曹俊 陳小娟 盧晶瑩 鄧鑫欣 陶江平

摘要：日調(diào)峰是烏東德水電站日常運(yùn)行的主要出力約束和調(diào)度目標(biāo)。為了探討電站調(diào)度引起的出庫流量大幅漲落對(duì)下游生態(tài)環(huán)境的不利影響，采用河道內(nèi)流量增量法，通過構(gòu)建二維水動(dòng)力模型，研究了烏東德水電站日調(diào)峰引起的下游河段水文水動(dòng)力條件波動(dòng)對(duì)裂腹魚類繁殖期棲息地適宜性的影響，并分析了2023年電站基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果。結(jié)果表明，烏東德電站下泄流量低于1 160 m?/s，壩下江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積相對(duì)較大；流量高于2 000 m?/s，裂腹魚類潛在的產(chǎn)卵場(chǎng)面積顯著減少。電站日調(diào)峰結(jié)束時(shí)，出庫流量降幅越大，裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積及魚卵脫水風(fēng)險(xiǎn)越大。烏東德電站基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度期間，壩下江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的加權(quán)面積有所減少，但潛在產(chǎn)卵場(chǎng)和魚卵早期的脫水風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。為提高繁殖期裂腹魚類生境適宜性和持續(xù)性，有必要進(jìn)一步減少電站日調(diào)峰頻率，降低出庫流量至適宜區(qū)間。

關(guān)鍵詞：裂腹魚類；日調(diào)峰；生態(tài)調(diào)度；生態(tài)流量；烏東德電站

中圖分類號(hào)：X826? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-3075（2024）01-0087-09

水電不僅是優(yōu)質(zhì)可再生清潔能源，也是我國重要的調(diào)峰電源（程海花等，2019）。水電機(jī)組具有啟停迅速、爬坡率高、調(diào)峰幅度大等特點(diǎn)，在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻中發(fā)揮了重要作用（唐新華和周建軍，2013;王偉等，2018）。水電站日調(diào)峰的基本方式是通過發(fā)電機(jī)組啟?？刂齐娬境隽Γ纱艘鸬南滦沽髁靠焖僮兓蓪?duì)下游河道生態(tài)環(huán)境造成不同程度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Hauer et al，2017;Greimel et al，2018;Batalla et al，2021）。流量的快速變化形成沿河道縱向傳播的周期性小型洪峰，引起下游河道的水位、流速、流態(tài)等水文水動(dòng)力學(xué)特征也呈現(xiàn)周期性變化，進(jìn)而對(duì)河流的水文水動(dòng)力、水質(zhì)水環(huán)境等造成一系列影響，并形成對(duì)水生物種的生境脅迫。

針對(duì)水電站調(diào)峰引起的水力波動(dòng)對(duì)魚類的影響，國外已開展了大量研究。Schmutz等（2015）通過評(píng)價(jià)澳大利亞境內(nèi)16條河流的水文條件和生態(tài)差異，認(rèn)為電站日調(diào)峰引起的水位跌落速率、發(fā)生頻率等是影響這些河流魚類生物完整性的主要外在干擾因素；Burman等（2021）研究了電站調(diào)峰調(diào)度對(duì)幾種鮭科魚類（歐洲灰鮭、大西洋鮭和褐鱒）自然繁殖的影響，認(rèn)為調(diào)峰頻率可能降低這幾種鮭的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)分布，影響程度取決于物種和生活史階段；Bartoň等（2022）通過聲吶遙測(cè)陣列跟蹤觀測(cè)赤梢雅羅魚在澤利夫卡河的繁殖行為，發(fā)現(xiàn)電站調(diào)峰導(dǎo)致下游赤梢雅羅魚繁殖行為的改變，并可以造成親魚產(chǎn)卵活動(dòng)中止或在不利于魚卵發(fā)育的生境中產(chǎn)卵；此外，也有學(xué)者研究了電站調(diào)峰對(duì)魚類攝食、生長、洄游等方面的影響（Gandini et al，2014;Finch et al，2015;Jones & Petreman，2015）。目前，這些研究涉及魚類種群數(shù)量和分布、個(gè)體行為表現(xiàn)、生活史過程等，其中受河流管理者關(guān)注最多的方面仍是電站調(diào)峰對(duì)魚類、大型底棲生物等造成的脫水風(fēng)險(xiǎn)（Saltveit et al，2001;Casas-Mulet et al，2015;Hedger et al，2018）。

在不考慮水輪機(jī)調(diào)節(jié)性能情況下，通常電站單機(jī)容量越大，調(diào)峰機(jī)組的啟停引起電站下泄流量的變幅越大，對(duì)下游河道水力條件及水生生境的擾動(dòng)程度也越大。烏東德水電站作為金沙江下游的骨干水利工程，單機(jī)容量居世界第二，其調(diào)峰調(diào)度對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的影響目前研究和關(guān)注較少。有學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為金沙江水位的快速波動(dòng)可能對(duì)下游生態(tài)環(huán)境造成不利影響（蔣艷等，2009;長江水資源保護(hù)科學(xué)研究所，2015），但具體影響評(píng)價(jià)及緩解修復(fù)措施仍缺乏針對(duì)性研究。自2021年起，烏東德水電站開始實(shí)施基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，這也是國內(nèi)水利工程開展基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度的首例?；砂l(fā)電生態(tài)調(diào)度是通過減少電站調(diào)峰頻率、降低電站出庫流量峰谷差，以穩(wěn)定壩下河段水位波動(dòng)、減少水位大幅波動(dòng)對(duì)魚類自然繁殖不利影響的水庫調(diào)度方式。淺灘生境作為水位波動(dòng)影響最直接的河流生境類型，本研究以流水淺灘產(chǎn)卵的裂腹魚類為研究對(duì)象，分析烏東德水電站日調(diào)峰調(diào)度對(duì)壩下江段裂腹魚類繁殖期棲息地適宜性的影響，檢驗(yàn)2023年基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果，旨在為優(yōu)化水庫生態(tài)調(diào)度與生態(tài)流量、開展魚類棲息地保護(hù)與修復(fù)提供參考依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)域

烏東德水電站是金沙江下游梯級(jí)水電開發(fā)的第一級(jí)，控制流域面積40.6萬km2，壩址天然多年平均流量3 850 m3/s。本文以烏東德壩下、白鶴灘庫尾的流水江段——金沙江干流烏東德尾水口至普渡河河口段為研究區(qū)域，長度約37 km（圖1）。

1.2? ?水電站日調(diào)峰

依照調(diào)度規(guī)程和電網(wǎng)要求，烏東德水電站日常主要承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)。2023年1?4月監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)的烏東德水電站出庫流量過程如圖2所示。期間電站日常運(yùn)行主要采用早峰和晚峰雙調(diào)峰調(diào)度方式，早峰調(diào)度通常在10：00左右，晚峰調(diào)度通常在20：00左右，峰荷運(yùn)行持續(xù)時(shí)長基本不超過2 h，基荷運(yùn)行持續(xù)時(shí)長不超過6 h。4月6?12日電站實(shí)施了緩解下游水位波動(dòng)的基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，降低了電站峰谷負(fù)荷差及出庫流量波動(dòng)。

1.3? ?研究方法

1.3.1? ?魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境指標(biāo)選取? ?裂腹魚通常棲息于高原地區(qū)水體，在流水淺灘上產(chǎn)卵。針對(duì)其產(chǎn)卵場(chǎng)特征，有學(xué)者通過對(duì)比野外產(chǎn)卵場(chǎng)和非產(chǎn)卵場(chǎng)水文水動(dòng)力學(xué)特征，認(rèn)為齊口裂腹魚的產(chǎn)卵適宜水深為0.5～1.5 m，適宜流速為0.5～2.5 m/s（陳明千等，2013；李福霜等，2023）；還有學(xué)者基于野外監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)相關(guān)研究觀點(diǎn)，提出齊口裂腹魚適宜產(chǎn)卵水深為0.15～1.5 m，適宜流速為0.07～1.5 m/s（孫瑩等，2015；李軒等，2023）；何清燕等（2018）參照大西洋鮭等冷水魚的產(chǎn)卵生境，認(rèn)為重口裂腹魚產(chǎn)卵的最小水深為0.6 m，最低流速為0.3 m/s；顏文斌等（2017）對(duì)野外圍格的短須裂腹魚產(chǎn)卵場(chǎng)行為進(jìn)行原位觀測(cè)，認(rèn)為其偏好在0.25～0.45 m的流水環(huán)境中產(chǎn)卵。綜上并結(jié)合野外監(jiān)測(cè)及人工繁育等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，本研究選取金沙江下游裂腹魚類的產(chǎn)卵適宜水深為0.2～1.5 m，適宜流速為0.5～2.5 m/s。

1.3.2? ?魚類棲息地模擬? ?首先，通過建立二維水動(dòng)力學(xué)模型，模擬烏東德不同出庫流量工況壩下江段的水文水動(dòng)力條件，并采用水文站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行模型率定和驗(yàn)證；其次，結(jié)合目標(biāo)魚類自然繁殖對(duì)水深和流速適宜性需求，通過地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，提取目標(biāo)魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的空間分布，并通過不同河床淹沒區(qū)域的空間重疊關(guān)系，分析河床和潛在產(chǎn)卵場(chǎng)在不同工況下的脫水面積。水動(dòng)力學(xué)模型采用HEC-RAS 6.4.1軟件求解完整的淺水方程，模擬工況分別選擇8個(gè)電站出庫流量情景（表1）。魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的提取、脫水面積計(jì)算等相關(guān)地理空間統(tǒng)計(jì)分析采用ArcGIS for Desktop 10.2和R 4.3.1軟件完成。因地形等資料掌握有限，本研究不考慮白鶴灘水庫回水對(duì)研究江段水動(dòng)力條件的影響。

1.3.3? ?魚類繁殖期棲息地綜合適宜度評(píng)價(jià)? ?對(duì)于繁殖期的魚類，其潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積越大，維持時(shí)間越長，則能提供給目標(biāo)魚類產(chǎn)卵的機(jī)會(huì)更多，棲息地綜合適宜度越高。為評(píng)估水文水動(dòng)力快速變化條件下裂腹魚類的棲息地綜合適宜度，分析2023年烏東德基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)效果，本研究提出一種時(shí)間加權(quán)的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積（Stw）作為裂腹魚類繁殖期棲息地綜合適宜度的參考指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

[Stw=Si?titi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?①

式中：Stw為評(píng)價(jià)期內(nèi)時(shí)間加權(quán)的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積（萬m2），Si為情景i對(duì)應(yīng)的目標(biāo)魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積（萬m2），ti為評(píng)價(jià)期內(nèi)情景i的持續(xù)時(shí)長（h）。

在計(jì)算Stw時(shí)，對(duì)電站的運(yùn)行工況等進(jìn)行分段概化處理。流量數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為2 h，每2 h內(nèi)電站出庫流量視為恒定值Qi，即電站在工況Qi下的運(yùn)行持續(xù)時(shí)長為2 h；對(duì)應(yīng)的魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積Si采用臨近工況的模擬值進(jìn)行線性插值估計(jì)。低于900 m3/s和高于7 000 m3/s工況下的魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積采用900 m3/s和7 000 m3/s工況模擬值代替。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?流量大小對(duì)下游河道物理生境條件的影響

根據(jù)模型結(jié)果，8種工況下研究江段的水面面積變化如圖3所示，水深和流速大小分布如圖4和圖5所示。烏東德壩下河道淹沒水面面積、平均水深及平均流速均隨著上游電站出庫流量的增加而增加；反之，隨出庫流量的減少而降低。當(dāng)電站出庫流量從7 000 m3/s降至9 00? m3/s，河床淹沒面積從773.15萬m2降至563.30萬m2，河道平均水深從11.30 m降至6.83 m，平均流速從2.76 m/s降至1.05 m/s；此外，電站出庫流量每減少1 000? m3/s，河床淹沒面積平均減少34.2萬m2。流量越低時(shí)，減少單位流量引起的河床脫水面積越大。

2.2? ?流量大小對(duì)裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)分布的影響

根據(jù)模型結(jié)果，不同流量工況下裂腹魚類在研究江段的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)分布如圖6所示。從空間分布來看，烏東德壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)沿程空間分布不均，主要位于壩址以下17 km至普渡河河口，17 km以上至壩下幾乎無分布。烏東德出庫流量低于2 000 m3/s時(shí)，壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)分布于主河槽淺灘及少量岸灘區(qū)域，2處典型潛在產(chǎn)卵場(chǎng)主要分布于壩址下游20 km處（大坪子村）和29 km處（黃草坪村），面積分別約10.6萬m2 和8.7萬m2；流量升至2 000 m3/s以上時(shí)，由于河道水文和水動(dòng)力條件發(fā)生改變，大坪子村和黃草坪村潛在產(chǎn)卵場(chǎng)逐漸喪失，整個(gè)河段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)主要分布于沿江岸灘區(qū)域，空間上呈零星狀分布，面積顯著減少；流量升至5 000 m3/s以上時(shí)，沿江岸灘的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積進(jìn)一步減少，僅在壩址下游25 km處（火頭田村）形成1處分布較為連續(xù)的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)，面積約5.8萬m2。

不同流量工況下裂腹魚類在研究江段的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積如圖7所示。結(jié)果表明，烏東德壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)隨流量條件變化而變化，8種不同流量條件下，裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積為4.3萬～25.2萬m2，占河床淹沒面積的0.6%～4.5%。整體上看，流量低于1 160 m3/s時(shí)，適合裂腹魚類產(chǎn)卵的生境面積相對(duì)較大，為22.6萬～25.2萬m2；流量高于2 000 m3/s時(shí)，適合裂腹魚類產(chǎn)卵的生境面積相對(duì)較小，為4.3萬～8.0萬m2，相比前者平均減少了76.5%；表明適宜下游江段裂腹魚類產(chǎn)卵的烏東德電站出庫流量不宜超過2 000 m3/s。

2.3? ?不同退水事件下產(chǎn)卵場(chǎng)和卵早期脫水風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)模擬結(jié)果，8種流量條件構(gòu)成的28種不同退水情景下烏東德壩下江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水面積如圖8所示。結(jié)果表明，河道退水情景下，壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積為1.2萬～30.4萬m2。整體趨勢(shì)上，不同退水情景下的流量降幅越大，裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積越大。從減少單位流量引起的裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積來看，流量越小，壩下江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水面積越大。由于裂腹魚卵通常沉于河床底部孵化發(fā)育，產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水可以進(jìn)一步造成產(chǎn)于該產(chǎn)卵場(chǎng)的粘沉性魚卵脫水。因此，烏東德電站日調(diào)峰結(jié)束時(shí)，出庫流量降幅越大，壩下裂腹魚卵發(fā)生脫水的風(fēng)險(xiǎn)也越大，且低流量條件下不利效應(yīng)更加明顯。

2.4? ?電站基荷發(fā)電生態(tài)調(diào)度實(shí)施效果

2.4.1? ?電站出庫流量特征? ?統(tǒng)計(jì)2023年1?4月烏東德電站峰荷和基荷出庫流量如圖9所示。在非生態(tài)調(diào)度期間，除1月中上旬部分時(shí)段外，烏東德電站的基荷出庫流量均值為900 m3/s，峰荷出庫流量均值為3 932 m3/s，最高峰值流量為7 170 m3/s，峰谷流量差為990～6 270 m3/s。生態(tài)調(diào)度期間，電站基荷出庫流量均值為1 560 m3/s，峰荷出庫流量均值為2 300 m3/s，峰谷流量差為740 m3/s。相比非生態(tài)調(diào)度期間，生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)提高了烏東德基荷出庫流量，降低了峰荷出庫流量，調(diào)峰周期內(nèi)電站出庫流量峰谷差顯著縮小。

2.4.2? ?魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積? ?計(jì)算結(jié)果表明，非生態(tài)調(diào)度和生態(tài)調(diào)度期間裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的時(shí)間加權(quán)面積分別為13.9萬m2和10.3萬m2，表明生態(tài)調(diào)度期間裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積相比非生態(tài)調(diào)度期間有所減少。主要原因在于生態(tài)調(diào)度期間烏東德電站每日處于適宜生態(tài)流量區(qū)間（低于2 000 m3/s）的平均時(shí)間略有縮短。由于電站出庫流量低于2 000 m3/s 流量條件壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積顯著增加，而高于此流量條件的面積相差不大，因此電站在出庫流量低于2 000 m3/s工況下的運(yùn)行時(shí)間長短會(huì)顯著影響下游江段裂腹魚類棲息地綜合適宜度。以2 000 m3/s為臨界值，研究期間烏東德出庫低于此流量的每日時(shí)長如圖10所示。非生態(tài)調(diào)度期間每日下泄流量低于2 000 m3/s的平均時(shí)長為13.3 h，而生態(tài)調(diào)度期間平均時(shí)長為12.3 h，平均縮短了1 h。此外，非生態(tài)調(diào)度和生態(tài)調(diào)度期間裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的時(shí)間加權(quán)面積相比恒定流情景900 m3/s和1 160 m3/s流量條件平均減少了41.9%和54.5%，這意味著無論是生態(tài)調(diào)度還是非生態(tài)調(diào)度期間，電站日調(diào)峰調(diào)度均引起了下游江段裂腹魚類棲息地適宜性的顯著下降。

2.4.3? ?魚卵早期脫水風(fēng)險(xiǎn)? ?1?4月烏東德電站日調(diào)峰引起的退水事件如圖11所示。結(jié)果顯示，非生態(tài)調(diào)度期間，電站調(diào)峰引起的出庫流量降幅在110～4 885 m3/s，生態(tài)調(diào)度期間為380～880 m3/s，可見生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)大幅縮小了電站日調(diào)峰結(jié)束引起的流量降幅，基本避免了非生態(tài)調(diào)度期間河道大幅度退水事件（圖11右側(cè)框內(nèi)的紅點(diǎn)）。退水事件中烏東德出庫流量降幅越大，下游江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積越大、魚卵脫水風(fēng)險(xiǎn)越高，表明隨著峰谷流量差的降低，烏東德生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)降低了壩下裂腹魚卵早期的脫水風(fēng)險(xiǎn)，減輕了日調(diào)峰對(duì)裂腹魚類自然繁殖可能造成的不利影響。

3? ?討論

3.1? ?非恒定流條件魚類棲息地適宜性及面積變化

非恒定流是自然界河流水動(dòng)力學(xué)的基本特征。目前，基于水動(dòng)力學(xué)模擬的水生生物物理?xiàng)⒌卦u(píng)價(jià)方法在國內(nèi)外已廣泛使用，如物理?xiàng)⒌剡m宜度模型（Maddock，1999;Yi et al，2017），但較少研究關(guān)注物理?xiàng)⒌卦跁r(shí)間和空間維度上的連續(xù)性。當(dāng)流量條件發(fā)生變化時(shí)，目標(biāo)物種的適宜生境空間分布發(fā)生改變，伴隨著部分生境由適宜區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榉沁m宜區(qū)域，部分生境由非適宜區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜區(qū)域。以粘沉性魚卵為例，由于魚卵在孵化前不具備主動(dòng)遷移能力，通常停留在原產(chǎn)卵場(chǎng)孵化、發(fā)育。當(dāng)產(chǎn)卵場(chǎng)水文條件發(fā)生變化、孵化區(qū)域從河床淹沒區(qū)演變成非淹沒區(qū)時(shí)，魚卵并不會(huì)主動(dòng)遷移至其他淹沒區(qū)或新生的適宜生境，即會(huì)發(fā)生脫水風(fēng)險(xiǎn)，但此時(shí)目標(biāo)魚類總的可利用棲息地面積可能保持不變甚至增加，這表明棲息地可利用面積大小并不能全面反映魚類在早期生活史階段對(duì)適宜生境的需求。

除魚類早期孵化育幼階段外，魚類在產(chǎn)卵場(chǎng)選擇、配偶挑選以及產(chǎn)卵過程等也需要棲息地在高適宜度區(qū)間維持足夠的時(shí)長。顏文斌等（2017）觀察野外水域短須裂腹魚的產(chǎn)卵行為，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)卵活動(dòng)按時(shí)序包括產(chǎn)卵場(chǎng)探索、產(chǎn)卵場(chǎng)占據(jù)與領(lǐng)域爭奪、配偶互動(dòng)及選擇、交配、護(hù)衛(wèi)等行為，其產(chǎn)卵前特殊狀態(tài)行為一般可能持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)日不等，表明裂腹魚類同大多數(shù)其他魚類一樣，產(chǎn)卵前存在特殊行為時(shí)期，這期間保證生境的高適宜度對(duì)于親魚的生物信息交換、雌雄配對(duì)等生殖活動(dòng)是十分重要的前提條件；其研究還發(fā)現(xiàn)，短須裂腹魚為分批產(chǎn)卵型，1尾雌魚1 d可產(chǎn)卵8次，這意味著產(chǎn)卵場(chǎng)需維持足夠久的適宜度才能保證親魚完成整個(gè)產(chǎn)卵過程。因此，維持目標(biāo)物種物理?xiàng)⒌卦跁r(shí)間尺度上的連續(xù)性，對(duì)于評(píng)價(jià)非恒定流條件下魚類物理?xiàng)⒌剡m宜性十分重要。

此外，非恒定流條件下魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的空間分布隨流量變化而呈現(xiàn)非線性變化，對(duì)于定量評(píng)估魚類產(chǎn)卵場(chǎng)和魚卵早期的脫水風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)造成額外困難和不確定性。本研究中，烏東德出庫流量恒定為7 000 m3/s時(shí)，壩下裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積為3.4萬m2，恒定流量900 m3/s時(shí)，潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積為25.2萬m2；但退水情景中烏東德出庫流量從7 000 m3/s降至900 m3/s時(shí)，始末狀態(tài)下魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積有所增加，潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積卻為30.4萬m2。主要原因是在烏東德出庫流量過程中，下游江段裂腹魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的空間分布不斷變化，主河槽淹沒區(qū)域演化出新的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)，新形成的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)在此退水過程中也發(fā)生了脫水，造成了潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積和魚卵脫水風(fēng)險(xiǎn)的不斷累積。整個(gè)退水過程中，產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水面積不僅包含了7 000 m3/s恒定流狀態(tài)下產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水面積，還包含了該過程中新增潛在產(chǎn)卵場(chǎng)的脫水面積?；诖耍狙芯坎捎? 000 m3/s→6 000 m3/s、6 000 m3/s→5 000 m3/s、......、2 000 m3/s →1 160 m3/s、1 160 m3/s→900 m3/s先分段、后綜合的方式，使用二維恒定流模擬結(jié)果來估算7 000 m3/s→900 m3/s退水情景下的潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積，以提高模擬結(jié)果的可靠性；分段的精細(xì)程度也對(duì)最終估算的脫水面積有直接影響，分段越精細(xì)，脫水面積估算越精確，但也會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算成本。此外，雖然此問題也可采用二維非恒定流模擬該江段的水動(dòng)力學(xué)條件，但一方面會(huì)導(dǎo)致計(jì)算成本偏高；另一方面，在使用非恒定流模擬結(jié)果估算魚類潛在產(chǎn)卵場(chǎng)脫水面積時(shí)，也會(huì)面臨類似的時(shí)間分割問題。

3.2? ?低流量情景更符合裂腹魚類產(chǎn)卵生境需求

大量研究表明，生物群落與非生物環(huán)境之間的相互依存關(guān)系是由物種的生態(tài)習(xí)性以及棲息地分布區(qū)域的地勢(shì)地貌、水文氣象等因素共同作用的結(jié)果（Dunson & Travis，1991;Jackson et al，2001;Turcotte et al，2012）。烏東德壩址處于低緯度高原區(qū)，屬干熱河谷氣候，年內(nèi)徑流分布不均，汛期徑流量占全年的80%以上，枯水期徑流量不到20%。從裂腹魚類的主要繁殖季節(jié)來看，在金沙江下游為冬春季，正處于枯水期；該時(shí)期河道水位消落、流速減緩、沙洲出露、淺灘交錯(cuò)，易形成適宜裂腹魚類產(chǎn)卵的流水淺灘型生境。本研究表明，低流量情景烏東德壩下河段生境條件更符合裂腹魚類產(chǎn)卵的生境需求，高流量情景壩下河段的整體適宜性降低，與自然條件下裂腹魚類的繁殖習(xí)性相吻合。根據(jù)本研究結(jié)果，2020年水利部批復(fù)的《金沙江流域水量分配方案》烏東德水電站下泄生態(tài)流量目標(biāo)900 m3/s和1 160 m3/s是壩下江段裂腹魚類繁殖期的適宜流量。但枯水期生態(tài)流量目標(biāo)并不是越大越好，生態(tài)流量的制定需要基于研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征及保護(hù)對(duì)象的生態(tài)習(xí)性而因地制宜。

根據(jù)烏東德電站目前的運(yùn)行調(diào)度方式，由于調(diào)峰機(jī)組的頻繁啟停，每天運(yùn)行在低流量的持續(xù)時(shí)間較短，生態(tài)保護(hù)目標(biāo)魚類產(chǎn)卵的適宜生境可能極為短暫。針對(duì)裂腹魚類繁殖期的生態(tài)調(diào)度，烏東德電站有必要進(jìn)一步降低峰荷出庫流量以及日調(diào)峰頻率，減少電站峰荷出庫流量，并盡可能降至2 000 m3/s以下，可以促使下游河道水位消落，形成淺灘生境，保障裂腹魚類棲息地適宜性以及潛在產(chǎn)卵場(chǎng)面積；減少電站日調(diào)峰頻率，可以進(jìn)一步降低下游河道水位波動(dòng)，有助于維持裂腹魚類棲息地足夠久的高適宜度，保障親魚順利完成產(chǎn)卵場(chǎng)挑選、生物信息交流、雌雄配對(duì)、分批產(chǎn)卵等個(gè)體和群體生殖行為。

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（責(zé)任編輯? ?萬月華）

Effects of Daily Peak-shaving on Schizothoracine Fish Habitat

Downstream of Wudongde Hydropower Station

CAO Jun1，2， CHEN Xiao‐juan1， LU Jing‐ying3， DENG Xin‐xin3， TAO Jiang‐ping1

（1. Institute of Hydroecology， Ministry of Water Resources and Chinese Academy of Sciences，

Key Laboratory of Ecological Impacts of Hydraulic-Projects and Restoration of Aquatic Ecosystem，

Ministry of Water Resources， Hubei Engineering Research Center of Hydroecology Protection

and Restoration，Wuhan? ?430079， P.R. China;

2. Innovation Team for Flood and Drought Disaster Prevention of Changjiang Water Resources Commission，

Wuhan? ?430010， P.R. China;

3. China Three Gorges Construction Engineering Corporation， Chengdu? ?610000， P.R. China）

Abstract： Daily peak-shaving is the main output constraint and scheduling goal for daily operation of the Wudongde hydropower plant， but the sharp rise and fall of reservoir outflow caused by scheduling has also adversely impacted the downstream aquatic habitat. In this study， Schizothoracinae were selected for a case study， and we analyzed the effects of fluctuating hydrological and hydrodynamic conditions caused by daily peak-shaving at Wudongde hydropower plant on the physical habitats of Schizothoracine species during spawning season. Additionally， we analyzed the effectiveness of ecological operation based on baseload-power-generation at Wudongde hydropower plant in 2023. The aim of the study was to provide a reference for optimizing ecological regulation and flow， and support efforts to conserve and restore fish habitat. The river reach studied is from Wudongde Dam to the Pudu River estuary， stretching 37 km. A two-dimensional hydrodynamic model was constructed using the instream flow incremental method， and the hydrological and hydrodynamic conditions of the Wudongde hydropower plant were simulated under eight flow scenarios. Results show that the potential spawning areas （PSAs） of Schizothoracinae were relatively large when the discharge from Wudongde hydropower plant was less than 1 160 m3/s， and the size of the PSAs decreased significantly when the discharge exceeded 2 000 m3/s. When the power plant used daily peak-shaving， the larger the decrease of discharge， the larger the dewatered PSAs， and the higher the egg-dewatering risk. During ecological operation in 2023， based on baseload-power-generation of Wudongde hydropower plant， the time-weighted size of PSAs for Schizothoracine species decreased slightly in reaches below the dam， but the dewatering risk of the PSAs and eggs was significantly reduced. To improve habitat suitability and duration for Schizothoracinae during spawning season， we recommend further reduction in the frequency of peak-shaving and decreased outflow at Wudongde hydropower plant.

Key words： Schizothoracine fishes; daily peak-shaving; ecological operation; ecological flow; Wudongde hydropower plant

收稿日期：2023-11-28

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFC3200304）；中國三峽建工（集團(tuán)）有限公司技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目（合同號(hào)：JG-EP-0421003）。

作者簡介：曹俊，1990年生，男，工程師，主要從事生態(tài)流量與生態(tài)調(diào)度研究。E-mail：cjttxs@126.com

通信作者：陳小娟，1981年生，女，研究員，主要從事水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究。E-mail：chenxiaojuan@mail.ihe.ac.cn