大伙房水库下游鱼类产卵场生境要素及环境适宜性评价分析

苏洪洋

(沈阳市苏家屯区农业技术推广与行政执法中心，辽宁 沈阳 110101)

在防洪排涝、航道通行、兴利发电以及农业灌溉方面，水利工程为社会发展带来巨大效益的同时，影响和破坏了河流的自然功能[1]。由于水利工程修建所造成的下游河湖之间的湿地萎缩，河流水生生物特别是鱼类栖息地遭到不同程度破坏，生物多样性丧失，水环境质量恶化等已经成为生态环境问题[2- 3]。如何降低河流生态因水利工程运行造成的影响，对河流自然生态功能进行防护，保障水生生物栖息地的生态功能，已是河流生态保护的重点和难点之一[4- 5]。这一问题同时也促进了生态水利学科的萌芽和发展[6- 9]。随着研究的深入和社会发展的需求，人们逐渐认识到天然河道的重要作用，开始实施河道生态修复或恢复工程，同时由于鱼类栖息地生态水力学的不断发展，人们开始认识到产卵场水动力学特征及水动力学环境对鱼类生活的影响[10- 15]。基于这种认识，分析天然产卵场的地形地貌特征以及生态功能，选取典型产卵场分析其水流特征和产卵活动对水力学环境的需求。以期为保护浑河鱼类产卵场、河道整治规划，以及重要生物资源的永续利用提供理论依据和参考。

1 大伙房下游河道鱼类调查

1.1 鱼类调查分析

结合实地调研成果及相关文献记载，鲤形淡水鱼是大伙房下游河道主要鱼类，占鱼类总数的75.2%，此外还分布有少量的鳙鱼、青鱼、草鱼、鲢鱼。由于人类活动影响，大伙房水库在建库初期河流生态系统受到不同程度的影响，河流鱼类的种类逐年呈现递减变化，主要以鲤鱼和鲢鱼为主，小龄鱼占据的比重较高，为此对大伙房下游水库河流鱼类开展了为期一个月的现场调查工作。通过现场调查发现大伙房下游河道鱼类栖息可利用的面积有所减少，生态栖息环境受到不同程度影响，大伙房下游河道水深及流速发生不同程度变化。

1.2 产卵区断面流速特征分析

在大伙房下游主产卵区布设4个断面进行流速脉动测量，每个断面设置3个观测点，各断面流速特征如图1所示。

图1 大伙房下游河道鱼类产卵场断面流速分布

1.3 产卵区断面流速脉动强度变化

水体在天然河道中受到不同因素的综合影响，天然河流大多呈紊流状态。水流紊动引起流速的脉动特征变化，其大小和方向受水流紊动变化的影响，通过对速脉动强度的计算可对产卵区流速的脉动变化特征进行综合反映，脉动强度y的计算方程为：

(1)

大伙房下游产卵区水流脉动试验流速的变化情况见表1。

分析结果表明单点最大流速为2.74m/s，最大流速偏角达225°。水面最大平均流速接为2.04m/s，最低流速为0.06m/s出现在水深最大的区域。水深纵向变化使得流速大小、脉动特征、偏角都发生递增到递减的变化，流速均值并不能真正反映水流的流态或散乱程度，脉动强度和流速偏角变幅则可以。流速均值较低的区域水流脉动强度较大，流速大小和方向变化形成复杂的水流流态。

1.4 产卵场三维力学特征分析

结合声学多普勒流速仪(ADCP)观测数据对大伙房下游产卵场三维水力学特性进行分析。并结合三维流速累积频率分析产卵区和非产卵区水流流速变化的差异度，结果见表2及图2所示。

从纵向流速统计结果可看出，4#断面流速均值最大，而2#断面最低，整个研究河段流速纵向均值为1.40m/s。各断面产卵区纵向流速总体差异度较小，产卵区纵向流速均值稍高于整个河道的流速均值，各断面纵向流速均值变化总体较小。纵向流速的频率累积分布曲线表明整个研究区域纵向相对流速变化范围为0～2.3，这说明产卵区的流速相比其他区域更具有多样性。从横向流速统计结果可看出，12#断面横向流速均值最大，而2#断面横向流速均值最小，各断面横向流速均值变化差异度较低，与整个河道横向流速均值相似。相比于纵向流速，横向流速的频率累积分布曲线规则度更低，此外流速变化幅度较大的区域主要集中在4#和5#断面，变幅在0～2.5之间，变幅最低的区域主要集中在2#、3#及11#断面，流速相对分布较为平均。最大垂向流速主要分布在12#和10#断面，最低流速分布在1#断面，各断面垂向流速变幅区域主要介于0.26～0.43之间。

表1 大伙房下游产卵区水流脉动试验流速的变化

表2 三维流速统计分析结 单位：m/s

表3 大伙房下游河道产卵场水平涡量与单位面积卵浓度

图2 各方向相对流速累积频率分布

2 大伙房下游河道鱼类产卵行为与水力学特征关系研究

2.1 产卵场涡强特征研究

利用流场模拟数据来计算产卵场水平涡量强度特征，并建立大伙房下游河道产卵场水平涡量与单位面积卵浓度关系，见表3及图3所示。

从表3中可看出，各年份产卵期分布差异度均较大，主要集中在3#、4#、5#、7#和8#断面区域，其他区域分布较少，由图3中单位面积卵浓度～水平涡量关系可知，两者之间存在显著的相关性，随着水平涡量的增加单位面积卵浓度递减变化，单位面积产卵量高值出现在水平涡量为0.9×10-3s-1时，少量卵出现在(0.9～1.9)×10-3s-1的水平涡量范围内。卵浓度单位面积最低值出现在水平涡强度低于0.9×10-3s-1时。从图3(b)水平涡量值小于0.5×10-3s-1时，出现6尾，占总量的19%；水平涡量值为(0.5～1.0)×10-3s-1时，出现3尾，频率为9.7%；水平涡量值为(1.0～1.5)×10-3s-1时，出现12尾，出现频率为39%，出现频率最高；水平涡量值为(1.5～2.0)×10-3s-1时，出现3尾，出现频率9.7%；水平涡量值为(2.0～2.5)×10-3s-1时，出现4尾，出现频率为13%；水平涡量值为(2.5～3.0)×10-3s-1时，出现1尾，出现频率为3.2%；水平涡量值大于3.0×10-3s-1时，出现3尾，出现频率为9.7%。

图3 水平涡量与单位面积卵浓度

2.2 产卵场紊动能特征研究

三维数值模拟计算结果得到不同流量条件下产卵场河段底部(相对水深为0.8)处紊动动能(Turbulent Kinetic Energy简称TKE)分布图，如图4所示。由图4可知，不同流量条件下产卵场河段的紊动动能分布具有相同特点，在产卵场河段左岸由于特殊地形的存在，水流紊动强烈，该处紊动动能较大，在主产卵区紊动动能亦较大。随着流量的增加，紊动动能变大，整体分布特征并未变化。主产卵区属于水流紊动强烈地区，这说明紊动剧烈的水流对鱼类产卵具有一定刺激或帮助作用。

旅游纪念品本应是某地特有的或特别著名的产品，富有当地的文化历史内涵，有些纪念品甚至只能在当地才能生产。然而，当成百上千个景区都在贩卖长了“同一张脸”的旅游纪念品时，谁还会认为值得购买、值得为“到此一游”留念？据说有人在四川旅游，竟买到了写有“少林寺纪念”的“特产”，如此忽悠手法实在是太低级了。

3 大伙房下游河道鱼类产卵场环境适宜性评价研究

3.1 环境适应性评价体系

评价体系主要包含鱼类4个不同时期的准则层，指标层共选取了20个指标来反映研究目标的适宜性。

图4 不同流量条件下产卵场紊动能分布图

表4 产卵场栖息地环境适宜性评价体系

目标层为单一即总目标，表达的是栖息地的综合适宜程度，栖息地适宜性评价目的在于综合评价该栖息地的总体适宜水平，根据评价出的适宜性真实状态采取相应的措施，以推进人栖息地的生物栖息适宜度指数，为保护生物栖息地提供参考。准则层是目标层的有机组成部分，分为4个方面：①幼鱼期：指的是幼年鱼苗的生长期；②成鱼期：指的是幼鱼经历了成长期之后的阶段；③产卵期：指的成鱼性成熟后已到自然繁殖时间；④卵孵化期：指的是鱼卵产出后在水流中孵化的时期。

3.2 环境适应性评价标准

评价标准主要结合相关鱼类环境适应性分析的成果，并结合大伙房下游河道鱼类生境要素的变化特点，对其栖息地环境适宜性评价标准进行划分，见表5。

表5 产卵场栖息地环境适宜性评价标准

3.3 环境适应性评价因子隶属度的确定

结合调查资料，对各个指标的隶属度值进行计算，结果见表6。

表6 产卵场各指标隶属度向量值

对不同指标的隶属度通过三角形隶属度函数进行确定，为对不合理的等级跳变现象进行消除，将不同指标的中间分解点进行等级的划分，当各指标处于中间分解位置时，该指标对应的隶属度等级值为1.0，而进入分解临界区域位置时，该指标的隶属度相应划分等级值为0。

3.4 综合评价结果

结合多级模糊综合评判法，在各因子隶属度分析的基础上，对2007～2018年大伙房下游产卵场栖息地适宜水平进行综合评价，评价结果见表7。

表7 2007～2018年大伙房下游产卵场栖息地适宜水平综合评价结果

4 结论

本文综合考虑了影响产卵场环境适宜性的指标，利用模糊综合评判方法评价，考虑了影响因素之间的相依性，能够较客观地反映产卵场环境的适宜性水平。模型的计算结果表明评价期内大伙房下游河道产卵场环境实际适宜性状态比较好。大伙房下游河道鱼类产卵浓度随水平涡量的增大呈下降趋势，一般选择水平涡量强度为较大的地方作为栖息位置。

(1)随着流量的增加，紊动动能变大，大伙房下游河道紊动动能整体分布特征并未变化，主产卵区属于水流紊动强烈地区，紊动剧烈的水流对鱼类产卵具有一定刺激作用。

(2)环境适宜评价指标体系综合考虑幼鱼期、成鱼期、产卵期和孵卵期等4个时期影响因子，评价结果和调查结果吻合度较高，方法适用性较好。

水利工程对鱼类产卵影响还应包含对水温的分析，在以后水温数据调查的基础上，应重点开展水库下泄水温对鱼类产卵影响。