雅礱江兩河口水電站人工魚類產(chǎn)卵場工程設計

陳明曦, 吳 迪, 吉小盼, 郎 建

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 成都 610072)

1 前 言

中國水能資源蘊藏豐富，是世界水電大國。目前，我國已進入水電建設的高峰期。水電工程建設將造成工程河段水生生境的改變，庫區(qū)原有的魚類產(chǎn)卵場可能被淹沒，或受工程運行影響，原有魚類產(chǎn)卵場的水文情形發(fā)生改變，導致產(chǎn)卵場受損，工程影響河段的魚類棲息地(通常認為是“三場”，即產(chǎn)卵場、越冬場、索餌場)不斷被壓縮[1]。進行棲息地生境修復，新建人工產(chǎn)卵場可有效緩解工程建設對水生生物資源的不利影響，是水電工程開發(fā)建設魚類保護的重要措施之一，也是恢復工程影響河段魚類資源的重要途徑之一[2]。

2 工程概述

2.1 兩河口工程概況

兩河口水電站是雅礱江中游兩河口至卡拉河段規(guī)劃的“龍頭”水庫電站，也是整個流域的控制性工程，位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)。工程開發(fā)任務以發(fā)電為主，兼顧防洪，并促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展。電站總裝機容量3 000MW。樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物、生態(tài)泄水建筑物和升魚機系統(tǒng)組成。工程采用堤壩式開發(fā)，擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩，最大壩高295m。水庫正常蓄水位2 865.00m，相應庫容101.54億m3，死水位2 785.00m，調(diào)節(jié)庫容65.60億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。

2.2 魚類資源現(xiàn)狀

根據(jù)2007年和2012年對兩河口工程河段開展的水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，并結(jié)合歷史調(diào)查和文獻記載，兩河口水電站庫尾和平鄉(xiāng)～雅江縣城江段共有魚類12種，隸屬2目3科6屬，其中裂腹魚魚類6種，占總種數(shù)的50%；高原鰍屬魚類4種，占33.3%；鮡科魚類2種，占16.67%。工程河段的主要漁獲物由短須裂腹魚、長絲裂腹魚、軟刺裸裂尻魚等組成。

3 人工魚類產(chǎn)卵場工程設計

3.1 產(chǎn)卵對象及服務季節(jié)

工程河段魚類種類較少，人工產(chǎn)卵場的服務對象為工程河段的12種魚類。其中裂腹魚類產(chǎn)卵場主要服務對象包括短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、裸腹葉須魚、厚唇裸重唇魚、軟刺裸裂尻魚共計6種魚類；鮡科、鰍科魚類產(chǎn)卵主要服務對象包括黃石爬鮡、青石爬鮡、斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細尾高原鰍共計6種魚類。

本工程河段裂腹魚類主要包括四川裂腹魚、長絲裂腹魚等，產(chǎn)卵季節(jié)主要集中在3～6月(其中軟刺裸裂尻魚在8～9月產(chǎn)卵)；石爬鮡類包括青石爬鮡、黃石爬鮡，產(chǎn)卵季節(jié)集中在6～7月；高原鰍類包括斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細尾高原鰍，產(chǎn)卵季節(jié)集中在 7～8月。因此裂腹魚類產(chǎn)卵場服務季節(jié)為每年的3～9月；鮡科、鰍科魚類產(chǎn)卵服務季節(jié)為每年的6～9月。

3.2 關(guān)鍵生境因子

3.2.1 流速與水深

裂腹魚類、部分鰍類及鮡科魚類產(chǎn)卵場的地理環(huán)境的共同特點表現(xiàn)為：產(chǎn)卵場地或地處兩江匯合口附近處、河道急轉(zhuǎn)彎處；或河面較寬，向陽、光照充足；或有急流險灘，具沙和石礫硬質(zhì)底質(zhì)；或地處順流河槽，一側(cè)深水流急，另一側(cè)為沙灘或卵石灘，水流較緩；或在豐水期河水流向急轉(zhuǎn)，形成旋渦，在枯水期露出水面的沙灘或卵石灘，底質(zhì)主要為卵石及泥沙。

裂腹魚繁殖期間喜好水流較急、流態(tài)紊亂的水流，這對其繁殖過程中的產(chǎn)卵、受精等行為具有重要的生態(tài)學意義。根據(jù)陳明千等(2013)[3]對岷江上游齊口裂腹魚的研究，其產(chǎn)卵場具有水深較小，流速、弗汝德數(shù)、流速梯度、動能梯度、水平渦量較大的特點，產(chǎn)卵河段平均水深1.18～1.76m、平均流速1.27～2.02m/s，平均流速梯度0.09～0.21s-1，平均弗汝德數(shù)0.28～0.48。根據(jù)陳永祥等(1997)[4]對烏江六沖河四川裂腹魚產(chǎn)卵場的研究，產(chǎn)卵河段河灘寬約30m，深約1m。在0.25m水深處表層水流速為0.5m/s，0.5m水深處流速為1.34m/s，1m水深處為2.56m/s。宋旭燕等(2014)[5]對重口裂腹魚繁殖的研究，繁殖期最適宜水深范圍為0.5～1.5m，最適宜流速范圍為1.5～2.5m/s。根據(jù)王玉蓉等(2010)[6]的研究，在西南山區(qū)河流中，裂腹魚對最低水面寬的需求應不低于20m，對最低平均流速的需求應不低于0.2m/s，對最低平均水深的需求應不低于0.4m。

青石爬鮡產(chǎn)卵期6～7月，喜好急流、河灘上產(chǎn)卵，產(chǎn)卵河段最適宜流速為1～1.74m/s，最適宜水深為0.45～1m(蔣紅霞，2012)[7]。

高原鰍類繁殖季節(jié)集中在6～8月，主要在流水灘上產(chǎn)卵，底質(zhì)以卵石和細沙為主，附近江段為礫石、卵石廣布的流水環(huán)境。根據(jù)何學福等(1999)[8]研究表明，貝氏高原鰍產(chǎn)卵場水流速度約0.5～0.6m/s，水深0.5～1.0m。

3.2.2 基質(zhì)

裂腹魚類、高原鰍類及石爬鮡類繁殖產(chǎn)卵均需要礫石、卵石基質(zhì)，它們產(chǎn)的卵或直接粘附在卵石上發(fā)育，或在石頭縫隙中發(fā)育。裂腹魚類產(chǎn)卵期有集群行為，雄魚有筑窩習性。裂腹魚類有著特殊的臀鱗形態(tài)，裸裂尻魚屬、裸鯉屬的許多種類的臀鰭最后一枚分支鰭條硬化，尖端勾曲。這些裂腹魚類的特殊結(jié)構(gòu)可協(xié)助雄魚在產(chǎn)卵過程中掘坑，并且在產(chǎn)卵過程中起到很好的保護作用。根據(jù)陳永祥(1997)[4]的研究結(jié)果，四川裂腹魚產(chǎn)卵活動多在夜間進行，產(chǎn)卵前有追逐行為且產(chǎn)卵前雄魚有筑窩習性，常用尾鰭和臀鰭推掃出直徑30～50cm的“窩”；四川裂腹魚產(chǎn)卵場多位于淺灘卵石、泥沙混合底質(zhì)河段，卵石直徑3～80 mm，大多10～35mm，卵石上及卵石間為泥沙。根據(jù)蔡林鋼等(2013)[9]的研究，與裸腹重唇魚相近的新疆裸重唇魚產(chǎn)卵場為卵石底質(zhì)，直徑50～300mm。

高原鰍屬魚類多在流水灘上產(chǎn)卵，底質(zhì)以小卵石、細沙為主，受精卵遇水即膨脹，產(chǎn)生較強粘性，隨水流分散并粘附于底質(zhì)上發(fā)育、孵化(何學福等，1999)[8]。

石爬鮡通常生活在水流湍急、河床多礫石、塊石的江河支流和山澗溪流中，以胸、腹鰭的腹面皺褶吸附在礫石或石塊上營底棲生活，其產(chǎn)卵場底質(zhì)以巖石和礫石為主，受精卵粘附在石塊或巖石縫中發(fā)育(蔣紅霞等，2012)[7]。

3.2.2 生境要求

根據(jù)相關(guān)文獻資料調(diào)研成果，并結(jié)合對兩河口工程河段天然魚類產(chǎn)卵場基質(zhì)的調(diào)研成果以及已建的雅礱江官地水電站人工魚類產(chǎn)卵場的設計經(jīng)驗，初步擬定各類型的魚類產(chǎn)卵場基質(zhì)、流速、水深的參數(shù)要求，具體見下表。

表 人工魚類產(chǎn)卵場關(guān)鍵生境因子Tab. The key habitat factor of artificial fish spawning field

3.3 選址

經(jīng)過現(xiàn)場實地查勘，并結(jié)合水文地質(zhì)條件，兩河口魚類產(chǎn)卵場推薦選址位于兩河口庫尾和平鄉(xiāng)吊橋上游及下游側(cè)。兩塊場地可用面積分別約0.8hm2與1.1hm2，水深與流速條件較好，周邊卵石料源豐富，且在魚類產(chǎn)卵季節(jié)上述兩處場址基本不受水庫運行調(diào)度影響。圖1為推薦場址衛(wèi)星圖片。其中場址A規(guī)劃為裂腹魚類產(chǎn)卵場，場址B規(guī)劃為鮡類與鰍類魚類產(chǎn)卵場。

圖1 人工魚類產(chǎn)卵場場地衛(wèi)星圖片F(xiàn)ig.1 Satellite picture of the site of artificial fish spawning field construction

3.4 生境適宜性分析

3.4.1 流場分析

根據(jù)主要產(chǎn)卵對象的產(chǎn)卵季節(jié)河段流量數(shù)據(jù)以及實測水下地形資料，建立數(shù)值模型，開展二維流場數(shù)值模擬，分析場區(qū)流場情況，其成果見圖2(a)～(g)。

3.4.2 生境適宜性分析

一般國內(nèi)棲息地生境關(guān)系問題的研究通常是將加權(quán)可利用面積(WUA)作為棲息地生境的主要評判依據(jù)，認為WUA 越大，生境的適應性越好[10]。

假設水深、流速、基質(zhì)和覆蓋物是流量變化對物種數(shù)量和分布造成影響的主要因素。調(diào)查分析指示物種對水深、流速等的適宜要求，繪制水深、流速等環(huán)境參數(shù)與喜好度(被表示為0～1之間的值)之間的適宜性曲線。將河道橫斷面分隔成間隔為W的n個部分單元，根據(jù)適宜性曲線確定每個分隔部分的環(huán)境喜好度，即水位喜好度(Sh)、流速喜好度 (Sv)、基質(zhì)喜好度 (Ss)、河面覆蓋喜好度 (Sc)。根據(jù)下列公式計算每個斷面、每個指示物種的權(quán)重可利用面積(WUA)，其中Ai寬度為w，長度為兩個相鄰斷面距離的陰影部分的水平面積。計算不同流量下的WUA，繪制流量與WUA曲線，WUA越大，表明生物在該流量下對生境越適宜。

鑒于河段基質(zhì)和覆蓋物條件相同，本次選擇水深與流速兩個生境因子進行生境適宜性分析。根據(jù)文獻資料調(diào)研結(jié)果及已建的雅礱江官地水電站人工魚類產(chǎn)卵場的設計經(jīng)驗，擬定裂腹魚類、石爬鮡類、高原鰍類對流速以及水深的適宜性曲線，見圖3(a)～(f)。

圖2 建設場地3～9月流場數(shù)值模擬成果Fig.2 Numerical simulation results of 3～9 month flow field in construction site

根據(jù)上述適宜性曲線，建立PHABSIM模型對生境適宜性進行評價。裂腹魚類評價結(jié)果為圖4中(a)～(g)，評價時段為裂腹魚的產(chǎn)卵季節(jié)3～9月；鮡類魚類產(chǎn)卵場評價結(jié)果為圖4中(h)～(i)，評價時段為鮡類魚類的產(chǎn)卵季節(jié)6～7月；鰍類魚類產(chǎn)卵場評價結(jié)果為圖4中(j)～(k)，評價時段為鰍類魚類的產(chǎn)卵季節(jié)7～8月。

圖3 產(chǎn)卵魚類生境適宜性曲線Fig.3 Suitability curve of spawning fish

圖4 生境適宜性分析成果Fig.4 Results of habitat suitability analysis

3.5 分區(qū)及總平面布置

從上節(jié)適宜性評價可知，在原擬定的產(chǎn)卵場區(qū)域范圍內(nèi)，4種產(chǎn)卵場適宜性較高的區(qū)域均位于規(guī)劃區(qū)域中部位置。

根據(jù)工程河段漁獲物的占比確定各類型產(chǎn)卵場的面積比例。其中裂腹魚類產(chǎn)卵場中的短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、裸腹葉須魚類產(chǎn)卵場為平面圖中的Ⅰ區(qū)，面積占A區(qū)的75%；厚唇裸重唇魚與軟刺裸裂尻魚魚類產(chǎn)卵場為平面圖的Ⅱ區(qū)，面積占A區(qū)的25%。鮡科與鰍科魚類產(chǎn)卵場中，黃石爬鮡、青石爬鮡產(chǎn)卵場為平面圖中Ⅲ區(qū)，面積占B區(qū)的50%；斯氏高原鰍、短尾高原鰍、梭形高原鰍、細尾高原鰍產(chǎn)卵場為平面圖中Ⅳ區(qū)，面積占B區(qū)的50%。

裂腹魚類產(chǎn)卵場場地總體呈扇形布置，控制軸線上游端圓弧半徑100.00m，圓弧角度45.78°；控制軸線下游端圓弧半徑200.00m，圓弧角度35.28°，兩圓弧間采用直線段過度，場地總面積11 394.00m2，從上游向下依次為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)，整個布置以控制軸線為基礎展開。

鮡科與鰍科魚類產(chǎn)卵場場地呈扇形布置，控制軸線圓弧半徑110.00m，圓弧角度122.08°，場地總面積4 987.00m2。從上游向下依次為Ⅲ區(qū)與Ⅳ區(qū)，整個布置以控制軸線為基礎展開。分區(qū)及平面布置見圖5。

圖5 兩河口人工魚類產(chǎn)卵場分區(qū)及總平面布置圖Fig.5 The map of regional division and layout of Lianghekou artificial fish spawning field

3.6 運行與管理要求

人工魚類產(chǎn)卵場建成以后，需要很好地管理和維護，以保證產(chǎn)卵場的正常運行。

3.6.1 宣傳教育

在產(chǎn)卵場岸邊設置宣傳保護牌。標識該區(qū)域為人工魚類產(chǎn)卵場，禁止任何形式的捕魚行為。禁止無關(guān)人員進入產(chǎn)卵場河段從事涉水及漁業(yè)活動，尤其是魚類繁殖季節(jié)。

3.6.2 水質(zhì)監(jiān)測

定期監(jiān)測水質(zhì)狀況，及時了解產(chǎn)卵場區(qū)域水體的溶氧、水溫、流速、水位、懸浮物、pH值等參數(shù)。

3.6.3 清淤

兩河口產(chǎn)卵場基質(zhì)部分是卵石、塊石，部分為沙卵石混合基質(zhì)。因此產(chǎn)卵場建成投入運行后，須加強巡查，要經(jīng)常檢查產(chǎn)卵場是否有大型樹枝、漂木及其他雜物等滯留，保證水流暢通。每次洪水季節(jié)過后，要進行全面檢查和維護，及時清理洪水帶來的污染物，對卵石、塊石基質(zhì)的產(chǎn)卵場清除卵石表面泥漿、泥沙，補充卵石、塊石等基質(zhì)材料；對于砂卵基質(zhì)的產(chǎn)卵場應及時清除部分覆蓋過厚的泥沙。人工產(chǎn)卵場的清淤與維護可選擇在枯水期河道水位較低時進行。

4 結(jié) 語

水電工程的建設不可避免地對工程河段的水生生態(tài)特別魚類棲息地造成不利影響。本文以兩河口人工魚類產(chǎn)卵場為例，根據(jù)文獻資料調(diào)研確定各主要魚類對產(chǎn)卵場的生境因子，并通過流場數(shù)值模擬以及建立PHABSIM模型對場地生境適宜性進行評價，進而根據(jù)模擬評價結(jié)果對產(chǎn)卵場進行分區(qū)設計。其成果對于其它水電工程魚類棲息地的生境修復具有一定的指導意義。

在進行生境適宜性評價時僅考慮水深及流速兩個生境因子，忽略了其它參數(shù)，如水溫和底質(zhì)等，這對評價結(jié)果將產(chǎn)生一定的影響。隨著生境修復技術(shù)的不斷提高可進一步開展產(chǎn)卵魚類有關(guān)水溫、底質(zhì)的調(diào)查研究工作，從而進一步提高生境適宜度模擬結(jié)果的準確性，以指導人工魚類產(chǎn)卵場的設計。