雅砻江两河口水电站人工鱼类产卵场工程设计

陈明曦, 吴 迪, 吉小盼, 郎 建

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 成都 610072)

1 前 言

中国水能资源蕴藏丰富，是世界水电大国。目前，我国已进入水电建设的高峰期。水电工程建设将造成工程河段水生生境的改变，库区原有的鱼类产卵场可能被淹没，或受工程运行影响，原有鱼类产卵场的水文情形发生改变，导致产卵场受损，工程影响河段的鱼类栖息地(通常认为是“三场”，即产卵场、越冬场、索饵场)不断被压缩[1]。进行栖息地生境修复，新建人工产卵场可有效缓解工程建设对水生生物资源的不利影响，是水电工程开发建设鱼类保护的重要措施之一，也是恢复工程影响河段鱼类资源的重要途径之一[2]。

2 工程概述

2.1 两河口工程概况

两河口水电站是雅砻江中游两河口至卡拉河段规划的“龙头”水库电站，也是整个流域的控制性工程，位于四川省甘孜州雅江县境内。工程开发任务以发电为主，兼顾防洪，并促进地方经济社会发展。电站总装机容量3 000MW。枢纽建筑物主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、引水发电建筑物、生态泄水建筑物和升鱼机系统组成。工程采用堤坝式开发，挡水建筑物为砾石土心墙堆石坝，最大坝高295m。水库正常蓄水位2 865.00m，相应库容101.54亿m3，死水位2 785.00m，调节库容65.60亿m3，具有多年调节能力。

2.2 鱼类资源现状

根据2007年和2012年对两河口工程河段开展的水生生态调查结果，并结合历史调查和文献记载，两河口水电站库尾和平乡～雅江县城江段共有鱼类12种，隶属2目3科6属，其中裂腹鱼鱼类6种，占总种数的50%；高原鳅属鱼类4种，占33.3%；鮡科鱼类2种，占16.67%。工程河段的主要渔获物由短须裂腹鱼、长丝裂腹鱼、软刺裸裂尻鱼等组成。

3 人工鱼类产卵场工程设计

3.1 产卵对象及服务季节

工程河段鱼类种类较少，人工产卵场的服务对象为工程河段的12种鱼类。其中裂腹鱼类产卵场主要服务对象包括短须裂腹鱼、长丝裂腹鱼、四川裂腹鱼、裸腹叶须鱼、厚唇裸重唇鱼、软刺裸裂尻鱼共计6种鱼类；鮡科、鳅科鱼类产卵主要服务对象包括黄石爬鮡、青石爬鮡、斯氏高原鳅、短尾高原鳅、梭形高原鳅、细尾高原鳅共计6种鱼类。

本工程河段裂腹鱼类主要包括四川裂腹鱼、长丝裂腹鱼等，产卵季节主要集中在3～6月(其中软刺裸裂尻鱼在8～9月产卵)；石爬鮡类包括青石爬鮡、黄石爬鮡，产卵季节集中在6～7月；高原鳅类包括斯氏高原鳅、短尾高原鳅、梭形高原鳅、细尾高原鳅，产卵季节集中在 7～8月。因此裂腹鱼类产卵场服务季节为每年的3～9月；鮡科、鳅科鱼类产卵服务季节为每年的6～9月。

3.2 关键生境因子

3.2.1 流速与水深

裂腹鱼类、部分鳅类及鮡科鱼类产卵场的地理环境的共同特点表现为：产卵场地或地处两江汇合口附近处、河道急转弯处；或河面较宽，向阳、光照充足；或有急流险滩，具沙和石砾硬质底质；或地处顺流河槽，一侧深水流急，另一侧为沙滩或卵石滩，水流较缓；或在丰水期河水流向急转，形成旋涡，在枯水期露出水面的沙滩或卵石滩，底质主要为卵石及泥沙。

裂腹鱼繁殖期间喜好水流较急、流态紊乱的水流，这对其繁殖过程中的产卵、受精等行为具有重要的生态学意义。根据陈明千等(2013)[3]对岷江上游齐口裂腹鱼的研究，其产卵场具有水深较小，流速、弗汝德数、流速梯度、动能梯度、水平涡量较大的特点，产卵河段平均水深1.18～1.76m、平均流速1.27～2.02m/s，平均流速梯度0.09～0.21s-1，平均弗汝德数0.28～0.48。根据陈永祥等(1997)[4]对乌江六冲河四川裂腹鱼产卵场的研究，产卵河段河滩宽约30m，深约1m。在0.25m水深处表层水流速为0.5m/s，0.5m水深处流速为1.34m/s，1m水深处为2.56m/s。宋旭燕等(2014)[5]对重口裂腹鱼繁殖的研究，繁殖期最适宜水深范围为0.5～1.5m，最适宜流速范围为1.5～2.5m/s。根据王玉蓉等(2010)[6]的研究，在西南山区河流中，裂腹鱼对最低水面宽的需求应不低于20m，对最低平均流速的需求应不低于0.2m/s，对最低平均水深的需求应不低于0.4m。

青石爬鮡产卵期6～7月，喜好急流、河滩上产卵，产卵河段最适宜流速为1～1.74m/s，最适宜水深为0.45～1m(蒋红霞，2012)[7]。

高原鰍类繁殖季节集中在6～8月，主要在流水滩上产卵，底质以卵石和细沙为主，附近江段为砾石、卵石广布的流水环境。根据何学福等(1999)[8]研究表明，贝氏高原鳅产卵场水流速度约0.5～0.6m/s，水深0.5～1.0m。

3.2.2 基质

裂腹鱼类、高原鰍类及石爬鮡类繁殖产卵均需要砾石、卵石基质，它们产的卵或直接粘附在卵石上发育，或在石头缝隙中发育。裂腹鱼类产卵期有集群行为，雄鱼有筑窝习性。裂腹鱼类有着特殊的臀鳞形态，裸裂尻鱼属、裸鲤属的许多种类的臀鳍最后一枚分支鳍条硬化，尖端勾曲。这些裂腹鱼类的特殊结构可协助雄鱼在产卵过程中掘坑，并且在产卵过程中起到很好的保护作用。根据陈永祥(1997)[4]的研究结果，四川裂腹鱼产卵活动多在夜间进行，产卵前有追逐行为且产卵前雄鱼有筑窝习性，常用尾鳍和臀鳍推扫出直径30～50cm的“窝”；四川裂腹鱼产卵场多位于浅滩卵石、泥沙混合底质河段，卵石直径3～80 mm，大多10～35mm，卵石上及卵石间为泥沙。根据蔡林钢等(2013)[9]的研究，与裸腹重唇鱼相近的新疆裸重唇鱼产卵场为卵石底质，直径50～300mm。

高原鰍属鱼类多在流水滩上产卵，底质以小卵石、细沙为主，受精卵遇水即膨胀，产生较强粘性，随水流分散并粘附于底质上发育、孵化(何学福等，1999)[8]。

石爬鮡通常生活在水流湍急、河床多砾石、块石的江河支流和山涧溪流中，以胸、腹鳍的腹面皱褶吸附在砾石或石块上营底栖生活，其产卵场底质以岩石和砾石为主，受精卵粘附在石块或岩石缝中发育(蒋红霞等，2012)[7]。

3.2.2 生境要求

根据相关文献资料调研成果，并结合对两河口工程河段天然鱼类产卵场基质的调研成果以及已建的雅砻江官地水电站人工鱼类产卵场的设计经验，初步拟定各类型的鱼类产卵场基质、流速、水深的参数要求，具体见下表。

表 人工鱼类产卵场关键生境因子Tab. The key habitat factor of artificial fish spawning field

3.3 选址

经过现场实地查勘，并结合水文地质条件，两河口鱼类产卵场推荐选址位于两河口库尾和平乡吊桥上游及下游侧。两块场地可用面积分别约0.8hm2与1.1hm2，水深与流速条件较好，周边卵石料源丰富，且在鱼类产卵季节上述两处场址基本不受水库运行调度影响。图1为推荐场址卫星图片。其中场址A规划为裂腹鱼类产卵场，场址B规划为鮡类与鳅类鱼类产卵场。

图1 人工鱼类产卵场场地卫星图片Fig.1 Satellite picture of the site of artificial fish spawning field construction

3.4 生境适宜性分析

3.4.1 流场分析

根据主要产卵对象的产卵季节河段流量数据以及实测水下地形资料，建立数值模型，开展二维流场数值模拟，分析场区流场情况，其成果见图2(a)～(g)。

3.4.2 生境适宜性分析

一般国内栖息地生境关系问题的研究通常是将加权可利用面积(WUA)作为栖息地生境的主要评判依据，认为WUA 越大，生境的适应性越好[10]。

假设水深、流速、基质和覆盖物是流量变化对物种数量和分布造成影响的主要因素。调查分析指示物种对水深、流速等的适宜要求，绘制水深、流速等环境参数与喜好度(被表示为0～1之间的值)之间的适宜性曲线。将河道横断面分隔成间隔为W的n个部分单元，根据适宜性曲线确定每个分隔部分的环境喜好度，即水位喜好度(Sh)、流速喜好度 (Sv)、基质喜好度 (Ss)、河面覆盖喜好度 (Sc)。根据下列公式计算每个断面、每个指示物种的权重可利用面积(WUA)，其中Ai宽度为w，长度为两个相邻断面距离的阴影部分的水平面积。计算不同流量下的WUA，绘制流量与WUA曲线，WUA越大，表明生物在该流量下对生境越适宜。

鉴于河段基质和覆盖物条件相同，本次选择水深与流速两个生境因子进行生境适宜性分析。根据文献资料调研结果及已建的雅砻江官地水电站人工鱼类产卵场的设计经验，拟定裂腹鱼类、石爬鮡类、高原鳅类对流速以及水深的适宜性曲线，见图3(a)～(f)。

图2 建设场地3～9月流场数值模拟成果Fig.2 Numerical simulation results of 3～9 month flow field in construction site

根据上述适宜性曲线，建立PHABSIM模型对生境适宜性进行评价。裂腹鱼类评价结果为图4中(a)～(g)，评价时段为裂腹鱼的产卵季节3～9月；鮡类鱼类产卵场评价结果为图4中(h)～(i)，评价时段为鮡类鱼类的产卵季节6～7月；鳅类鱼类产卵场评价结果为图4中(j)～(k)，评价时段为鳅类鱼类的产卵季节7～8月。

图3 产卵鱼类生境适宜性曲线Fig.3 Suitability curve of spawning fish

图4 生境适宜性分析成果Fig.4 Results of habitat suitability analysis

3.5 分区及总平面布置

从上节适宜性评价可知，在原拟定的产卵场区域范围内，4种产卵场适宜性较高的区域均位于规划区域中部位置。

根据工程河段渔获物的占比确定各类型产卵场的面积比例。其中裂腹鱼类产卵场中的短须裂腹鱼、长丝裂腹鱼、四川裂腹鱼、裸腹叶须鱼类产卵场为平面图中的Ⅰ区，面积占A区的75%；厚唇裸重唇鱼与软刺裸裂尻鱼鱼类产卵场为平面图的Ⅱ区，面积占A区的25%。鮡科与鳅科鱼类产卵场中，黄石爬鮡、青石爬鮡产卵场为平面图中Ⅲ区，面积占B区的50%；斯氏高原鳅、短尾高原鳅、梭形高原鳅、细尾高原鳅产卵场为平面图中Ⅳ区，面积占B区的50%。

裂腹鱼类产卵场场地总体呈扇形布置，控制轴线上游端圆弧半径100.00m，圆弧角度45.78°；控制轴线下游端圆弧半径200.00m，圆弧角度35.28°，两圆弧间采用直线段过度，场地总面积11 394.00m2，从上游向下依次为Ⅰ区、Ⅱ区，整个布置以控制轴线为基础展开。

鮡科与鳅科鱼类产卵场场地呈扇形布置，控制轴线圆弧半径110.00m，圆弧角度122.08°，场地总面积4 987.00m2。从上游向下依次为Ⅲ区与Ⅳ区，整个布置以控制轴线为基础展开。分区及平面布置见图5。

图5 两河口人工鱼类产卵场分区及总平面布置图Fig.5 The map of regional division and layout of Lianghekou artificial fish spawning field

3.6 运行与管理要求

人工鱼类产卵场建成以后，需要很好地管理和维护，以保证产卵场的正常运行。

3.6.1 宣传教育

在产卵场岸边设置宣传保护牌。标识该区域为人工鱼类产卵场，禁止任何形式的捕鱼行为。禁止无关人员进入产卵场河段从事涉水及渔业活动，尤其是鱼类繁殖季节。

3.6.2 水质监测

定期监测水质状况，及时了解产卵场区域水体的溶氧、水温、流速、水位、悬浮物、pH值等参数。

3.6.3 清淤

两河口产卵场基质部分是卵石、块石，部分为沙卵石混合基质。因此产卵场建成投入运行后，须加强巡查，要经常检查产卵场是否有大型树枝、漂木及其他杂物等滞留，保证水流畅通。每次洪水季节过后，要进行全面检查和维护，及时清理洪水带来的污染物，对卵石、块石基质的产卵场清除卵石表面泥浆、泥沙，补充卵石、块石等基质材料；对于砂卵基质的产卵场应及时清除部分覆盖过厚的泥沙。人工产卵场的清淤与维护可选择在枯水期河道水位较低时进行。

4 结 语

水电工程的建设不可避免地对工程河段的水生生态特别鱼类栖息地造成不利影响。本文以两河口人工鱼类产卵场为例，根据文献资料调研确定各主要鱼类对产卵场的生境因子，并通过流场数值模拟以及建立PHABSIM模型对场地生境适宜性进行评价，进而根据模拟评价结果对产卵场进行分区设计。其成果对于其它水电工程鱼类栖息地的生境修复具有一定的指导意义。

在进行生境适宜性评价时仅考虑水深及流速两个生境因子，忽略了其它参数，如水温和底质等，这对评价结果将产生一定的影响。随着生境修复技术的不断提高可进一步开展产卵鱼类有关水温、底质的调查研究工作，从而进一步提高生境适宜度模拟结果的准确性，以指导人工鱼类产卵场的设计。