云龍水庫魚類資源聲學(xué)評估

梁 祥，薛紹偉*，武 智，王 靜，張建斌，賴寶衡，胡智光

(1.云南省漁業(yè)科學(xué)研究院，云南 昆明 650051；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510380；3.云南豐源水務(wù)股份有限公司，云南 昆明 650051)

【研究意義】云龍水庫離云南省昆明市主城區(qū)約137 km，位于祿勸縣云龍鄉(xiāng)、撒營盤鎮(zhèn)境內(nèi)，是昆明市主城區(qū)居民飲用水主要的水源水庫。水庫壩址位于金沙江水系二級支流掌鳩河上游河段內(nèi)，控制流域面積745 km2，占掌鳩河總流域面積的38.5%。水庫承擔(dān)昆明市70%的供水，其水質(zhì)狀況直接關(guān)乎昆明市人民的飲水問題，開展庫區(qū)魚類尤其是凈水魚類評估對水質(zhì)改善和維持具有重大意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】對魚類資源進(jìn)行評價和估算，目前應(yīng)用較普遍的是數(shù)學(xué)分析方法和水聲學(xué)探測方法，數(shù)學(xué)分析方法根據(jù)魚類生物學(xué)特性資料和漁業(yè)統(tǒng)計資料建立數(shù)學(xué)模型，對魚類的生長、死亡規(guī)律進(jìn)行研究，考察捕撈對漁業(yè)資源數(shù)量和質(zhì)量的影響；水聲學(xué)探測方法具有快捷、直接、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，如對湖泊中的魚類群體豐度開展調(diào)查[1]；對長江、珠江等不同流域水域的魚類野生群體資源開展調(diào)查[2-5]，為制定漁業(yè)政策和措施提供科學(xué)依據(jù)[6-8]。【本研究切入點(diǎn)】為全面、客觀、準(zhǔn)確的掌握云龍水庫庫區(qū)魚類資源現(xiàn)狀，應(yīng)用水聲學(xué)方法探測云龍水庫魚類資源時空分布情況，同時對資源量作出科學(xué)估算?！緮M解決的關(guān)鍵問題】計測和掌握云龍水庫魚類資源量，為庫區(qū)水資源及水生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器

挪威Simrad EY60型號水聲探測儀，探測儀的主要工作參數(shù)為分裂式波束，換能器工作頻率設(shè)置為120 kHz，-3 dB波束寬(beamwidth) 7.0，脈沖寬度(pulse duration) 256 μs，數(shù)據(jù)采集軟件為ER60。

1.2 試驗(yàn)方法

2019年10月18日，采用水聲探測儀在云龍水庫庫區(qū)搭乘庫區(qū)巡庫艇(50 t)進(jìn)行走航(“之”字形)探測，探測儀懸掛固定于艇的右后側(cè)，垂直向下，沉于水下0.5 m，平均航速為9.2 km/h，總航程為 61.4 km，探測區(qū)域覆蓋了水城河匯入?yún)^(qū)(A)、老木河匯入?yún)^(qū)(B)、石板河匯入?yún)^(qū)(D)以及庫區(qū)(C)范圍，探測航跡(圖1)。

聲學(xué)探測目標(biāo)強(qiáng)度和魚體體長之間的關(guān)系采用有鰾魚類的經(jīng)驗(yàn)公式[6]：

TS=20logL-66.7

式中，TS為目標(biāo)強(qiáng)度(dB)，L為體長(cm)。

根據(jù)庫區(qū)走航時記錄的實(shí)時GPS數(shù)據(jù)可計算出航程，某一點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為x1和y1，另一點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為x2和y2，則這兩點(diǎn)間的距離S為:

魚類密度的估算采用回聲計數(shù)方法[7]，算法如下：

式中，Nt為探測到的魚類的數(shù)目，φ為單位體積水體魚類數(shù)量，即魚類密度。Vt為每一個ping探測的水體體積;P為分析數(shù)據(jù)的ping數(shù)量，θ′和φ′分別為換能器的橫向和縱向方向的有效檢測角度，R2為探測位置水深，R1為換能器1 m以下的水深。

魚類生物量估算方法如下：

N=φ×V

式中，N為庫區(qū)魚類總生物量(尾)；V為探測時段庫容(m3)，φ為單位體積水體魚類數(shù)量(尾/m3)。

1.3 魚類資源調(diào)查

參照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》[9]、《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》》[10]；2019年4、7、11月及2020年3月，分別采用15、5、1、0.8、0.5 cm規(guī)格的刺網(wǎng)及地籠進(jìn)行現(xiàn)場采樣；魚類物種鑒定主要參考《云南魚類志(上冊)》[11]、《云南魚類志(下冊)》[12]、《云南魚類名錄》[13]；數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計分析。

表1 云龍水庫漁獲物數(shù)量

2 結(jié)果與分析

2.1 漁獲物種類結(jié)構(gòu)

2.2 魚類水平分布

云龍水庫魚類平均密度為(0.0496±0.0945)ind/m3，標(biāo)準(zhǔn)差表明大部分探測區(qū)域魚類生物量數(shù)據(jù)與平均值之間的差異較大，水平分布呈現(xiàn)不均勻分布。圖2顯示，魚類分布密度較高的區(qū)域主要是水城河、老木河及石板河入庫河道匯入?yún)^(qū)及庫灣，而在庫區(qū)深水區(qū)魚類則分布較少。水庫魚類資源的水平分布從右至左可分為3個區(qū)域，區(qū)域Ⅰ，以石板河匯入?yún)^(qū)為主的高密度區(qū)(圖2-D)，該區(qū)域魚類平均密度為(0.0992±0.1511)ind/m3；區(qū)域Ⅱ，以庫中深水區(qū)為代表的低密度區(qū)(圖2-C)，該區(qū)域魚類平均密度為(0.0198±0.0455)ind/m3；區(qū)域Ⅲ，以老木河匯入?yún)^(qū)(圖2-B)及水城河匯入?yún)^(qū)(圖2-A)的高密度區(qū)，該區(qū)域魚類平均密度為(0.0499±0.0685)ind/m3。

2.3 魚類垂直分布

探測云龍水庫水深范圍在1.37～47.06 m均有魚類分布。庫區(qū)魚類以中上層魚類為主，主要分布在5～15 m的中層水域，占總數(shù)的88.14%(圖3、圖4)；表層(水深<5 m)魚類占比4.95%；而底層魚類(水深>15 m)占比約為6.91%，從水庫水深來看，大于15 m的區(qū)域占總水庫面積比例約為47%，而底層魚類相對占比較少。

2.4 魚類個體大小分布

共探測到魚類個體16 260尾，魚類目標(biāo)強(qiáng)度分布在-60～-28 dB，根據(jù)目標(biāo)強(qiáng)度與魚類體長公式，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)體長為2～140 cm(圖5)。從圖中可以看出，魚類主要以小個體為主。體長小于15 cm的魚類約占總數(shù)的95%以上；大個體魚類占比較小，這與同期開展的魚類資源調(diào)查結(jié)果基本一致。

2.5 調(diào)查水域魚類資源量

探測期間云龍水庫庫區(qū)總面積約為21.97 km2，對聲學(xué)探測區(qū)域的魚類資源水平分布進(jìn)行GIS建模，庫區(qū)魚類資源水平分布如圖2所示，探測期間云龍水庫庫區(qū)總庫容為31 930.74萬m3，基于GIS的插值數(shù)據(jù)，對庫區(qū)資源量進(jìn)行估算，云龍水庫魚類資源量約為1.58×107尾。

3 討 論

云龍水庫為金沙江水系二級支流掌鳩河上游截流而建，掌鳩河魚類資源缺乏本底資料，云南湖泊、水庫魚類資源的相關(guān)研究主要以種類資源為主，涉及魚類資源量評估相對較少。

云龍水庫魚類主要分布于3條支流入庫區(qū)域，支國強(qiáng)等對云龍水庫水環(huán)境污染成因分析與控制的研究中，石板河、老木河和水城河3條主要入庫河流總氮、總磷、化學(xué)需氧量均有超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況[14]，浮游生物相對豐富，為魚類提供充足的餌料，水域魚類水平分布密度較高，水質(zhì)較好的庫區(qū)中央，魚類分布密度較低。與孫立元等對金沙江下游向家壩至宜賓段聲學(xué)探測研究結(jié)果相一致，魚類主要分布在橫江河口、岷江河口及南廣河口等餌料生物豐富的水域江段[15]。

云龍水庫魚類主要分布于水體中上層。黃朔等研究顯示，魚類資源量與水體深度之間存在負(fù)相關(guān)，研究表明，云龍水庫的魚類資源量密度隨著水體深度的增加，密度呈降低的趨勢[16]。魚類在不同深度水域的分布，除了個體自身的生物學(xué)習(xí)性外，還受餌料生物、水體溫度、溶解氧等外界環(huán)境因素影響[17-19]。推測浮游生物多居于庫區(qū)水體中上層，主要魚類棲息于此水層活動及攝食[20-21]。

調(diào)查評估中，采取之字形走航式實(shí)時探測，基本滿足水域抽樣的隨機(jī)性和相鄰航線的非相關(guān)性的魚類聲學(xué)探測采樣要求,對探測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果較好反映了采樣水域魚類資源的水平分布和垂直分布。魚類資源的聲學(xué)探測中，平均目標(biāo)長度與體長的相關(guān)判定對水域魚類資源量分析影響較大，淡水水域的魚類聲學(xué)探測，國內(nèi)外相關(guān)研究較少，目標(biāo)魚類的研究資料相對缺乏，研究計算采用有鰾魚類的經(jīng)驗(yàn)公式，估算的云龍水庫資源量結(jié)果會有一定誤差[23]。有關(guān)云龍水庫不同季節(jié)以及晝夜環(huán)境中魚類資源分布特征尚待明確。

4 結(jié) 論

云龍水庫為昆明市主城區(qū)居民飲用水水源地，研究中采用水聲學(xué)方法科學(xué)、快速計測該水域的魚類資源量及魚類個體大小結(jié)構(gòu)，立體呈現(xiàn)庫區(qū)魚類水平分布、垂直分布狀況，同時，云龍水庫庫區(qū)魚類以小型魚類為主，大型魚類占比較少，與云龍水庫庫區(qū)水體營養(yǎng)鹽含量及分布基本一致。魚類資源量狀況反映庫區(qū)水環(huán)境生態(tài)情況，為水質(zhì)管理提供科學(xué)依據(jù)。