黄河调水调沙对下游鱼类影响研究

摘 要：为掌握黄河调水调沙对鱼类影响过程，在２０２３ 年黄河调水调沙期小浪底坝址至花园口河段开展水生态系统监测，初步探讨了黄河调水调沙对鱼类影响的主要途径、范围、时限以及程度，结果表明：调水调沙对鱼类的影响局限在排沙期；水体短期内含沙量剧增和溶解氧迅速降低，是对鱼类及其栖息生境产生不利影响的主要因素；小浪底水库高含沙水体排泄是引发坝下“流鱼” 的主要原因，“流鱼”分为水库鱼类机械性损伤死亡、坝下鱼类窒息死亡以及“浮头” 等，随着含沙量沿程迅速降低，“流鱼” 现象逐渐减弱，至伊洛河口基本消失；在调水调沙结束两个月后，鱼类总质量基本可恢复至调水调沙前水平。

关键词：调水调沙；水生生物；鱼类；含沙量；溶解氧；黄河

中图分类号：ＴＶ６１；Ｘ１７１．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．１２．０１７

引用格式：潘轶敏，葛雷，周子俊．黄河调水调沙对下游鱼类影响研究［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（１２）：１０５－１０９，１１６．

０ 引言

黄河输沙量和含沙量均属世界之最，每年汛期大量泥沙随着洪水倾泻而下，淤积在下游河道［１］ ，形成著名的地上“悬河”。水沙调控是黄河水沙关系调节的重要手段［２］ ，通过水库群联合运用，合理配置和优化调度水资源，并利用骨干水库拦蓄泥沙，协调水沙关系。调水调沙充分考虑黄河下游河道输沙能力和不同量级水流挟沙能力，通过水库群的联合调度，在小浪底库区人工塑造异重流，加大小浪底水库的排沙量，调整天然水沙过程，从而达到输水冲沙、减轻河道萎缩、恢复并维持中水河槽的目的［３－４］ 。黄河调水调沙分为汛前调水调沙和汛期调水调沙，２０００—２０２２ 年汛前调水调沙排沙量占排沙总量的１８．３％［５］ ，是减轻水库淤积、增加下游平滩流量的重要手段。持续多年的黄河调水调沙，在维持下游中水河槽、减小下游漫滩风险、水库排沙减淤、河口生态补水等方面取得了显著成效［６－８］ 。

鱼类作为水生态系统最重要的组成部分，与黄河水沙调控关系密切。自１９９９ 年小浪底水库建成运用以来，黄河下游鱼类资源得到一定程度的恢复，鱼类物种多样性提高［９］ 。但调水调沙期间泥沙下泄在短时间内对下游水生态系统产生了不利影响，时有“流鱼”现象发生，引发社会广泛关注。“流鱼”指当河流泥沙含量过高时，河流鱼类昏迷漂浮于水面，顺流而下的现象。据记载，黄河干流自宁夏至河南，每年汛期均会出现“流鱼”，历时长则７～８ ｄ，短则２～３ ｄ，如：１９７７ 年７月７ 日陕西延安遭特大暴雨，使黄河干流出现“流鱼”１２ ｈ［１０］ 。“流鱼”本质是河流高含沙水流所致，２０ 世纪８０ 年代以来，国内外先后开展了高含沙水流对鱼类的影响研究，如：高含沙水流会引起鱼类避难运动量增加，从而增大呼吸频率和需氧量，同时容易堵塞鱼鳃，影响鱼类氧气摄入［１１］ ；Ｇａｒｒｉｃ 等［１２］ 研究认为，溶解氧的亏缺比悬移质浓度更容易导致鱼类死亡；Ｇｉｕｓｅｐｐｅ等［１３］ 研究表明，当水库排沙过程中最大含沙量为７０～８０ ｋｇ／ ｍ３、平均含沙量为４～５ ｋｇ／ ｍ３ 时，鱼类密度下降了７３％、生物量下降了６６％，尤其是幼鱼的损失较多。上述研究通过试验和实测给出了水库排沙时鱼类的受损途径和机理，明晰了高含沙量、低溶解氧等是其主要影响因素。国内以黄河调水调沙为研究对象也开展了针对性研究，明确细颗粒泥沙堵塞鱼鳃或损坏鱼鳃结构［１４］ 、鱼类急性缺氧应激［１５］ 是鱼类死亡的主要原因，并给出了含沙量阈值。

上述研究极大地提高了高含沙水流对鱼类影响的认识，促进了多泥沙河流水生生物保护。然而，当前国内外相关研究多集中于高含沙水流下鱼类个体生存的阈值研究，调水调沙对鱼类影响的河长、程度等尚未涉及，并未解答调水调沙周期内高含沙水流对下游鱼类影响的具体变化过程。因此，从黄河流域生态保护和高质量发展需求出发，亟须掌握调水调沙对鱼类影响的认识，针对性提出减缓措施，提升黄河水沙调控生态化水平。为系统评价调水调沙对鱼类生态环境的影响，笔者以２０２３ 年度黄河汛前调水调沙为契机，开展调水调沙全过程的生态系统调查与监测，探讨调水调沙对下游鱼类影响的机制及过程，以期为黄河调水调沙期鱼类保护提供参考。

１ 研究区概况

小浪底水库地处黄河最后一个峡谷出口处，控制黄河天然年径流总量的８７％和近１００％的泥沙。独特的地理位置和水沙控制优势，使小浪底水库调度成为黄河调水调沙的主要工程手段。小浪底坝址下游１６ｋｍ 处为西霞院水库，是小浪底水利枢纽的反调节水库。

黄河出西霞院水库后，至高村长达２９９ ｋｍ 的河段多属游荡型河段，河道宽浅，水流散乱，心洲密布，主流摆动频繁［１６］ ，是黄河中下游湿地面积较大的河段之一，鱼类栖息生境多样，也是黄河干流鱼类最为多样的河段之一。２０１８—２０２０ 年连续调查结果显示，该河段分布有鱼类６ 目１１ 科４４ 种，鱼类在目级组成上以鲤形目为主，在科级水平上鲤形目鲤科最多［１７］ ，以产沉黏性卵为主，主要包括鲤、鲫、鲶、鳊、泥鳅、黄颡鱼、赤眼鳟等，主要产卵繁殖期为４—６ 月，产卵盛期为４—５月［９］ 。黄河鲤是该河段重要经济鱼类，为中国四大淡水名鱼之一［１８］ ，是重要保护鱼类之一。

据调查，黄河小浪底坝下至高村河段大部分鱼类喜栖息于相对缓流生境，水面宽阔、水流平缓的区域是黄河鱼类的主要产卵场、索饵场和越冬场。其中，产卵场多分布于河边浅滩、河流消落区和河心岛等水生生物资源丰富的水域［１９］ 。经调查，该河段内产卵场相对较零散，分布有伊洛河口、花园口等５ 处大型集中产卵场。

２ 研究方法

２．１ 调查河段与断面布设

研究河段以小浪底坝址至花园口为主，兼顾小浪底库区。综合黄河泥沙变化、鱼类产卵场分布、支流影响等因素，在洛阳黄河公路桥、巩义赵沟（西霞院坝址以下约３４ ｋｍ）、伊洛河口、孤柏嘴、沁河口布置５ 个含沙量监测断面，在小浪底、花园口布设水质监测断面，在赵沟、伊洛河口、孤柏嘴、桃花峪、花园口布设鱼类调查断面。调查河段范围及监测断面布设见图１。

２．２ 调查因子和方法

参考近年黄河下游水质现状和鱼类养殖标准，选择水温、ｐＨ 值、溶解氧、化学需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷（以Ｐ 计）、总氮（以Ｎ 计）和铁、锰、镉离子作为水环境监测因子，其中水温和ｐＨ值、溶解氧分别用水温计和便携式多参数水质分析仪当场测定，化学需氧量和高锰酸盐指数用滴定法测定，氨氮、总磷和总氮用紫外可见分光光度计测定，铁、锰、镉用电感耦合等离子体发射光谱仪测定。小浪底断面和花园口断面流量、含沙量数据由黄河水利委员会水文局提供。

２．３ 调查时间

２０２３ 年进行的第２７ 次调水调沙，自６ 月２１ 日９时开始，于７ 月１１ 日８ 时结束，历时２０ ｄ。采用万家寨、三门峡和小浪底水库调控，支流陆浑、故县、河口村水库相机配合的联合调度模式。６ 月２１ 日至７ 月５日为清水下泄期，７ 月６ 日至１０ 日为排沙期，７ 月１１日调水调沙结束，７ 月１６ 日水沙过程基本结束［２０］ 。

根据调水调沙实施情况，于７ 月７ 日、８ 日８：００—１８：００ 每隔２ ｈ 采集一次水样进行含沙量测量；于６ 月１６ 日、２３ 日、２６ 日和７ 月１０ 日、１３ 日、２０ 日开展水环境因子监测；同时在调水调沙前（６ 月中旬）、调水调沙后（７ 月下旬）、恢复期（９ 月下旬）开展水生生物调查。

３ 结果与分析

３．１ 调水调沙前后下游河段水生生物资源变化情况

２０２３ 年调水调沙期间，对黄河干流小浪底至花园口河段水生生物开展了全过程现场调查。排沙期因流速太快而未能进行底栖生物采样，仅在调水调沙前、调水调沙后和恢复期对水生生物资源进行了调查，结果见表１～表３。

作为鱼类的饵料资源，河流中浮游动植物和底栖动物也被称作饵料生物，是河流中低等生物，对河流水环境变化极为敏感，常被选作河流水环境质量变化的指示物种。从统计结果来看，调水调沙过程中，河段内饵料生物资源密度和生物量均呈现先大幅下降后逐渐回升的趋势，但表现并不相同。浮游植物作为最低等生物，是初级生产力提供者，平均生物量由调水调沙前的０．６３ ｍｇ／ Ｌ 迅速下降至排沙期的０．０５ ｍｇ／ Ｌ，受水库排沙影响较大，但在调水调沙结束后即快速恢复，两个月后即可恢复至１．６５ ｍｇ／ Ｌ，可为喜浮游植物的鱼类迅速提供饵料资源。浮游动物也受调水调沙影响较大，平均生物量由调水调沙前的０．５８ ｍｇ／ Ｌ 迅速下降至排沙期的０．１４ ｍｇ／ Ｌ，且在调水调沙后继续降低至０．０２ｍｇ／ Ｌ，两个月后浮游动物生物量仅恢复至０．０７ ｍｇ／ Ｌ，表明浮游动物受调水调沙影响大、持续时间长、恢复速度慢。在调水调沙后底栖动物平均密度较调水调沙前下降，但其平均生物量显著高于调水调沙前，表明调水调沙后其恢复速度较快。

调水调沙结束时与调水调沙前相比，黄河干流西霞院至花园口河段捕获鱼类种数从２７ 种减少至２０种，减少约２６％；渔获数减少约４８％，平均体重下降约１８％；两个月后，该河段鱼类种数逐步回升，平均体重比调水调沙前增加了１４８％，总质量恢复至调水调沙前水平。

３．２ 调水调沙排沙期“流鱼”现象

为了解“流鱼”发生河段和主要特征，于调水调沙期间对小浪底至花园口河段“流鱼”现象进行了观察和记录。调水调沙初期为清水下泄，小浪底以下河段未观测到“流鱼”现象，但清水下泄期过高的流速使小浪底坝下河段鱼类趋避明显，部分躲避于心滩、岸边、丁坝坝垛之间，部分洄游至伊洛河口等支流入黄段，坝下鱼类较少。调水调沙进入排沙期后，首日泥沙含量低，未有“流鱼”发生；随着含沙量增大，第二日夜间出现“流鱼”；第三日出现含沙量峰值后，“流鱼”现象最为突出，主要发生在小浪底坝下至花园口之间，但不同河段表现不同。以小浪底坝下至西霞院库尾河段（约７ ｋｍ）和西霞院坝下至洛阳黄河公路桥河段“流鱼”现象最为突出，“流鱼”种类为鲢、鳙、鳊、似鳊等，表现为鱼类死亡、昏迷后随水流而下；从体型质量和死亡方式可以判断为库区鱼类经由泥沙裹挟通过排沙洞进入坝下河段，因冲击力较大而导致鱼类机械性损伤死亡。洛阳黄河公路桥至赵沟河段主要表现为鱼类窒息死亡。赵沟至伊洛河口河段，“流鱼”表现为死亡和“浮头”两种，死亡鱼类有鳊、似鳊、蛇、鲫、、赤眼鳟、翘嘴红鲌、红鳍原鲌等，体长以２０ ｃｍ 以下为主，以５～１０ｃｍ 之间最为常见，死亡方式以窒息死亡为主，少有机械性损伤死亡。伊洛河口以下则少有鱼类死亡，多以“浮头”为主，表现为鱼类浮于水面快速呼吸吞取空气，行动迟缓。即小浪底坝址以下各河段“流鱼”表现不同，从上至下逐段减缓。

采用Ｐｉｎｋａｓ 相对重要性指数（ＩＲＩ）分析调水调沙不同时期渔获物优势种，见表４。结果表明蛇、银等亚科鱼类ＩＲＩ 值急剧降低，表明上述鱼类受调水调沙影响较大。

３．３ 调水调沙期生境因子变化情况

水域水体是鱼类生存的基础，水体物理要素和化学要素构成鱼类的生境要素。调水调沙通过短时间内集中泄放水量和沙量，显著改变了下游流量、流速和含沙量等物理指标，也对下游河段水环境造成了一定影响。流量是影响河流鱼类分布的主要因素之一，流量增大对增加水面面积、扩大水体和岸滩植被交换界面具有积极意义，但过高的流量会导致流速显著增大，不利于鱼类觅食、栖息，以及仔鱼的生长。调水调沙期小浪底断面流量、含沙量和流速变化见图２、图３。

清水下泄期小浪底断面日均流量峰值为４ ４４０ｍ３ ／ ｓ，排沙期日均流量峰值为３ ４９０ ｍ３ ／ ｓ；与平水期相比，调水调沙期小浪底断面平均流速由１．０４ ｍ３ ／ ｓ 增大到２．３６ ｍ３ ／ ｓ，最大流速由２．９４ ｍ３ ／ ｓ 增大到４．９２ｍ３ ／ ｓ；花园口断面平均流速由０．９６ ｍ３ ／ ｓ 增大到１．９７ｍ３ ／ ｓ，最大流速由２．１７ ｍ３ ／ ｓ 增大到３．７８ ｍ３ ／ ｓ。调水调沙期小浪底至花园口断面流速显著增大，且小浪底断面最大流速显著高于花园口断面。鱼类最适宜流速一般为０．１～０．５ ｍ／ ｓ，鲤、鲇等仅能适应最大约２ ｍ／ ｓ的流速［２１］ 。现场调查结果显示，调水调沙期过高的流速对小浪底坝下河段鱼类驱赶效应明显，干流主河槽内鱼类分布显著减少。

含沙量是影响鱼类生境质量的重要因素之一。小浪底水库自７ 月５ 日开始排沙，７ 月６ 日１８ 时含沙量达２０６ ｋｇ／ ｍ３，至７ 月１１ 日结束，历时６ ｄ。其中排沙峰值出现在７ 月７ 日，最高含沙量达４３２ ｋｇ／ ｍ３；经过西霞院水库后排沙峰值略有衰减，降低至３９８ ｋｇ／ ｍ３；随后沿程快速衰减，在西霞院以下约８ ｋｍ 的洛阳黄河公路桥，含沙量峰值降至最高１８７ ｋｇ／ ｍ３，在巩义赵沟降至７２．８ ｋｇ／ ｍ３；随后含沙量沿程衰减速率降低，在伊洛河口受伊洛河顶托影响，最大含沙量略增大至７６．９ｋｇ／ ｍ３，至桃花峪最大含沙量为６０．３ ｋｇ／ ｍ３。从时间上，“流鱼”发生时段主要为７ 月６ 日１８ 时至７ 月８ 日凌晨，对应小浪底水库排沙量在８０ ｋｇ／ ｍ３ 以上；从空间上看，“流鱼”主要发生在小浪底坝下至伊洛河口以上河段，对应含沙量峰值在７６ ｋｇ／ ｍ３以上。根据相关研究成果，当含沙量在８０ ｋｇ／ ｍ３ 以上时，鱼类在短时间内因缺氧而死亡。上述结论与现场观测到的情况基本一致，除坝下河段鱼类以机械性损伤死亡为主外，在巩义赵沟断面以上主要为鱼类窒息死亡。不同河段“流鱼”现象与含沙量之间的同步变化表明，含沙量过高是引发“流鱼”的主要原因之一。

对调水调沙期间小浪底至花园口河段水温、ｐＨ值、含沙量、溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量、高锰酸钾指数、氨氮、总磷、总氮、铁、锰、镉等水环境因子进行监测，并对坝下过饱和气体进行监测。监测结果显示，除溶解氧外，其他各环境因子在调水调沙后未发生较大变化，均在地表水Ⅱ～Ⅲ类水质标准之间，总溶解气体饱和度未超过１１０％（美国国家环保局１９８６ 年发布的标准［２２］ ）。本次研究对小浪底至花园口河段溶解氧含量进行了跟踪监测，排沙期伊洛河口溶解氧变化见图４。

监测结果显示，当水体含沙量大于８０ ｋｇ／ ｍ３ 时，溶解氧含量低于２ ｍｇ／ Ｌ。调水调沙前和清水下泄期，黄河小浪底至高村水体溶解氧含量均大于５ ｍｇ／ Ｌ；集中排沙期伊洛河入黄口监测断面溶解氧含量为０．０７～１．５４ ｍｇ／ Ｌ，平均值仅为０．５３ ｍｇ／ Ｌ，同期伊洛河支流入黄口监测断面溶解氧含量为６ ｍｇ／ Ｌ 左右；７ 月８ 日以后，河段溶解氧含量回升，至７ 月１０ 日，花园口断面溶解氧含量恢复至２．１６ ｍｇ／ Ｌ。

黄河小浪底至花园口河段鱼类以鲤、鲫、鲇、鳊、黄颡鱼等常见种为主，属江河平原区系和第三纪复合体区系温水性鱼类。部分河段常见鱼类正常生长溶解氧需求、临界溶解氧含量（水体溶解氧含量低于此含量时，鱼类出现“浮头”）和窒息点（导致鱼类窒息死亡的溶解氧含量）见表５［２３］ 。

对比含沙量变化和常见鱼类溶解氧需求，在排沙期黄河干流赵沟以下河段含沙量已低于８０ ｋｇ／ ｍ３，水体溶解氧含量降至２ ｍｇ／ Ｌ 以下，造成鱼类呼吸困难，出现“浮头”现象；但有８ ｈ 的时间溶解氧含量持续低于０．２ ｍｇ／ Ｌ，低于多数鱼类的窒息点，造成该河段出现鱼类死亡。

４ 结论

通过开展２０２３ 年黄河汛前调水调沙期水文泥沙、水环境和鱼类调查和监测，基本明晰了调水调沙对鱼类影响的主要途径、因素、范围、程度，为今后开展鱼类针对性保护措施提供了一定技术支撑。

１）黄河调水调沙出现“流鱼”现象主要发生在排沙期，此时小浪底水库泄水含沙量高于８０ ｋｇ／ ｍ３，主要发生河段为小浪底坝下至伊洛河口河段，其中小浪底坝下和西霞院坝下河段“流鱼”主要表现为鱼类机械性损伤死亡，洛阳黄河公路桥至赵沟河段主要表现为鱼类窒息死亡，赵沟至伊洛河口河段以鱼类窒息死亡和“浮头”为主，伊洛河口以下主要为“浮头”。“流鱼”对小浪底至花园口河段鱼类资源的影响在调水调沙结束２ 个月后可得到一定程度的恢复，总质量恢复至调水调沙前水平。

２）黄河调水调沙排沙期高流速和高含沙量降低了河段内饵料含量，随着含沙量沿程迅速衰减，在伊洛河口处即可回落至７６ ｋｇ／ ｍ３，其主要影响范围为小浪底至伊洛河口河段。

３）黄河调水调沙期，水体中溶解氧含量随着泥沙含量增大而迅速降低至鱼类临界需氧量以下，部分时段低于鱼类窒息点，是造成鱼类窒息死亡的主要因素之一，调水调沙后溶解氧含量迅速恢复。

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【责任编辑 吕艳梅】

基金项目：国家重点研发计划项目（２０２３ＹＦＣ３２０６２０２－０１）；河南省重大科技专项（２０１３００３１１４００）；黄河水资源保护科学研究院科研专项（ＫＹＹ－ＫＹＺＸ－２０２２－０２）