长江中游四大家鱼产卵场河段形态与水流特性研究

为了研究长江中游四大家鱼产卵所需的水流环境,采用数值模拟的方法对产卵河段的形态特征和水流特性进行了量化分析。通过统计和对比研究了4类产卵河段的能量坡降、水流流态、动能梯度、能量损失和弗劳德数等水力特性,分析了水力要素在典型断面上的分布特点。研究结果表明:四大家鱼产卵的河床形态比较特殊,能量坡降具有明显的2维特性;水流流态复杂多样;水流流经产卵河段后能量损失较大;河段横断面上的动能梯度和弗劳德数数值较小。以期为四大家鱼产卵场水流环境的保护提供理论基础和技术参考。

长江中游宜昌江段鱼类早期资源现状

为了探明长江中游宜昌江段鱼类早期资源状况,2014年和2015年连续两年于5―7月在长江中游宜昌江段对产漂流性卵鱼类进行监测,期间共采集鱼卵12209粒。通过分子生物学方法共鉴定出27种鱼类,隶属于2目、4科。其中鲤科鱼类种类数最多,占77%;其次是鳅科,占15%;平鳍鳅科和银鱼科最少,均为4%。鉴定出的27种鱼类中,产漂流性卵鱼类有22种。2014年和2015年长江中游宜昌江段产漂流性卵鱼类的产卵量分别为79.1×10~8粒和70.9×10~8粒,其中四大家鱼产卵量分别为5.65×10~8粒和6.13×10~8粒。监测期间共出现7次产卵高峰(2014年4次,2015年3次),集中在6月初及6月中下旬。四大家鱼产卵量日变化与长江流量日变化关联性较强。2014年宜昌断面采集的四大家鱼鱼卵来自采样点上游的葛洲坝下(坝下–庙咀)、宜昌(胭脂坝–云池)和白洋(白洋镇–关州)三处产卵江段,2015年的四大家鱼鱼卵则来自葛洲坝下(坝下–庙咀)、宜昌(胭脂坝–红花套)两个产卵场。和历史资料相比,长江中游宜昌江段四大家鱼产卵场位置略有下移,规模呈减少趋势。建议继续科学适宜地开展生态调度和增殖放流,满足长江中游鱼类繁殖需求。

三峡水库蓄水后长江中游产漂流性卵鱼类产卵场现状

于2003-2006年每年5-7月对长江中游江段产漂流性卵鱼类产卵场的现状进行了调查。结果表明,长江中游现有产漂流性卵鱼类13种,其中主要经济鱼类有青鱼（Mylopharyngodon piceus）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）、鳜（Siniperca chuatsi）、赤眼鳟（Squaliobarbus curriculus）、鳊（Parabramis pekinensis）、铜鱼（Coreius heterodon）,共8种。与20世纪70年代相比,种类减少了10余种,但监测到了多年未见的鳡（Elopichthys bambus）。在长江中游宜昌至城陵矶300多km江段分布10余个四大家鱼产卵场,与水库蓄水前相比,产卵场地理分布的范围变化不大。2003-2006年长江中游主要产漂流性卵鱼类的产卵量143720×10^4ind,其中四大家鱼产卵量108069×10^4ind。与蓄水前相比,长江中游四大家鱼产卵规模严重缩小,4年四大家鱼产卵总量为1997-2002年平均值的42.82%,为蓄水前2002年的56.88%。四大家鱼产卵与水温和涨水持续时间及水位日上涨率等生态水文指标密切相关,产卵期期间水温波动范围为18.6-25.5℃,水温适宜于四大家鱼繁殖;江水持续上涨时间一般为4-7d,水位的日涨率一般在0.30m/d左右,较为适宜于四大家鱼产卵。与20世纪70年代和水库蓄水前相比,长江中游四大家鱼鱼苗比例组成发生了显著变化,鲢比例相对上升,而多年来占绝对优势的草鱼比例显著下降,表明长江中游草鱼受三峡水库调蓄影响最大。

丹江口水库上游梯级开发后产漂流性卵鱼类早期资源及其演变

2014年对丹江口水库上游四大家鱼等产漂流性卵鱼类进行早期资源的现状调查,结果表明丹江口水库上游现有产漂流性卵鱼类共14种,以银鮈、蛇鮈、花斑副沙鳅、、蒙古鲌等鱼类为主,四大家鱼卵64粒,仅占卵数的1.02%.与1977年、1993年历史调查的产漂流性卵鱼类早期资源数据相比,产卵场数量减少6处,产卵场的规模和位置发生显著变化.丹江口水库上游产漂流性卵鱼类产卵总量下降明显,从1977年的近1745.86亿粒(尾)下降到2014年的455502.76万粒(尾);其中四大家鱼卵苗径流量下降幅度最为显著,从171.27亿粒(尾)下降到4295.22万粒(尾),四大家鱼卵苗径流量占鱼类卵苗总径流量的比例也从9.81%下降到了0.94%以下.

三峡水库生态调度试验对四大家鱼产卵的影响分析

2011年以来,三峡水库持续开展了促进长江中游四大家鱼产卵的生态调度试验.采用鱼类早期资源调查方法研究了三峡水库生态调度实施以来四大家鱼自然繁殖、水文环境要素的年际变化特征,采用系统重构方法分析了四大家鱼自然繁殖的关键生态水文要素,提出了宜昌江段涨水过程的生态调度优化条件.结果表明:①2012-2018年三峡水库共开展了11次生态调度试验,生态调度使得宜昌江段持续涨水时间范围为2~9 d,水位日均涨幅范围为0. 43~1. 83 m,流量日均增幅范围为1 080~5 800m^3/s,起始水温范围为17. 5~23. 5℃.②沙市江段监测到四大家鱼鱼卵时的水温分布范围为19. 2~25. 5℃、平均值为22. 5℃,流量分布范围为11 000~33 600 m^3/s、平均值为16 890 m^3/s;水温平均值在各年份间没有显著性差异,流量平均值在各年份间有显著性差异.③沙市江段四大家鱼鱼卵组成以草鱼和鲢为主,二者年均产卵量约占总产卵量的85%,青鱼和鳙年均产卵量约占总产卵量的15%.除2016年外,生态调度期间四大家鱼的产卵量占监测期间四大家鱼总产卵量的比例较大,变动范围为31. 90%~66. 58%.生态调度期间,四大家鱼自然繁殖性能普遍好于非生态调度时期,表现为产卵持续时间更长、产卵场范围更广、单次洪峰的产卵规模更大,证实了实施生态调度的有效性.④持续涨水天数、初始水位和产卵时序是影响2012-2018年宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量的重要生态水文参数.⑤为增加宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量,宜昌江段需满足的水文条件为断面初始流量达14 000 m3~/s,持续涨水4 d以上,水位日涨幅平均大于0. 5 m,流量日增幅平均大于2 000 m^3/s,与前一次洪峰的间隔时间在5 d以上.研究显示,三峡水库连续实施生态调度对近年来长江中游四大家鱼的种群恢复起到了一定的作用,未来应将建模和监测手段整合到生态调度试验中以分析长期的生态响应,并建立一套科学的生态调度效果评价体系来评价流量调节对四大家鱼产卵活动的影响.

四大家鱼产卵水文水动力特性研究综述

四大家鱼是中国重要的经济鱼类,长江是四大家鱼的天然种质库,长江四大家鱼的自然繁殖数量对四大家鱼的资源保护意义重大。四大家鱼产卵与河流水文水动力关系密切。较为全面的阐述了四大家鱼产卵与水温、涨水过程的关系,并对四大家鱼产卵场的分布和水动力特性进行了简要描述。本工作将为针对四大家鱼产卵的水库生态调度和四大家鱼产卵场修复提供一定技术支持。

葛洲坝下游中华鲟(Acipenser sinensis)产卵场地形分析

根据1981年葛洲坝截流至1998年对葛洲坝坝下河床研究的历史资料，结合1999—2006年间获得的中华鲟产卵场所在江段河床的5次地形数据，采用AreGIS9．0软件，对中华鲟产卵场河床的高程、坡度、坡向等地形因子进行了详细分析。结果表明：葛洲坝至磨基山江段中华鲟产卵场与历史产卵场相比具有极其相似的特征，临江溪至虎牙滩江段中华鲟自然繁殖频率不高可能主要是因为地形不符合要求，从而造成相关的水文因子也不能满足需要。中华鲟自然繁殖前期的迁徙分布和产卵后受精卵的散播与河床地形都有一定的关系，葛洲坝水利枢纽下游河势调整工程较大地改变了葛洲坝至庙咀江段河床的地形，地形复杂度的增加可能对中华鲟自然繁殖前期的栖息有利，而河床坡度、底质的改变则可能会对中华鲟受精卵的散播和发育产生不利影响。有必要结合中华鲟历史产卵场精确的地形数据，对“中华鲟产卵场功能分区模型假说”进行验证，并针对产卵场地形对中华鲟自然繁殖的影响，做出进一步探讨。

汉江中游江段四大家鱼产卵场现状的初步研究

为掌握汉江中游四大家鱼产卵场的现状，2004年5—8月分别设固定断面和流动采集鱼卵（仔鱼）。鱼卵漂流距离（S）用当时水温条件下胚胎发育经历时间（T）乘以江水平均流速（V）估算，即S=V·T，把产卵集中的江段确定为产卵场；产卵规模（M）根据采样点采获的相近发育期的鱼卵数（m）、采样点断面江水流量（Q）、采样网口流速（V＇）、采样断面卵（仔鱼）密度系数（C）和采样网口面积（0．39）估算，即M=m·Q·C／0．39·V＇。结果表明，汉江中游干流有四大家鱼产卵场5个，产卵场长度占该江段干流长度的36．22％，产卵总量为0．933×10^8粒，其中青鱼（Mylopharyngodon piceus）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）分别为7．28×10^6粒、6．125×10^7粒、2．067×10^7粒和4．10×10^6粒，左岸支流唐白河无四大家鱼产卵；四大家鱼产卵和产卵的规模与江水的温度、涨水持续的时间、流速、流态紧密相关；2004年四大家鱼的产卵量仅相当于1976年监测结果的6．71％，汉江中游四大家鱼资源已严重衰退。

丹江口水利枢纽兴建后汉江中下游四大家鱼等早期资源及其演变

2006～2007年对汉江中下游四大家鱼早期资源进行了调查,并结合1977～1978年、2004年汉江中下游的历史调查资料进行分析。研究表明:汉江中下游四大家鱼卵苗径流量下降明显,从20世纪70年代末的近5×108粒(尾)下降到2004年以后的不足1×108粒(尾),四大家鱼卵苗径流量占鱼类卵苗总径流量的比例也从19.0%下降到了1%以下;产卵场数量减少了1处,产卵场位置也发生了变化。

三峡水库不同运用情景对四大家鱼繁殖水动力学影响

三峡工程的修建及其调度运用,改变了库区的水动力条件。四大家鱼的栖息、繁殖也因水文条件的变化而发生改变。本研究采用Mike11商业软件,基于三峡库区622个河道断面,分天然、三峡水库156m和175m蓄水调控等3种情景,分别模拟了1997-2003年库区来水条件下的库区水流状态。在2002-2003年库区云阳断面四大家鱼卵、苗观测基础上,推算了库区2002-2003年四大家鱼产卵场的分布,分析了三峡水库运用对产卵场水动力条件影响。在前人对四大家鱼鱼卵水力学特性实验研究的基础上,讨论了三峡水库不同运用情景下四大家鱼卵能否在库区内有足够的漂程和漂流时间的问题。结果表明,三峡水库156m蓄水调控方式对于库区产卵场已经产生影响,主要是5月份涨水流量小于8000m3/s时,家鱼卵在库区没有足够的漂程和漂流时间;三峡水库175m蓄水运用方式影响较大,影响时期主要集中在6月中旬前,四大家鱼卵在库区内没有足够的漂程和漂流时间。6月中旬后,156m、175m两种运用方式对于重庆产卵场四大家鱼产卵生态水文条件影响较小,四大家鱼卵在库区内有足够的漂程和漂流时间。

基于水力学模型的三峡库区四大家鱼产卵场推求

卵场位置是长江流域四大家鱼资源调查的重点。对于四大家鱼产卵场位置的定位以及影响家鱼产卵繁殖的水文、水流条件等非生物的因素，一般以河段邻近水文站观测数据来推算或近似。本文采用MIKE 11商业软件，基于三峡库区622个河道断面，模拟了2002～2003年三峡库区水动力变化，而后以重庆市云阳断面为起点，根据该断面2002-2003年四大家鱼捞获卵、苗的发育时间，推求出长江上游重庆至云阳4个产卵场的位置，最后对模型法推求产卵场位置的不确定性进行了分析。

长江中游黄石江段四大家鱼早期资源现状

2015年和2016年每年的5—7月,在长江中游黄石江段对四大家鱼早期资源开展了调查,以了解该江段四大家鱼早期资源及产卵场分布现状。调查期间共采集四大家鱼卵67粒,苗23 948尾,种类以鲢和草鱼为主,分别占四大家鱼卵苗总捕捞数量的77.0%和18.1%。2015年和2016年,估算通过黄石江段的四大家鱼卵径流量分别为0.20×10^8粒、4.69×10^8粒,鱼苗径流量分别为19.40×10^8尾、13.65×10^8尾。黄石江段四大家鱼产卵场主要分布在团风李家洲、鄂州城区、鄂州戴家洲和黄石道士袱4个江段。与历史资料相比,黄石江段四大家鱼产卵场分布位置没有发生明显的变动。建议开展增殖放流活动,并在航道整治等工程建设中注重保护洲滩等生境。

葛洲坝下中华鲟产卵场初次水下视频观察

2007年初次采用水下视频观察了葛洲坝至庙咀江段中华鲟产卵场的河床质及中华鲟受精卵散布和附着状态。根据视频观察的结果,中华鲟产卵场区河床质主要为10～50cm卵圆或扁圆的卵石排列叠加而成,其表层河床质排列可分为6种模式类型。卵石之间的立方体排列和四面体排列方式为中华鲟受精卵附着提供了2类散布方式。中华鲟受精卵主要散布于冲刷干净的卵石空隙或夹缝中,观察到卵散布区范围约0.25km2,而被沙粒轻微填塞或掩埋的区域没有发现受精卵,沙粒沉降很可能是限制中华鲟产卵的关键因子之一。视频观察数据对于产卵场模型分析及产卵场改良提供了实证资料。

河流鱼类产卵场紊动能计算与分析

通过对鱼类产卵场地形分析,认为水流能量损失是鱼类产卵场形成的重要原因之一,这种能量损失主要是由于特殊河道地貌形成的水流紊动而产生的。在此基础上探索性地推导了考虑这种河道水流能量损失的明渠非恒定流方程。以中华鲟为例,对产卵场河段进行了三维水流数值模拟,计算了产卵河段紊动能的分布,探讨了中华鲟产卵行为与水流紊动之间的关系,结果表明产卵区因紊动产生的能量损失明显大于非产卵区。以期为保护中华鲟和其他鱼类产卵场水力学环境提供参考。

中华鲟产卵场平面平均涡量计算与分析

采用Delft3D-Flow模型对葛洲坝下游中华鲟产卵场河段进行流场模拟,用实测资料对模型进行验证和参数率定,模拟结果和实测资料基本吻合。在此基础上,阐述了平面平均涡量计算方法,利用模拟所得流速场,通过计算得到中华鲟产卵场河段区域平面平均涡量强度分布。计算结果表明,鱼卵密集区的平面平均涡量为1.38×10^-3-1.64×10^-3s^-1,说明中华鲟产卵对区域平面涡量强度有偏好选择,这种选择具有生物学意义。可为今后保护中华鲟产卵场水力学环境提供理论支持和参考。

葛洲坝下游江段中华鲟产卵场食卵鱼类资源量估算

为定量评估食卵鱼类对中华鲟资源的危害 ,1 997— 2 0 0 1年间 ,对中华鲟产卵场所在的葛洲坝水利枢纽坝址至下游庙嘴之间长约 5km的江段 ,进行了渔业捕捞样本抽样和解剖检测 ,运用体长股分析方法并结合渔获物中不同种类的相对数量比例估算出食卵鱼类资源量。研究结果表明 ,吞食中华鲟卵的主要有圆口铜鱼、铜鱼、瓦氏黄颡鱼等 1 1种鱼类 ,其年度资源量为 1 97487— 744487尾 ,多年平均 44482 2尾。

长江四大家鱼产卵场地形及其自然繁殖水动力条件研究综述

"四大家鱼"是我国的主要经济鱼类,而长江是我国四大家鱼优质种质资源重要的产地。目前长江四大家鱼产卵量和种群质量都在下降。资源下降的原因较多,包括自然原因和人为原因,从而导致鱼类栖息环境遭到破坏。影响四大家鱼产卵的主要因素是亲鱼数量、水温、涨水条件和产卵场等。而对产卵场特定的地形和水动力条件的需求是四大家鱼产卵的重要特征,也是四大家鱼自然繁殖生态水力学研究的方向和重点。本文根据目前国内外研究成果,对家鱼产卵场地形特性和水动力特性进行了较为全面的梳理,总结归纳了四大家鱼产卵场地形及其自然繁殖的水动力条件。这些工作可为相关研究提供参考,也可为后续四大家鱼产卵场的生态修复工作提供理论依据和技术支持。

葛洲坝下中华鲟产卵场食卵鱼资源量的调查和分析

为了解葛洲坝下游中华鲟（Acipenser sinensis）产卵场食卵鱼的资源量，于2011年8—12月在葛洲坝下游江段，利用三层流刺网张网采集渔获物样品并进行鉴定分类。结果显示：采集渔获物共有24亚种，分属于3目5科，其中鲤形目鲤科鱼类最多，共有14种，未发现外来物种。食卯鱼铜鱼（Coreius heterodon）和瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus vachelli）在所捕获渔获物中所占比例较大，其中瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）的捕捞量占总捕捞量的79．31％；在11月份的捕获物中，食卯鱼的捕捞数量足过10月和12月的2～8倍；在中华鲟产卵期间，食卵鱼的日捕获量达到最高峰。

基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析

以长江中华鲟作为目标物种,通过中华鲟自然繁殖期间产卵江段的的栖息地调查,确定了中华鲟的偏好水深、偏好流速及偏好底质。以河道内流量增量法(IFIM)为基础,采用二维水力学模型结合鱼类栖息地模型对中华鲟产卵场的栖息地条件进行了分析,计算了中华鲟自然繁殖期间流量与栖息地加权可利用面积的关系。结果表明,流量在13000～15000m3/s时,栖息地加权可利用面积达到最大,约2.1km2。