理栖息地模型,根据模型得出的适宜栖息地面积变化来量化不同的流量调度措施对其产卵场质量的影响,然后利用实测的中华鲟产卵量和资源量数据来验证和评价物理栖息地模型的可靠性和实用性,从而进行合理的生态流量决策。结果发现,年平均适宜栖息地面积的变化曲线与中华鲟的产卵量和资源量变化曲线有着相同的变化趋势,从而推断适宜栖息地     

梯级开发对家鱼产卵场高低流量过程的影响

产卵场特有的水力条件是四大家鱼繁衍的重要影响因素,尤其是流量脉冲引发的流速上涨是刺激家鱼产卵、保证鱼卵孵化的关键水力因子;流域梯级开发改变了天然河道的流量脉冲过程,导致产卵场破碎萎缩、苗量锐减。为揭示梯级开发对湘江干流四大家鱼产卵场水力特征的影响机理,建立了湘江干流家鱼产卵场二维数值模型,模拟了梯级开发前后典型高低流量脉冲过程,分析梯级开发对鱼类产卵场的影响。结果表明,梯级开发后,水流结构复杂性减弱甚至消失,高、低流速脉冲过程变得“尖锐”,流速上涨时间缩短50%（高流量脉冲）和67%（低流量脉冲）,高流量过程的“喜好流速”或“触发流速”基本消失,低流量过程大部分流速均低于“腰点流速”;对流速上涨过程中平均流速分级水域面积统计表明,低于“腰点流速”面积分别扩大至3.0倍（Q_高）和3.2倍（Q_低）,“感应流速”范围水域面积减少至天然情况的15.8%(Q_高）和1.2%(Q_低）,“触发流速”范围面积减小至天然情况的1.5%(Q_高）和1.6%(Q_低）,“喜好流速”范围面积减小至天然情况的2.0%(Q_高）和3.1%(Q_低）。研究结果可为鱼类资源保护和恢复等措施提供参考和依据。     

赣江下游丰城江段鱼类早期资源现状调查

对赣江鱼类早期资源的调查,可为赣江鱼类资源保护以及水利工程生态调度提供科学依据.2017年5-7月,在赣江丰城段使用圆锥网采集鱼卵和弶网采集仔鱼,对鱼类早期资源种类组成、产卵规模和产卵场进行分析.结果显示,调查期间共采集鱼卵11215粒,仔鱼12645尾,隶属于4目、8科、36种,其中产漂流性卵鱼类24种.估算调查期间通过丰城段卵苗径流量为66.66×１０^８粒(尾),其中鱼卵径流量63.84×10^8 粒,鱼苗径流量2.82×10^8 尾;“四大家鱼”卵苗径流量为0.11×10^8 粒(尾),其中鱼卵径流量0.07×10^8 粒,鱼苗径流量0.04×10^8 尾.调查期间出现3次产卵高峰,集中在6 月上、中旬.各类群鱼卵数量呈现出不同的时间动态,银鮈(Squalidusargentatus)产卵高峰期主要出现在5月,银鲴(Xenocyprisargentea)、鳊(Parabramispekinensis)、赤眼鳟(Squaliobarbuscurriculus)以及“四大家鱼”则主要出现在6月.研究表明,峡江水利枢纽运行后,邻近峡江水利枢纽的巴邱“四大家鱼”产卵场消失,但其下游的仁和、新干产卵场保存较完整,在离坝较远的大洋洲镇江段新调查到一处“四大家鱼”产卵场.建议开展生态调度及增殖放流活动,以保护赣江鱼类资源.     

丹江口水利枢纽兴建后汉江中下游四大家鱼等早期资源及其演变

2006～2007年对汉江中下游四大家鱼早期资源进行了调查,并结合1977～1978年、2004年汉江中下游的历史调查资料进行分析.研究表明:汉江中下游四大家鱼卵苗径流量下降明显,从20世纪70年代末的近5×108粒(尾)下降到2004年以后的不足1×108粒(尾),四大家鱼卵苗径流量占鱼类卵苗总径流量的比例也从19.0%下降到了1%以下;产卵场数量减少了1处,产卵场位置也发生了变化.     

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度研究

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题，该研究提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象，综合运用多种数理统计方法划分了流域枯水期；采用逐月滑动计算法推求了梯级水库分期消落水位；以生态和发电效益最大为目标函数，利用NSGA-Ⅱ算法求解了调度模型，得到了不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明：不同来水情景下，相较于常规调度方案，选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20~52.27亿kW·h（2.3%~5.0%）和供水量83.15~87.14亿m3（5.8%~7.4%），并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果为协调梯级水库生态和发电调度提供了技术支撑。     

四大家鱼幼鱼响应模拟水轮机流道压力变化试验研究

大坝的建设阻隔了鱼类的洄游通道,鱼类通过水电站水轮机下行或误入水轮机流道有可能被流道内复杂的结构及水动力特性损伤,甚至致死。为优化水轮机流道结构及水动力特性,降低流道内鱼类的损伤概率,需明确鱼类对水轮机流道内水动力特性的响应关系,特别是河道内主要鱼种对反击式水轮机流道内压力突变的响应关系。本文以长江半洄游性鱼类四大家鱼幼鱼为研究对象,采用透明高压舱及真空泵组成的实验装置模拟轴流式水轮机流道压力变化过程对四种家鱼幼鱼的影响。实验得出,生活于河流中表层的鲢鱼和鳙鱼较生活于河流中底层青鱼和草鱼的对负压及压力梯度具有较强的敏感性;四种家鱼幼鱼均受损伤的低压阈值为20kPa;压力最低值及压力变化梯度是决定家鱼幼鱼是否受到损伤及损伤程度的关键因子。结果可以为我国长江流域上水电站水轮机的结构优化和生态运行提供技术支撑。     

长江中游宜昌江段鱼类早期资源现状

为了探明长江中游宜昌江段鱼类早期资源状况,2014年和2015年连续两年于5―7月在长江中游宜昌江段对产漂流性卵鱼类进行监测,期间共采集鱼卵12209粒。通过分子生物学方法共鉴定出27种鱼类,隶属于2目、4科。其中鲤科鱼类种类数最多,占77%;其次是鳅科,占15%;平鳍鳅科和银鱼科最少,均为4%。鉴定出的27种鱼类中,产漂流性卵鱼类有22种。2014年和2015年长江中游宜昌江段产漂流性卵鱼类的产卵量分别为79.1×10~8粒和70.9×10~8粒,其中四大家鱼产卵量分别为5.65×10~8粒和6.13×10~8粒。监测期间共出现7次产卵高峰(2014年4次,2015年3次),集中在6月初及6月中下旬。四大家鱼产卵量日变化与长江流量日变化关联性较强。2014年宜昌断面采集的四大家鱼鱼卵来自采样点上游的葛洲坝下(坝下–庙咀)、宜昌(胭脂坝–云池)和白洋(白洋镇–关州)三处产卵江段,2015年的四大家鱼鱼卵则来自葛洲坝下(坝下–庙咀)、宜昌(胭脂坝–红花套)两个产卵场。和历史资料相比,长江中游宜昌江段四大家鱼产卵场位置略有下移,规模呈减少趋势。建议继续科学适宜地开展生态调度和增殖放流,满足长江中游鱼类繁殖需求。     

A simple method for assessing minimum flows in regulated rivers: the case of sea lamprey reproduction

• 1. The sea lamprey (Petromyzon marinus) is an anadromous species that occurs in some large Iberian rivers, such as the Tagus, and their tributaries. The sea lamprey populations of the River Tagus are threatened by habitat loss and overexploitation, which means that conservation measures, including maintenance of the spawning grounds, are urgent. Habitat loss is mainly due to hydroelectric and flood‐control dams that have affected the migration and spawning habitats of anadromous species. The main objective of this study was to use a simple, cost‐effective method to assess a minimum instream flow for the regulated River Tagus. The method used was based on the wetted perimeter–discharge relationship, but accounted for the habitat requirements of spawning sea lampreys.
• 2. In 1998, a habitat survey was conducted along a 30 km segment of the River Tagus downstream from Belver Dam (the first impassable obstacle for fish movements), a stretch that includes potential habitats for spawning sea lampreys. Four spawning areas were identified, and in each one a representative reach was selected along which to collect elevation and geo‐positional data. For a range of flows from 0 to 50 m³ s^?1, hydraulic modelling and studies of spawning habitat availability were conducted, both for each reach and for the total wetted area of the four reaches.
• 3. The availability of spawning habitat was limited by flow. Results showed that the present minimum flow downstream from Belver Dam (8 m³ s^?1) is insufficient to ensure suitable habitat conditions in a significant part of the segment studied; gains in wetted usable area were more substantial with discharges of up to 20 m³ s^?1, and thus a minimum flow of 10–20 m³ s^?1 was recommended. Potential spawning habitat could be improved by increasing instream flow to at least 50 m³ s^?1. The impacts of the Belver release regime on anadromous species are discussed and a more ‘ecologically oriented’ form of water management is suggested

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