李福霜，李 洪，由麗華，王宏偉，張陵蕾，陳 旻，李 嘉，廖 寧，袁 滿

（1. 四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2. 四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091）

0 引 言

近幾十年來中國水電蓬勃發(fā)展，全國第一次水利普查數(shù)據(jù)顯示，全國10 萬m3以上的水庫約為9.80 萬座，總庫容達(dá)9 323.13 億m3［1］，數(shù)量龐大的水庫群在發(fā)揮其防洪、發(fā)電、灌溉等興利功能的同時(shí)，也不可避免改變了河流的天然水文情勢(shì)，使得河流的地形、水動(dòng)力、水溫等環(huán)境狀況發(fā)生了變化，進(jìn)而破壞了魚類等水生生物的原有生長繁殖條件［2］。為了降低水庫的這種不利影響，我國于21世紀(jì)初開始了對(duì)“水庫生態(tài)調(diào)度”的研究［3］，其目的是在傳統(tǒng)調(diào)度基礎(chǔ)上增加生態(tài)因子的考慮，尤其關(guān)注在河流生態(tài)系統(tǒng)中作為食物鏈最頂端的物種--魚類［4］，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)［5］。由于水庫建設(shè)后壩下河道仍保留其天然河道形態(tài)，且可通過水庫調(diào)度控制下泄生態(tài)流量以滿足魚類產(chǎn)卵水動(dòng)力條件，所以目前通過水庫生態(tài)調(diào)度為魚類重塑產(chǎn)卵場(chǎng)的相關(guān)研究均聚焦在壩址下游河段，較多采用建立模型的方法，借助一維或者二維水動(dòng)力學(xué)模型研究水庫下泄流量對(duì)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境的影響［6-8］，確定魚類各生命階段生長繁殖的水庫下泄環(huán)境流。

然而，由于變動(dòng)回水區(qū)在建壩前后生境變化較大，大壩建設(shè)后在高水位情況下會(huì)淹沒水庫變動(dòng)回水區(qū)，低水位時(shí)又使變動(dòng)回水區(qū)恢復(fù)河流的形態(tài)，水位落差大，故此區(qū)域以往幾乎被視為生境重塑的“盲區(qū)”，認(rèn)為其并不具備產(chǎn)卵條件，對(duì)變動(dòng)回水區(qū)內(nèi)的魚類產(chǎn)卵生境重塑的研究極為少見。部分學(xué)者曾對(duì)變動(dòng)回水區(qū)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)進(jìn)行研究，如李翀等［9］利用水力學(xué)模型推求水庫變動(dòng)回水區(qū)內(nèi)四大家魚產(chǎn)卵場(chǎng)位置；王中敏等［10］對(duì)變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)水文情勢(shì)進(jìn)行分析；XIAO 等人［11］利用二維水動(dòng)力-泥沙輸運(yùn)數(shù)值模型和魚類棲息地適宜性模型，研究三峽大壩建成前后變動(dòng)回水區(qū)的四大家魚有效棲息地面積（WUA）變化，發(fā)現(xiàn)建壩后產(chǎn)卵期WUA僅為建壩前的18%，提出水庫運(yùn)行管理要兼顧考慮變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)；ZHANG 等人［12］在利用模糊邏輯法對(duì)金沙江圓口銅魚產(chǎn)卵場(chǎng)進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)烏東德水庫蓄水975 m 后上游產(chǎn)卵場(chǎng)WUA增加約25%。而本研究課題組也于2022 年進(jìn)行水庫野外觀測(cè)時(shí)在變動(dòng)回水區(qū)發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)卵場(chǎng)，這表明變動(dòng)回水區(qū)仍然具備魚類產(chǎn)卵條件，可作為一個(gè)新的產(chǎn)卵生境重塑區(qū)域。值得關(guān)注的是，以往通過生態(tài)調(diào)度重塑產(chǎn)卵場(chǎng)生態(tài)功能的研究是建立水庫下泄流量與WUA的二元關(guān)系［13］，這種二元關(guān)系適用于水位流量關(guān)系基本固定的壩下河道，但由于沒有考慮對(duì)變動(dòng)回水區(qū)魚類生境影響顯著的水庫水位因子的作用，且無法控制水庫入庫流量，故流量與WUA的二元關(guān)系對(duì)變動(dòng)回水區(qū)并不適用。目前通過水庫生態(tài)調(diào)度重塑變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)生態(tài)功能的相關(guān)研究僅限于定性評(píng)價(jià)［11］，缺乏生態(tài)調(diào)度目標(biāo)的量化參數(shù)明確生態(tài)修復(fù)措施。

因此，本研究面向水庫變動(dòng)回水區(qū)的魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境重塑，提出了量化參數(shù)—生境重塑目標(biāo)區(qū)間；在以往流量-WUA二元關(guān)系的基礎(chǔ)上，考慮水庫水位因子作用，建立入庫流量-水位-WUA的三元關(guān)系，真實(shí)反映變動(dòng)回水區(qū)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境對(duì)水庫調(diào)度的響應(yīng)。本研究以岷江上游的河道型水庫紫坪鋪水庫為例，整合二維水動(dòng)力學(xué)模型和魚類棲息地模型，確定重塑變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)生境的目標(biāo)WUA，經(jīng)多種入庫流量和水位組合工況下的WUA計(jì)算篩選，確定生境重塑目標(biāo)區(qū)間，以此作為生態(tài)調(diào)度的量化參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

紫坪鋪水庫是岷江干流最大的水利工程，所在河段屬長江中上游二級(jí)支流，具有水流湍急、坡降大等特點(diǎn)，建庫后河流原生生境遭到破壞，庫區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)被淹沒。紫坪鋪水庫正常蓄水位877 m，死水位817 m，水位變幅達(dá)60 m，變動(dòng)回水區(qū)長12 km（圖1）。據(jù)調(diào)查，水庫蓄水前變動(dòng)回水區(qū)古溪溝村附近有齊口裂腹魚產(chǎn)卵場(chǎng)存在，建庫后回水淹沒及水位變幅影響造成急流生境消失，使得原有的齊口裂腹魚等珍稀特有魚類的生存空間及存活機(jī)會(huì)大幅減小。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

齊口裂腹魚是中國特有種，長江上游特有魚類，也是四川省省級(jí)保護(hù)動(dòng)物，喜好在水溫較低、溶解氧較高的急、緩流交界處生活，產(chǎn)卵季節(jié)有短距洄游需求，上述習(xí)性與庫區(qū)環(huán)境并不相符，使得人們很少關(guān)注其在水庫內(nèi)的生活動(dòng)態(tài)。2022 年5月，本研究課題組于紫坪鋪水庫開展野外觀測(cè)時(shí)在原產(chǎn)卵場(chǎng)處發(fā)現(xiàn)魚類產(chǎn)卵繁殖跡象，這表明了水庫蓄水后變動(dòng)回水區(qū)內(nèi)仍存在魚類產(chǎn)卵條件。

1.2 研究方法

首先建立紫坪鋪水庫深度平均二維水動(dòng)力學(xué)模型和魚類棲息地模型，利用模型計(jì)算變動(dòng)回水區(qū)天然河道多年平均流量下的WUA和現(xiàn)行水庫調(diào)度下的WUA，確定需重塑的目標(biāo)WUA。然后計(jì)算建庫后不同入庫流量和水庫水位組合工況下的WUA，建立水庫入庫流量-水位-WUA三者的關(guān)系，篩選出滿足目標(biāo)WUA的工況即為生境重塑目標(biāo)區(qū)間。最后根據(jù)紫坪鋪水庫在齊口裂腹魚產(chǎn)卵期（3-5 月）的入庫流量，調(diào)度水庫水位落于生境重塑目標(biāo)區(qū)間，實(shí)現(xiàn)重塑變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)的目的。研究方法流程如圖2所示。

圖2 方法流程圖Fig.2 Flow chart of the method

1.2.1 數(shù)據(jù)收集

調(diào)查收集了1971-2020 年水庫壩址處的逐旬流量，統(tǒng)計(jì)得到50 年內(nèi)齊口裂腹魚產(chǎn)卵期流量為208～430 m3/s。其中，2016年產(chǎn)卵期平均流量為中位數(shù)，則以2016年典型平水年的調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)作為模型邊界條件，開展水動(dòng)力模型驗(yàn)證及現(xiàn)行水庫調(diào)度運(yùn)行下產(chǎn)卵期WUA模擬計(jì)算。2016 年水庫調(diào)度運(yùn)行資料包括逐日壩前水位、入庫流量和出庫流量，為保證數(shù)據(jù)的時(shí)間一致性，同步收集了2016年紫坪鋪水庫實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)建立水動(dòng)力學(xué)模型。

魚類棲息地的流速水深適宜性曲線采用陳明千［14］在岷江研究獲得的成果（圖3），岷江中齊口裂腹魚產(chǎn)卵的流速適宜區(qū)間為0.5～2.5 m/s，其中1.4～1.6 m/s 為最優(yōu)適宜區(qū)間，適宜度為1；對(duì)于水深而言，0.5～1.5 m 均適宜齊口裂腹魚產(chǎn)卵，超出這一區(qū)間則不能刺激魚類產(chǎn)卵。

圖3 岷江齊口裂腹魚產(chǎn)卵期流速水深適宜性曲線［14］Fig.3 Suitability curve of flow velocity and water depth during Schizothorax prenanti spawning period in the Minjiang River

1.2.2 水動(dòng)力學(xué)模型建立與驗(yàn)證

基于深度平均二維MIKE21 數(shù)值模型，建立紫坪鋪水庫二維水動(dòng)力模型。將收集的地形資料轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)和高程，生成23 452 個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，其中變動(dòng)回水區(qū)內(nèi)構(gòu)建了22 391 個(gè)加密網(wǎng)格（面積≤700 m2），建立的紫坪鋪水庫深度平均二維MIKE21數(shù)值模型用于計(jì)算評(píng)估水動(dòng)力條件。

利用2016 年3 月主庫岷江入庫流量、支庫壽溪河入庫流量和水庫出庫流量模擬每日壩前水位，與壩前水位實(shí)測(cè)值對(duì)比，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃浴?/p>

1.2.3 魚類棲息地模型

基于河流流量增量法（IFIM）的棲息地法是目前應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)生境質(zhì)量的代表性模型，尤其是在魚類產(chǎn)卵時(shí)期應(yīng)用較多［15］。IFIM 法通過結(jié)合水動(dòng)力模型和魚類棲息地適宜性模型，建立不同流場(chǎng)與目標(biāo)魚類有效棲息地面積（WUA）之間的關(guān)系，WUA定義為單元棲息地適宜性指數(shù)與該單元面積的乘積，是目前最廣泛采用的生境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，可由此確定魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境對(duì)水庫調(diào)度下水文情勢(shì)的響應(yīng)［16］。選擇一種評(píng)估特定魚類或生命階段的棲息地適宜性方法是非常關(guān)鍵的［17］，本研究與陳明千［14］在岷江研究的魚類同為齊口裂腹魚，故與其選定同樣的幾何平均法評(píng)價(jià)魚類生境適宜性，其計(jì)算公式為：

式中：n為單元個(gè)數(shù)；Ai為計(jì)算單元的面積，m2；HSIi為計(jì)算單元的綜合棲息地適宜性指數(shù)；SIvi為流速適宜指數(shù)，取值范圍為0～1；SIdi為水深適宜指數(shù)，取值范圍為0～1；SIci為河道適宜指數(shù)（包括底質(zhì)和覆蓋物狀況），取值范圍為0～1。

流速適宜指數(shù)SIvi和水深適宜指數(shù)SIdi參考圖 3 進(jìn)行取值；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，研究區(qū)域河段底質(zhì)為礫石，滿足齊口裂腹魚的產(chǎn)卵要求，故而計(jì)算中河道適宜指數(shù)SIci設(shè)定為1。

模擬典型平水年2016 年產(chǎn)卵期調(diào)度情況下的WUA，利用圖 3 中的流速水深適宜性曲線計(jì)算WUA，確定可通過水庫調(diào)度實(shí)現(xiàn)的WUA范圍。同時(shí)按天然河道下多年平均流量的不同百分比，模擬紫坪鋪水庫變動(dòng)回水區(qū)的水動(dòng)力條件，在計(jì)算過程中不斷逼近WUA峰值。參考前人研究［18，19］，變動(dòng)回水區(qū)生境重塑目標(biāo)WUA應(yīng)不低于天然河道下WUA最大值的60%。

1.2.4 工況設(shè)置

經(jīng)調(diào)查2011-2020 年10 年間魚類產(chǎn)卵期內(nèi)紫坪鋪水庫的逐日入庫流量與壩前水位數(shù)據(jù)，確定了13 個(gè)流量和14 種水位（表1），共組合成182 組工況，模擬計(jì)算變動(dòng)回水區(qū)的水動(dòng)力條件，并結(jié)合岷江齊口裂腹魚產(chǎn)卵期流速水深適宜性曲線（圖3）計(jì)算WUA值。

表1 流量和水位工況Tab.1 Conditions of flow and water level

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用納什效率系數(shù)驗(yàn)證紫坪鋪水庫深度平均二維水動(dòng)力模型模擬結(jié)果的可信度，納什效率系數(shù)E的計(jì)算公式為：

式中：QO為觀測(cè)值；Qm為模擬值；Qt表示第t時(shí)刻的某個(gè)值；ˉˉˉQO表示觀測(cè)值的平均值。

E取值為負(fù)無窮至1，E接近1，表示模型的可信度高；E接近0，表示模擬結(jié)果接近觀測(cè)值的平均值水平，即總體結(jié)果可信，但過程模擬誤差大；E遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0，則模型不可信。

采用斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)ρ評(píng)價(jià)現(xiàn)行水庫運(yùn)行調(diào)度情況下流量-WUA和水位-WUA的相關(guān)性，斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)ρ的計(jì)算公式為：

式中：D為兩組數(shù)據(jù)次序的差值；N為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

ρ取值介于-1～1，|ρ|越接近1相關(guān)性越強(qiáng)，|ρ|≥0.6為強(qiáng)相關(guān)，0.4 ＜|ρ|＜0.6 為中度相關(guān)，|ρ|≤0.4 為弱相關(guān)。同時(shí)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，當(dāng)p＜0.05則表明相關(guān)性顯著，否則無顯著相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 模型驗(yàn)證結(jié)果

利用模型模擬得到2016 年3 月逐日壩前水位值，與實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比（圖4），模型模擬值與實(shí)測(cè)值的R2為0.992 6，線性關(guān)系良好，最大絕對(duì)誤差為0.32 m，模型納什效率系數(shù)為0.99，接近1，表示研究建立的紫坪鋪水庫深度平均二維水動(dòng)力模型可有效模擬變動(dòng)回水區(qū)水動(dòng)力條件，模型質(zhì)量好，可信度高。2016年水庫水動(dòng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明，變動(dòng)回水區(qū)仍存在滿足齊口裂腹魚產(chǎn)卵場(chǎng)流速水深適宜性曲線的水動(dòng)力區(qū)間，故具備生態(tài)調(diào)度重塑適宜產(chǎn)卵生境的條件。

圖4 實(shí)測(cè)水位與模擬水位對(duì)比圖Fig.4 Comparison of measured and simulated water levels

2.2 目標(biāo)WUA值

紫坪鋪水庫壩址處多年平均流量為469 m3/s，為尋求WUA峰值，按百分比最低15%至最高100%共設(shè)置了10 種工況進(jìn)行計(jì)算（圖5），由圖5 可見，隨流量增大，WUA先增大后減少。取多年平均流量的65%（304 m3/s）時(shí)，WUA達(dá)到峰值634 889 m2；則目標(biāo)WUA按峰值的60%計(jì)，為380 933 m2。

圖5 多年平均流量-WUA曲線Fig.5 Curve of mean annual flow-WUA

模擬分析水庫現(xiàn)行調(diào)度下的WUA變化，可明確WUA對(duì)水庫調(diào)度的真實(shí)響應(yīng)，探究通過水庫水位調(diào)度重塑變動(dòng)回水區(qū)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)的可操作性，并結(jié)合天然河道WUA情況確定目標(biāo)WUA值。圖6 是2016 年水庫調(diào)度運(yùn)行下產(chǎn)卵期水動(dòng)力條件與WUA變化圖。整個(gè)產(chǎn)卵期WUA范圍為254 335～450 412 m2。當(dāng)入庫流量低于300 m3/s時(shí)，WUA隨著流量的增大而增加，當(dāng)流量升至600 m3/s 時(shí)，WUA從444 591 m2降至354 051 m2。水位則呈現(xiàn)相反的規(guī)律，水位下降時(shí)，WUA波動(dòng)增長。現(xiàn)行水庫調(diào)度下產(chǎn)卵期WUA有41%的時(shí)段在380 933 m2以上，這一方面說明WUA峰值的60%可通過水庫調(diào)度來實(shí)現(xiàn)，將380 933 m2作為目標(biāo)WUA是可操作的，另一方面也表明需要繼續(xù)通過水庫調(diào)度提高產(chǎn)卵期間滿足目標(biāo)WUA的比例。

圖6 2016年水動(dòng)力條件與WUA變化圖Fig.6 Hydrodynamic conditions and WUA variations in 2016

斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)現(xiàn)行水庫調(diào)度運(yùn)行下流量-WUA、水位-WUA相關(guān)性的結(jié)果如表2 所示。結(jié)果表明，流量與WUA斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)在3 月和4 月分別為0.673 和0.736，有顯著的強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05），5 月流量較大時(shí)，呈現(xiàn)顯著強(qiáng)負(fù)相關(guān)，這表明較大的流量會(huì)對(duì)WUA產(chǎn)生不利影響。3 月和5 月水庫水位較低時(shí)，水位和WUA有著顯著的強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）；4 月水庫水位整體在840 m 以上時(shí)（圖6），水位和WUA無顯著相關(guān)（p＞0.05），表明高水位情況下無法保證調(diào)度水庫水位重塑產(chǎn)卵場(chǎng)生境的效果。

表2 2016年變動(dòng)回水區(qū)水動(dòng)力條件與WUA的相關(guān)性Tab.2 Correlation between hydrodynamic conditions and WUA of fluctuating backwater area in 2016

2.3 生境重塑目標(biāo)區(qū)間

不同流量和水位組合工況下的變動(dòng)回水區(qū)WUA結(jié)果如圖7（a）所示。結(jié)果表明，當(dāng)水庫水位固定時(shí)，隨著入庫流量從50 m3/s 增大至900 m3/s，WUA先增大到峰值，然后逐漸減小。不同水位工況下均顯示W(wǎng)UA在流量300 m3/s 時(shí)達(dá)到峰值，并在300 m3/s后逐漸減小，有著極高的同步性。當(dāng)入庫流量固定時(shí)，隨著水位從817 m 升至856 m，WUA顯著單調(diào)遞減，水位越高，WUA越小，這與水庫蓄水水位低、淹沒產(chǎn)卵場(chǎng)面積少的實(shí)際情況相吻合。水庫水位在844 m 以上時(shí)，WUA值均在目標(biāo)值以下。故對(duì)紫坪鋪水庫而言，應(yīng)盡可能保持產(chǎn)卵期水庫水位在844 m以下。

圖7 不同流量水位組合情況下變動(dòng)回水區(qū)WUA圖Fig.7 WUA for various flow and water level settings of fluctuating backwater area

滿足目標(biāo)WUA的流量水位工況如圖7（b）所示，可見WUA高值集中在流量300 m3/s附近，圖7（b）右上角高水位、大流量情況下WUA值較小，而流量減小或水位降低均可增大WUA。圖中斜線區(qū)域WUA值均在目標(biāo)值以上，即研究確定的生境重塑目標(biāo)區(qū)間。若流量水位同時(shí)處于這一區(qū)間，則可在變動(dòng)回水區(qū)重塑足夠面積的產(chǎn)卵場(chǎng)。此區(qū)間的水位范圍為817～844 m，流量范圍為114～652 m3/s，表明入庫流量低于114 m3/s 或高于652 m3/s時(shí)，無法調(diào)度水庫水位落于生境重塑目標(biāo)區(qū)間；入庫流量介于260～370 m3/s 時(shí)，水庫水位在844 m 以下即處于生境重塑目標(biāo)區(qū)間。

產(chǎn)卵期應(yīng)根據(jù)入庫流量調(diào)度水位處于生境重塑目標(biāo)區(qū)間，如入庫流量為200 m3/s 時(shí)，則應(yīng)調(diào)度水庫水位低于837 m，同時(shí)不應(yīng)低于水庫死水位817 m。根據(jù)上述2016年紫坪鋪入庫流量情況，齊口裂腹魚產(chǎn)卵期有91%的日均流量介于114～652 m3/s之間，即91%的時(shí)段可調(diào)度水位處于生境重塑目標(biāo)區(qū)間，使變動(dòng)回水區(qū)滿足目標(biāo)WUA，比原有調(diào)度的41%增加了50%，滿足率提升至現(xiàn)狀的2.22倍。

3 討 論

在紫坪鋪水庫變動(dòng)回水區(qū)，采用流速和水深這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行齊口裂腹魚產(chǎn)卵生境適宜性研究，流速增加水體溶解氧，刺激魚類產(chǎn)卵，水深為底棲性魚類提供足夠生存空間［20］。通過棲息地流速水深適宜性曲線可明確，不僅壩下河道存在產(chǎn)卵條件，原作為生態(tài)修復(fù)盲區(qū)的壩上變動(dòng)回水區(qū)也具備適宜產(chǎn)卵的水動(dòng)力區(qū)間。該區(qū)流速、水深受入庫流量和水庫水位調(diào)度的影響，分析流量與水位即可評(píng)估齊口裂腹魚產(chǎn)卵場(chǎng)生境。

紫坪鋪水庫在2004年蓄水以后，庫區(qū)水動(dòng)力條件發(fā)生了顯著性變化，破壞了齊口裂腹魚原有產(chǎn)卵場(chǎng)生境。在入庫流量較低的3 月和4 月，流量的增大使得流速、水深更加適宜齊口裂腹魚產(chǎn)卵，因此流量和WUA呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)；而5 月流量升至600 m3/s 附近時(shí)，過大的流量導(dǎo)致流速水深已經(jīng)超過了齊口裂腹魚適宜產(chǎn)卵區(qū)間，故流量與WUA呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。對(duì)于水庫水位而言，水位越低，淹沒的變動(dòng)回水區(qū)區(qū)域越少，類似天然河道的變動(dòng)回水區(qū)無疑更加適宜齊口裂腹魚產(chǎn)卵場(chǎng)恢復(fù)重塑，故水位與WUA呈負(fù)相關(guān)。紫坪鋪水庫從庫尾至壩前坡降逐漸減小，使得3 月和5 月水位較低時(shí)，水位的變化顯著影響變動(dòng)回水區(qū)被淹沒的面積，故3月和5月呈現(xiàn)顯著的強(qiáng)相關(guān)關(guān)系；同理，4月水位較高時(shí)，水庫水位-WUA則無顯著相關(guān)。對(duì)于紫坪鋪水庫而言，通過計(jì)算182 種流量水位組合工況下變動(dòng)回水區(qū)的WUA，確定了齊口裂腹魚產(chǎn)卵期生境重塑目標(biāo)區(qū)間，此區(qū)間的水位范圍為817～844 m，流量范圍為114～652 m3/s。在提取出的生境重塑目標(biāo)區(qū)間［圖7（b）］的基礎(chǔ)上，已知入庫流量時(shí)，若流量在生境重塑目標(biāo)區(qū)間內(nèi)，則可根據(jù)此區(qū)間調(diào)度水位，在變動(dòng)回水區(qū)重塑足夠的WUA，越低的水庫水位可重塑越多適宜齊口裂腹魚產(chǎn)卵的區(qū)域。建庫后現(xiàn)行調(diào)度下，變動(dòng)回水區(qū)齊口裂腹魚WUA在整個(gè)產(chǎn)卵期僅有41%的時(shí)段處于目標(biāo)WUA以上，而按照生境重塑目標(biāo)區(qū)間進(jìn)行生態(tài)調(diào)度后，可使91%的時(shí)段滿足目標(biāo)WUA，比原有調(diào)度增加了50%，生境重塑效果顯著。

以往在對(duì)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)的生態(tài)調(diào)度研究中，一般是通過建立水庫下泄流量與WUA的二元關(guān)系以明確水庫生態(tài)調(diào)度具體實(shí)施方式，如ZHANG等［6］利用這種二元關(guān)系確定了金沙江魚類產(chǎn)卵覓食時(shí)期巴塘大壩生態(tài)流量，易雨君等［7］得到了瀾滄江不同保證率下結(jié)魚WUA對(duì)應(yīng)的漫灣大壩下泄流量。由于壩下河道內(nèi)水位流量關(guān)系基本固定，確定流量與WUA的二元關(guān)系就能確定水位與WUA的關(guān)系，因此這種二元關(guān)系適用于壩下河道［4，21］。但是對(duì)于水庫變動(dòng)回水段，水位既受庫尾來流影響，又受庫區(qū)水位的頂托作用，這種復(fù)雜的水動(dòng)力特點(diǎn)使得單純的流量-WUA二元關(guān)系無法包含水位對(duì)WUA的影響，且相較于無法控制的入庫流量，壩前水位是在水庫調(diào)度中可以直接控制的一個(gè)變量。因此，針對(duì)變動(dòng)回水區(qū)的魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境重塑，本文建立流量-水位-WUA的三元關(guān)系，既避免了流量與WUA的二元關(guān)系無法實(shí)際應(yīng)用于水庫調(diào)度的窘境，又把對(duì)變動(dòng)回水區(qū)水動(dòng)力條件影響顯著的水庫水位因子納入考慮，結(jié)果可準(zhǔn)確反映產(chǎn)卵場(chǎng)生境對(duì)水庫調(diào)度的響應(yīng)，也能更便捷地指導(dǎo)水庫進(jìn)行調(diào)度。

西南山區(qū)的其他河道型水庫，與本研究中的實(shí)例紫坪鋪水庫具有類似的特點(diǎn)，其作為潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的變動(dòng)回水區(qū)坡降大，水動(dòng)力條件對(duì)水庫水位的變幅響應(yīng)顯著，更易通過生態(tài)調(diào)度塑造產(chǎn)卵場(chǎng)生境條件。對(duì)于在變動(dòng)回水區(qū)有產(chǎn)卵場(chǎng)分布的水庫而言，想要通過生態(tài)調(diào)度實(shí)現(xiàn)重塑產(chǎn)卵場(chǎng)的目的，則可參照本研究提出的生境重塑目標(biāo)區(qū)間明確生態(tài)調(diào)度措施。值得說明的是，本研究確定的生境重塑目標(biāo)區(qū)間僅考慮了水動(dòng)力條件中的流速和水深，沒有考慮水溫、渦量等其他指標(biāo)在水庫調(diào)度中的響應(yīng)，后續(xù)可將其他指標(biāo)納入考慮。同時(shí)，已有研究表明魚類繁殖生長過程中值得關(guān)注和保護(hù)的時(shí)期并不僅限于產(chǎn)卵期［22，23］，在進(jìn)行棲息地修復(fù)與保護(hù)時(shí)，可兼顧魚類其他生命階段需求，以保障魚類種群數(shù)量。

4 結(jié) 論

本文通過探討魚類有效棲息地面積對(duì)入庫流量與水庫調(diào)度水位的響應(yīng)關(guān)系，明確生境重塑并不局限于壩下河道，壩上變動(dòng)回水區(qū)也存在適宜的水動(dòng)力條件，故將視線聚焦到以往被忽視的變動(dòng)回水區(qū)，意圖通過優(yōu)化水庫調(diào)度將水庫的生態(tài)效益最大化。以紫坪鋪水庫為例，建立變動(dòng)回水區(qū)流量-水位-WUA的三元關(guān)系，確定了紫坪鋪水庫變動(dòng)回水區(qū)生境重塑目標(biāo)區(qū)間，此區(qū)間的入庫流量范圍為114～652 m3/s，水位范圍為817～844 m。當(dāng)水庫入庫流量、水位落于生境重塑目標(biāo)區(qū)間內(nèi)，便可達(dá)到為變動(dòng)回水區(qū)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)重塑目標(biāo)WUA的目的。本文提出的生境重塑目標(biāo)區(qū)間，為其他旨在維護(hù)重建變動(dòng)回水區(qū)產(chǎn)卵場(chǎng)的水庫提供了參考，對(duì)實(shí)現(xiàn)水庫生態(tài)效益最大化具有重要意義。