淺談水庫水溫分層及下泄低溫水對魚類活動影響

吳云鵬　周磊

摘 要：水庫水溫分層及下泄低溫水影響魚類產卵、生長及捕食，因此，必須重視水溫作為水生態(tài)環(huán)境因子的重要作用，采取有效減緩低溫水下泄的各項措施， 實現水資源開發(fā)利用和生態(tài)保護的協(xié)調發(fā)展。

關鍵詞：水溫分層；下泄低溫水；魚類活動；協(xié)調發(fā)展

水庫修建后形成了巨大的停滯水域環(huán)境 ，由于水深不同的水域接受太陽輻射的程度不同，再加之風力、入流和垂向水流交換的作用 ，水庫會沿水深方向出現一定的水溫分層現象 。又由于水電站泄水設施因發(fā)電要求而使泄水口高程較低，因此水庫的水溫分層使冬季下泄水溫較天然情況高，而春、夏季下泄水溫較天然情況低。水溫分層特別是下泄的低溫水可使魚類在產卵、生長及捕食方面受到極不利的影響，造成魚類資源的減產甚至某些魚種的滅絕。因此 ，在大型水電工程的規(guī)劃設計和運行管理中，必須重視水溫作為水生態(tài)環(huán)境因子的重要作用 ，采取有效減緩低溫水下泄的各項措施，減輕水溫分層對魚類活動的影響，從而實現水資源開發(fā)利用和生態(tài)保護的協(xié)調發(fā)展。

1 水庫水溫分層現象

水庫蓄水后，水溫的變化是一個很復雜的現象，受多種因素的控制。一般情況下，水庫水溫沿深度方向的分布可分為3～4個層次。分別為：①表層。該層水溫主要受氣溫季節(jié)變化的影響，一般在10～20m深度范圍；②摻混變溫層。該層水溫在風吹摻混、熱對流、電站取水及水庫運行方式的影響下，年內不斷變化。該層范圍與水庫引泄水建筑物的位置、運行季節(jié)及引用流量有關；③穩(wěn)定低溫水層。一般對于壩前水深超過100m的水庫，在距離水庫表面60～80m以下的水體，由于受季節(jié)氣溫變化的影響很小，加之密度較大的低溫水體下沉，將會形成一個比較穩(wěn)定的低溫水層。但如果電站的泄水建筑物位置較低，則情況將會有所變化；④異重流高溫水層在多泥沙河流上，如有可能在水庫中形成異重流，并且夏季高溫渾水可沿庫底直達壩前、或受蓄水初期壩前堆渣等因素的影響，則庫底水溫將會明顯增高。

從研究水溫問題的角度出發(fā)，目前，根據水庫水溫的分布情況，環(huán)境學界一般認為水庫有3種類型：穩(wěn)定分層型、混合型和過渡型。穩(wěn)定分層型的水庫表層溫度豎向梯度大，稱為溫躍層，其下溫度梯度小，稱為滯溫層；但到冬季則上下層水溫無明顯差別，嚴寒地區(qū)甚至出現溫度梯度逆轉現象，上層近于0℃，底層近于4℃?；旌闲退畮鞜o明顯分層，上下水溫均勻，豎向溫度梯度小，年內水溫變化卻較大。過渡型水庫介于兩者之間，春、夏、秋季有分層現象，但不穩(wěn)定，遇中小洪水時水溫分層即消失。

2 溫度對魚類的影響

溫度作為一種非常重要的生態(tài)因子，對魚類的生長、發(fā)育、代謝等生命活動具有顯著的影響。魚類屬于變溫動物，其體溫隨水溫的變化而變化，一般與周圍水溫相差不超過 0.5～1.0 ℃。因此，水溫直接或間接地影響魚類生長代謝、消化酶活性、蛋白質合成以及基因表達等。

低溫水在溫度 、組成成分方面的差異會對敏感的魚類產生不利影響 ，低溫水造成的漁業(yè)減產問題在日本 、美國 、中國等許多國家都有實例 。Philpott水電站一項關于水庫水流對下游魚類影響的調查表明 ，庫區(qū)水動力環(huán)境和水溫的改變會減 緩魚類的生長 ，破壞生殖期魚類的產卵條件 ，影響魚類的正常行為。美國科羅拉多河流域自格倫峽壩修建后水溫基本保持在9℃左右，而建壩前河水溫度在0℃至30℃之間變化，見壩前后的溫度變化導致3種本地魚滅絕，還有60多個物種受到威脅。我國丹江口水利樞紐興建以后，由于壩下江段水溫降低，使該江段魚類繁殖季節(jié)推后20天左右，當年出生幼魚的生長速度減慢、個體難以長大，比較建壩前后冬季的數據，該江段草魚當年幼魚的體長和體重分別由建壩前的34mm、780g，下降至建壩后的297mm、475g。

以上國內外資料表明，低溫水的下泄將使魚類繁殖、生長及捕食受到嚴世界上許多大型水庫在魚類洄游產卵期泄放的水溫明顯低于同期天然河道水流的水溫，致使這些河流的魚種數量銳減或瀕于絕跡。

3 應對措施

在對水庫水溫結構及下泄水溫進行正確預測和數值模擬的基礎上，國內外主要采取以下三種工程措施來減緩低溫水下泄：分層取水；通過動力方式破壞水溫分層；水利生態(tài)調度等。其中分層取水使用較為廣泛，效果較好。

3.1 分層取水

分層取水在我國相關水利工程措施中使用較為廣泛。分層建筑物主要采用豎井式和斜涵臥管式。豎井式采用進水塔或閘門井，沿垂直方向設若干層閘門，通過啟閉機啟閉閘門以控制流量和水溫.，例如廣西西云江水庫、四川冷家溝、總崗山水庫等都采用了豎井加多層閘門的分層取水塔。斜涵臥管沿梯級斜管在不同高程設置進水口，以蓋板塞作啟閉.如江西楓溪水庫。分層取水雖早已有之，但過去主要用于規(guī)模較小、對水溫有要求的灌溉水庫，而這些灌溉水庫的壩高大多低于40 m。然而，對于大型水溫分層型水庫，由于水庫流態(tài)和壩前水溫分層結構比較復雜，分層取水方案的確定應建立在水工模型試驗、水力學計算和結構體型反復優(yōu)化設計的基礎上，其閘門設計較前述小型水庫更為復雜。

3.2 破壞水溫分層

破壞水溫分層的辦法是在水庫取水口一定的范圍內，借助動力擾動水體或者是向水體底部輸如空氣，從而加強水體上下對流，進而達到破壞水溫分層的目的。美國和英國曾經這種方式來緩解水溫分層 ，取得了一定的效果。具體的做法是：在壩前適當的范圍內，通過向水底注空氣或氧氣、循環(huán)向深層灌水、用水泵取表層低密度水或其它水源向下輸送等動力方式 ，促進水庫的上下層對流 ，破壞水溫結構。愛爾蘭郵電部所屬的恩尼斯加水庫曾在1957年安裝6臺氣壓水槍，使水體不斷形成對流 ，有效減輕了庫區(qū)水質分層和低溫下泄水對下游珍貴魚類的影響。

3.3 水利生態(tài)調度

水利生態(tài)調控是目前最經濟有效的方法，通過對水庫的流量進行調節(jié)就可以有效地消除溫躍層。根據相關研究表明，在水庫運行期間，合理的進行泄洪調度能有效地提高下泄水流的水溫。對于具有溢洪道、表孔、中孔、深孔等多種泄流方式和不同泄流量的已建水利工程 ，在保證一定經濟效益的前提下 ，進行合理的水利生態(tài)調度，如適當改變夏季的泄流量，更多地利用表層建筑物泄流 ，可以有效提高水庫的下泄水溫 。從而在一定程度上減弱大型水電工程對庫區(qū)和下游包括水溫變化在內的不利生態(tài)影響。

參考文獻

[1] 胡平， 劉毅， 唐忠敏， 等. 水庫水溫數值預測方法 [N]. 水利學報， 2010年9月（第41卷 第9期）.

[2] 王冠. 淺談水庫水溫計算方法 [J]. 吉林水利， 2007年（01期）

[3] ：（美）P·麥卡利（Patrick McCully）編著；周紅云等譯. 大壩經濟學[M]. 第2版. 中國發(fā)展出版社， 2005年.

[4] 王冠. 淺談水庫水溫計算方法 [J]. 吉林水利， 2007年（01期） .

作者簡介

吳云鵬（1990.02—），男，漢族，鄭州大學水文與水資源工程2010級本科生。

周磊（1991.07—），男，漢族，鄭州大學水文與水資源工程2010級本科生。