基于聲學(xué)方法的黃河三門(mén)峽水庫(kù)漁業(yè)資源空間分布研究

李斌，湯勇，孫建富，李佩杰，胡亞?wèn)|，張劍波

（1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116023；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東廣州510300；3.大連海洋大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，遼寧大連116023；4.河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院，河南鄭州450044）

基于聲學(xué)方法的黃河三門(mén)峽水庫(kù)漁業(yè)資源空間分布研究

李斌1、2，湯勇1，孫建富3，李佩杰1，胡亞?wèn)|4，張劍波4

（1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116023；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東廣州510300；3.大連海洋大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，遼寧大連116023；4.河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院，河南鄭州450044）

為探討聲學(xué)方法在黃河流域生態(tài)環(huán)境研究中的適用性，于2013年11月23日使用分裂式波束科學(xué)魚(yú)探儀（Simrad EY60，70 kHz，挪威）對(duì)黃河三門(mén)峽水庫(kù)西灣至庫(kù)尾大壩間水域進(jìn)行了漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)定和回波積分方法對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源密度、資源現(xiàn)存量和空間分布進(jìn)行了初步探查與估算。結(jié)果表明：此次調(diào)查庫(kù)區(qū)內(nèi)聲學(xué)積分值（Nautical area scattering coefficient，NASC）為5.59 m2/nmi2，漁業(yè)資源密度平均為0.002 ind./m2，資源現(xiàn)存量為42.36 t；在魚(yú)類(lèi)資源密度空間分布統(tǒng)計(jì)方面，將調(diào)查區(qū)域庫(kù)區(qū)分為上、中、下游3個(gè)調(diào)查區(qū)域（A、B、C區(qū)），8個(gè)積分區(qū)段，依次為A-Ⅰ、A-Ⅱ、A-Ⅲ，B-Ⅰ、B-Ⅱ，C-Ⅰ、C-Ⅱ、C-Ⅲ區(qū)段，其對(duì)應(yīng)的魚(yú)類(lèi)資源密度分別為0.002、0.017、0.013 ind./m2，0.004、0.008 ind./m2，0.013、0.016、0.037 ind./m2，魚(yú)類(lèi)資源主要集中于上游的A-Ⅱ、A-Ⅲ區(qū)段及水庫(kù)下游區(qū)域；對(duì)應(yīng)魚(yú)類(lèi)的垂直分布，A-Ⅱ、A-Ⅲ、C-Ⅰ、C-Ⅱ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布于5 m以淺水層，A-Ⅰ、B-Ⅱ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布于10 m以淺水層，而B(niǎo)-Ⅰ區(qū)段魚(yú)類(lèi)均分布于5 m以深水層且數(shù)量較少，C-Ⅲ區(qū)段魚(yú)類(lèi)則主要分布于10～20 m水層；庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度（Target strength，TS）多分布于-62.5～-47.5 dB之間，且目標(biāo)強(qiáng)度大于-44.5 dB、體長(zhǎng)大于25 cm的個(gè)體均分布于5 m以深水層。研究表明，聲學(xué)方法在淡水水庫(kù)漁業(yè)資源評(píng)估中體現(xiàn)出良好的適用性，本研究推動(dòng)了該方法在黃河流域水域生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用，為今后用聲學(xué)方法評(píng)估內(nèi)陸河流、湖泊和水庫(kù)漁業(yè)資源提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

漁業(yè)資源；聲學(xué)評(píng)估；空間分布；三門(mén)峽水庫(kù)

三門(mén)峽水利樞紐位于河南省三門(mén)峽市的東北部，北鄰山西省，西鄰陜西省，于20世紀(jì)50年代開(kāi)工興建，是中國(guó)在黃河上興建的第一座以防洪為主，兼顧防凌、供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程［1］。三門(mén)峽庫(kù)區(qū)包括黃河干流龍門(mén)禹門(mén)口至三門(mén)峽大壩河段，全長(zhǎng)238.4 km，總面積約84 290 hm2［2］。2011年三門(mén)峽庫(kù)區(qū)全年入庫(kù)水量為260億m3，出庫(kù)水量為259.1億m3，桃汛期最大下泄流量達(dá)到2660 m3/s［3］。每年10月至翌年6月為水庫(kù)的蓄水期，在此期間，沿河淺灘、沼澤等天然濕地為各類(lèi)水生動(dòng)植物提供了必需的棲息、索餌和繁殖場(chǎng)所［2］。

自2002年起，為擴(kuò)大黃河下游主河槽過(guò)洪能力，減少小浪底水庫(kù)淤積，每年6月中下旬至7月中上旬，黃河水利委員會(huì)利用三門(mén)峽、萬(wàn)家寨等水庫(kù)與下游的小浪底水利樞紐進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，實(shí)施黃河調(diào)水調(diào)沙［4］。雖然每年一至數(shù)次的調(diào)水調(diào)沙能夠有效沖刷水庫(kù)泥沙及下游河槽，對(duì)治理黃河起到較為積極的作用，但同時(shí)也對(duì)黃河流域的魚(yú)類(lèi)種質(zhì)資源、浮游生物和漁業(yè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較大影響，使黃河流域的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀變動(dòng)把握困難［5-7］。如何在保護(hù)黃河流域生態(tài)資源環(huán)境的前提下發(fā)展水利水電和淡水漁業(yè)，是黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。目前，三門(mén)峽水庫(kù)每年11月下旬進(jìn)行增殖放流，主要放流魚(yú)類(lèi)包括黃河鯉Cyprinus carpio、鰱Hypophthalmichthys molitrix、鳙Aristichthys nobilis、草魚(yú)Ctenopharyngodon idella等，苗種規(guī)格大于50 g，每年放流數(shù)量不少于300萬(wàn)尾，旨在對(duì)黃河流域的種質(zhì)資源進(jìn)行保護(hù)，緩解庫(kù)區(qū)內(nèi)因調(diào)水調(diào)沙、發(fā)展水利水電引起的生態(tài)結(jié)構(gòu)改變。

由于淡水水域多采用人工增殖放養(yǎng)和定置網(wǎng)具大規(guī)格體長(zhǎng)魚(yú)類(lèi)選擇性捕撈，傳統(tǒng)的漁業(yè)資源調(diào)查評(píng)估方法較難實(shí)施［8］。近年來(lái)，漁業(yè)資源聲學(xué)評(píng)估方法以其高效性、非接觸性、不損害漁業(yè)資源、回波映像數(shù)據(jù)可保存和回放及對(duì)比分析等優(yōu)點(diǎn)，已成為歐美漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行水中游泳生物資源現(xiàn)存量調(diào)查的主要方法，是制定海域不同魚(yú)類(lèi)總允許漁獲量（Total allowable catch，TAC）的重要參考依據(jù)，并在漁業(yè)資源評(píng)估及生態(tài)環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［9-10］。隨著漁業(yè)聲學(xué)測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣，漁業(yè)資源聲學(xué)評(píng)估方法在淡水水域（江河、湖泊和水庫(kù)等）的應(yīng)用也逐漸增多，均取得了較好的效果［9，11-17］。

本研究中，利用聲學(xué)方法對(duì)增殖放流后的黃河三門(mén)峽水庫(kù)西灣至庫(kù)尾大壩間水域的漁業(yè)資源進(jìn)行探查和評(píng)估，對(duì)魚(yú)類(lèi)的回波特征及其分布、單體目標(biāo)的大小及其空間結(jié)構(gòu)分布、資源現(xiàn)存量和資源密度空間分布等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在探討聲學(xué)方法在黃河流域資源調(diào)查中的適用性，以期為制定增殖放流計(jì)劃、改善捕撈方法提供理論基礎(chǔ)，為合理治理黃河、保護(hù)黃河流域生態(tài)資源環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間、水域

聲學(xué)調(diào)查時(shí)間為2013年三門(mén)峽水庫(kù)魚(yú)類(lèi)增殖放流后的11月23日，調(diào)查區(qū)域?yàn)槿T(mén)峽水庫(kù)西灣至庫(kù)尾大壩間（111°8′32.92″～111°20′16.63″E，34°47′23.28″～34°49′59.7″N）約22 km長(zhǎng)的水域。

1.2 方法

1.2.1 調(diào)查方法 調(diào)查航線設(shè)計(jì)參考中國(guó)海洋生物調(diào)查規(guī)范中的《漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查與評(píng)估》［18］，并結(jié)合庫(kù)區(qū)狹長(zhǎng)的地理地貌特征，將調(diào)查航線設(shè)計(jì)為“之”字形。然而受實(shí)際駕駛航行條件限制，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況繞行定置網(wǎng)具，調(diào)查過(guò)程中所走實(shí)際航線與設(shè)計(jì)航線會(huì)出現(xiàn)偏差，如圖1所示。

使用分裂式波束科學(xué)魚(yú)探儀（Simrad EY60， 70 kHz，挪威）進(jìn)行聲學(xué)調(diào)查，使用專用軟件ER60進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)的采集與收錄，動(dòng)態(tài)經(jīng)緯度位置信息由GPS（Gamin GPS60CSx，美國(guó)）獲得，科學(xué)魚(yú)探儀主要技術(shù)參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。調(diào)查前使用直徑為38.1 mm的鎢鋼合金標(biāo)準(zhǔn)球（Tungsten carbide standard sphere），按照國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)法對(duì)科學(xué)魚(yú)探儀的系統(tǒng)收發(fā)增益系數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校正［19］。聲學(xué)調(diào)查使用漁政快艇（長(zhǎng)16 m）進(jìn)行走航測(cè)量，換能器放置于導(dǎo)流罩內(nèi)，利用鋼管懸掛固定于船體左舷外側(cè)，吃水1 m，調(diào)查航速為5～7 kn。

圖1 三門(mén)峽水庫(kù)聲學(xué)調(diào)查航線及探測(cè)區(qū)域劃分Fig.1 Acoustic survey track and the partitions of detecting areas in Sanmenxia Reservoir

表1 EY60科學(xué)魚(yú)探儀主要技術(shù)參數(shù)設(shè)定Tab.1 M ain technical parameters in scientific echosounder EY60

1.2.2 魚(yú)類(lèi)資源聲學(xué)評(píng)估 使用Echoview 4.6（Myriax，澳大利亞）軟件進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)后處理及魚(yú)類(lèi)資源評(píng)估，參考中國(guó)海洋生物調(diào)查規(guī)范聲學(xué)選項(xiàng)中的回波積分法對(duì)魚(yú)類(lèi)資源密度及其空間分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析［18］。針對(duì)此次調(diào)查魚(yú)類(lèi)回波特征分布、地理位置特征、水深分布和航行時(shí)間，將整個(gè)調(diào)查區(qū)域分為3個(gè)區(qū)分別進(jìn)行資源密度和資源量的統(tǒng)計(jì)分析，其中，西灣至?xí)d鎮(zhèn)為A區(qū)，會(huì)興鎮(zhèn)至棗溝為B區(qū)，棗溝至庫(kù)尾大壩為C區(qū)。在魚(yú)類(lèi)資源密度空間分布特征分析方面，對(duì)所分區(qū)域按照航行距離進(jìn)行積分區(qū)段劃分，其中A區(qū)分為A-Ⅰ、A-Ⅱ、A-Ⅲ3個(gè)區(qū)段，B區(qū)分為B-Ⅰ、B-Ⅱ兩個(gè)區(qū)段，C區(qū)分為C-Ⅰ、C-Ⅱ、C-Ⅲ3個(gè)區(qū)段，分別對(duì)各個(gè)區(qū)段的資源平均密度和以深度方向5 m間隔從表層至庫(kù)底不同水層的資源密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

在對(duì)回波映像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的過(guò)程中，對(duì)不同類(lèi)型的回波映像進(jìn)行分類(lèi)，剔除庫(kù)區(qū)表層航行氣泡回波、浮游生物回波、庫(kù)區(qū)底部因水庫(kù)蓄水淹沒(méi)的植被回波和某些干涉信號(hào)回波，重新設(shè)置庫(kù)區(qū)積分起始水層和積分終止水層，保留用于估算資源密度及資源量的單體魚(yú)和魚(yú)群回波映像數(shù)據(jù)。

利用Echoview 4.6軟件計(jì)算輸出不同調(diào)查區(qū)域的聲學(xué)積分值（Nautical area scattering coefficient，NASC，m2/nmi2）、平均目標(biāo)強(qiáng)度（Target strength，TS，dB）、平均面積后向散射系數(shù)（Area backscattering coefficient，sa）和后向散射截面（Backscattering cross-section，σbs，m2/ind.）等，其計(jì)算公式為

在不考慮體長(zhǎng)分布的情況下，可獲得各調(diào)查區(qū)域的平均資源密度（ind./m2）為

而在回波積分處理單元內(nèi)，不同體長(zhǎng)階段魚(yú)類(lèi)對(duì)應(yīng)的平均資源密度為

其中：p為不同目標(biāo)強(qiáng)度階層的頻度分布；i為魚(yú)類(lèi)不同體長(zhǎng)階級(jí)。

由于本次調(diào)查未對(duì)應(yīng)聲學(xué)回波進(jìn)行網(wǎng)具采樣，且大多數(shù)魚(yú)類(lèi)呈單體形式分布，故采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法統(tǒng)計(jì)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度頻度分布。利用Echoview 4.6軟件對(duì)所獲得的聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行單體目標(biāo)檢測(cè)和單體目標(biāo)軌跡追蹤后，輸出不同目標(biāo)強(qiáng)度階層魚(yú)類(lèi)單體數(shù)量，得到對(duì)應(yīng)的平均目標(biāo)強(qiáng)度頻度分布。

同時(shí)，因無(wú)法對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)的魚(yú)類(lèi)進(jìn)行魚(yú)種判別并確定其體長(zhǎng)分布，且?guī)靺^(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)多為管鰾魚(yú)類(lèi)，因此，目標(biāo)強(qiáng)度（TS）與魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)（L，cm）的關(guān)系統(tǒng)一使用管鰾魚(yú)類(lèi)模型［18］：

體質(zhì)量（W，g）的計(jì)算參考黃河鯽Carassius auratus的體長(zhǎng)-體質(zhì)量擬合模型［20］：

庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源現(xiàn)存量為

其中：Wi為不同體長(zhǎng)階級(jí)魚(yú)類(lèi)的體質(zhì)量；Aj為不同調(diào)查區(qū)域的面積（km2），利用谷歌軟件進(jìn)行測(cè)算，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域的面積依次為6.46、3.61、8.60 km2。

2 結(jié)果與分析

2.1 各調(diào)查區(qū)域的回波特征

利用Echoview 4.6軟件對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)各調(diào)查區(qū)域回波特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。整體上庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)呈分散的單體形式存在，偶爾會(huì)有小型魚(yú)群回波出現(xiàn)，庫(kù)區(qū)內(nèi)不同調(diào)查區(qū)域的魚(yú)類(lèi)回波特征如圖2所示。在A區(qū)，5 m以淺水層存在回波強(qiáng)度較小且極為分散的單體回波，而在5 m以深水層，存在較多且較為分散的單體回波；在B區(qū)，5 m以淺水層極少出現(xiàn)魚(yú)類(lèi)回波，而在5 m以深水層的近庫(kù)區(qū)底部，存在較少且極為分散的單體回波；在C區(qū)，5 m以淺水層魚(yú)類(lèi)分布較少，但存在小型魚(yú)群回波且數(shù)量較少，而在5 m以深水層，存在大量強(qiáng)度較大且較為集中的單體回波，同時(shí)存在魚(yú)群回波（圖2）。

2.2 單體魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度分布

利用Echoview 4.6軟件進(jìn)行單體目標(biāo)檢測(cè)和單體目標(biāo)軌跡追蹤，輸出不同目標(biāo)強(qiáng)度階層魚(yú)類(lèi)單體數(shù)量，對(duì)應(yīng)獲得各調(diào)查區(qū)域及全航段的平均目標(biāo)強(qiáng)度頻度分布，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，此次調(diào)查庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度大多分布于-62.5～-47.5 dB之間，通過(guò)目標(biāo)強(qiáng)度與魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)模型進(jìn)行換算，對(duì)應(yīng)3.16～17.78 cm的個(gè)體，整體上以小個(gè)體魚(yú)類(lèi)分布為主。從西灣至庫(kù)尾大壩，A區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度大多分布于-62.5～-47.5 dB之間，對(duì)應(yīng)3.16～17.78 cm的個(gè)體，同庫(kù)區(qū)內(nèi)整體分布相吻合；B區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度則多分布于-62.5～-53.5 dB之間，對(duì)應(yīng)3.16～8.91 cm的個(gè)體，較小個(gè)體魚(yú)類(lèi)大多分布于該區(qū)域；C區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度多分布于-64～-61 dB、-56.5～-47.5 dB之間，對(duì)應(yīng)2.66～3.76、6.31～17.78 cm的個(gè)體。從西灣至庫(kù)尾大壩，目標(biāo)強(qiáng)度分布呈逐漸增大的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)單體魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)分布逐漸增大，但仍以小個(gè)體魚(yú)類(lèi)分布占據(jù)主要部分。

圖2 三門(mén)峽水庫(kù)各調(diào)查區(qū)域的回波特征Fig.2 Features of echo in different areas in Sanmenxia Reservoir

圖3 三門(mén)峽水庫(kù)不同調(diào)查區(qū)域目標(biāo)強(qiáng)度的頻度分布Fig.3 Frequency profile of target strength in different areas in Sanmenxia Reservoir

根據(jù)庫(kù)區(qū)內(nèi)目標(biāo)強(qiáng)度分布以小個(gè)體魚(yú)類(lèi)分布為主的特征，且增殖放流多為中下層魚(yú)類(lèi)，為了考察增殖放流效果，結(jié)合三門(mén)峽水庫(kù)的水深分布，以深度方向5m水深為界限，分別統(tǒng)計(jì)5m以淺水層及5 m以深水層目標(biāo)強(qiáng)度的頻度分布，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，從西灣至庫(kù)尾大壩，5 m以淺水層目標(biāo)強(qiáng)度分布均在-50.5 dB以下，而5 m以深水層目標(biāo)強(qiáng)度則分布于-65.5～-29.5 dB之間。其中5 m以淺水層，A區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度主要分布于-62.5～-59.5、-53.5～-47.5 dB之間，而B(niǎo)區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度主要分布于-65.5～-50.5 dB之間，C區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度則主要分布于-65.5～-62.5、-52～-49 dB之間；5 m以深水層，A區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度主要分布于-62.5～-47.5 dB間，而B(niǎo)區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度主要分布于-64～-61、-59.5～-53.5 dB之間，C區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度則主要分布于-64～-61、-56.5～-47.5 dB之間。通過(guò)目標(biāo)強(qiáng)度與魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)換算模型進(jìn)行計(jì)算，庫(kù)區(qū)內(nèi)5 m以淺水層魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)均在12.59 cm以下，而目標(biāo)強(qiáng)度大于-44.5 dB、體長(zhǎng)大于25 cm的個(gè)體均分布于5 m以深水層。

圖4 三門(mén)峽水庫(kù)不同調(diào)查區(qū)域分水層目標(biāo)強(qiáng)度的頻度分布Fig.4 Layered frequency profile of target strength in different areas in Sanmenxia Reservoir

2.3 資源密度及資源量統(tǒng)計(jì)

此次調(diào)查，庫(kù)區(qū)內(nèi)聲學(xué)積分值為5.59 m2/nmi2，從西灣至庫(kù)尾大壩，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域內(nèi)的聲學(xué)積分值依次為8.25、5.77、8.64 m2/nmi2。在回波積分處理單元內(nèi)，根據(jù)公式（1）、（2）、（4）可獲得各調(diào)查區(qū)域不同目標(biāo)強(qiáng)度階層魚(yú)類(lèi)對(duì)應(yīng)的平均資源密度，結(jié)果如表2所示。

表2 各調(diào)查區(qū)域不同目標(biāo)強(qiáng)度階層魚(yú)類(lèi)的平均資源密度Tab.2 Average fisheries resources density of different target strength hierarchies in various surveyed areas ind./m2

在獲得各調(diào)查區(qū)域不同目標(biāo)強(qiáng)度階層對(duì)應(yīng)的魚(yú)類(lèi)平均資源密度后，根據(jù)公式（5）、（6）、（7）可計(jì)算各調(diào)查區(qū)域漁業(yè)資源量，結(jié)果如表3所示。

表3 各調(diào)查區(qū)域漁業(yè)資源量Tab.3 Fisheries resources in various surveyed areas

2.4 平均資源密度空間分布

2.4.1 水平空間分布 此次調(diào)查庫(kù)區(qū)內(nèi)平均資源密度為0.002 ind./m2，從西灣至庫(kù)尾大壩，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域平均資源密度分別為0.002、0.004、0.021 ind./m2。為了更為細(xì)致地考察資源密度的分布情況，沿西灣至庫(kù)尾大壩航線方向，將3個(gè)調(diào)查區(qū)域劃分為8個(gè)積分區(qū)段，依次為A-Ⅰ、A-Ⅱ、A-Ⅲ區(qū)段，B-Ⅰ、B-Ⅱ區(qū)段，C-Ⅰ、C-Ⅱ、C-Ⅲ區(qū)段，對(duì)應(yīng)的平均資源密度分別為0.002、0.017、0.013 ind./m2，0.004、0.008 ind./m2，0.013、0.016、0.037 ind./m2，如圖5所示?？梢钥闯?，庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)分布以庫(kù)尾大壩附近水域（C-Ⅲ區(qū)段）最為密集，A-Ⅱ和C-Ⅱ區(qū)段次之，且兩者差別不大，A-Ⅰ和B-Ⅰ區(qū)段魚(yú)類(lèi)分布則為最少。

圖5 三門(mén)峽水庫(kù)平均資源密度的水平空間分布Fig.5 Horizontal and spatial distribution of average resources density in Sanmenxia Reservoir

2.4.2 垂直空間分布 對(duì)不同水層的魚(yú)類(lèi)回波進(jìn)行積分，得到三門(mén)峽水庫(kù)平均資源密度垂直空間分布，如圖6所示。沿西灣至庫(kù)尾大壩航線方向，A-Ⅰ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布于10 m以淺水層，為0.014～0.020 ind./m2，而A-Ⅱ、A-Ⅲ區(qū)段魚(yú)類(lèi)則主要分布于5 m以淺水層，分別為0.012、0.017 ind./m2。B-Ⅰ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布在5 m以深水層且資源密度相差不大，約為0.001 ind./m2，而B(niǎo)-Ⅱ區(qū)段魚(yú)類(lèi)則主要分布于10 m以淺水層，為0.005～0.006 ind./m2。C-Ⅰ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布于5 m以淺水層，為0.013 ind./m2，10～15 m水層次之，為0.007 ind./m2，而5～10、15～20 m水層則相差不大，約為0.002 ind./m2；C-Ⅱ區(qū)段魚(yú)類(lèi)集中分布于5 m以淺水層，為0.124 ind./m2，其他水層僅有少量分布；C-Ⅲ區(qū)段魚(yú)類(lèi)主要分布于10～20m水層，為0.008 ind./m2，10m以淺水層次之，為0.004 ind./m2，20 m以深水層最小，為0.002 ind./m2。

圖6 三門(mén)峽水庫(kù)平均資源密度的垂直空間分布Fig.6 Vertical and spatial distribution of average resources density in Sanmenxia Reservoir

3 討論

3.1 聲學(xué)調(diào)查方法的適用性

針對(duì)三門(mén)峽庫(kù)區(qū)狹長(zhǎng)的地理特征，本次聲學(xué)調(diào)查中采用“之”字型走航方式，以規(guī)避庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)置的定置網(wǎng)具。設(shè)計(jì)調(diào)查航線覆蓋系數(shù)為6.99，實(shí)際調(diào)查航線覆蓋系數(shù)為5.93，可以滿足空間采樣隨機(jī)性的聲學(xué)采樣要求，能夠較好地反映魚(yú)類(lèi)在庫(kù)區(qū)內(nèi)的空間分布［21］。但由于使用的調(diào)查船只較小，航行穩(wěn)定性較差，同時(shí)需繞行定置網(wǎng)具，故實(shí)際航線與設(shè)計(jì)航線出現(xiàn)了一定的偏差?？紤]到庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)回波整體上呈分散的單體形式存在，采用了分區(qū)域計(jì)算平均聲學(xué)積分值的方法，以降低航線偏差所產(chǎn)生的空間采樣密度不均勻的影響，故認(rèn)為航線偏差對(duì)資源評(píng)估結(jié)果影響不大。

在庫(kù)區(qū)漁業(yè)資源現(xiàn)存量估算統(tǒng)計(jì)方面，《漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查與評(píng)估》［18］規(guī)范中要求使用選擇性較低的專用調(diào)查網(wǎng)具（包括底層拖網(wǎng)和變水層拖網(wǎng)），對(duì)產(chǎn)生聲學(xué)回波的生物進(jìn)行采樣，用以進(jìn)行魚(yú)種識(shí)別并確定魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)分布。由于本次調(diào)查船只未對(duì)產(chǎn)生聲學(xué)回波的生物進(jìn)行采樣，同時(shí)受限于不同魚(yú)種和體長(zhǎng)的目標(biāo)強(qiáng)度關(guān)系研究尚未開(kāi)展，魚(yú)類(lèi)體質(zhì)量-體長(zhǎng)擬合模型未根據(jù)具體魚(yú)種進(jìn)行測(cè)定，捕撈數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不夠充分等因素影響，故資源量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確度存在偏差。此外，在調(diào)查過(guò)程中科學(xué)魚(yú)探儀換能器部分安裝在船體左舷外側(cè)，無(wú)法探測(cè)到表層1 m以內(nèi)的魚(yú)類(lèi)，而且為排除庫(kù)區(qū)底部的反射信號(hào)，聲學(xué)評(píng)估水深終止于庫(kù)底之上0.5 m，形成聲學(xué)探測(cè)盲區(qū)，盲區(qū)內(nèi)的魚(yú)類(lèi)視為庫(kù)底，不在積分范圍之內(nèi)。因此，資源量的評(píng)估結(jié)果與實(shí)際資源量存在一定偏差，但對(duì)于分析魚(yú)類(lèi)資源平均密度及其空間結(jié)構(gòu)分布影響不大，說(shuō)明應(yīng)用聲學(xué)方法對(duì)該水域進(jìn)行漁業(yè)資源評(píng)估能夠取得較好的效果。

3.2 魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度

本研究中，利用分裂式波束科學(xué)魚(yú)探儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并給出庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的頻度分布，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的準(zhǔn)確性會(huì)受魚(yú)群密度影響，但Sawada等［22］的研究表明，單位采樣體積內(nèi)平均魚(yú)尾數(shù)（Nv）在不超過(guò)0.04 ind./m3時(shí)目標(biāo)強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量有效。本次調(diào)查中，三門(mén)峽庫(kù)區(qū)Nv值為0.000 05 ind./m3，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域的Nv值分別為0.000 04、0.000 13、0.000 75 ind./m3，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量目標(biāo)強(qiáng)度方法有效，由此得出的魚(yú)類(lèi)資源密度及其空間分布能夠較為準(zhǔn)確地反映三門(mén)峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)分布現(xiàn)狀。

目前，淡水魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量的研究相對(duì)較少［23-24］，一般參考相近魚(yú)類(lèi)或使用理論模型進(jìn)行目標(biāo)強(qiáng)度計(jì)算，本研究中統(tǒng)一使用一般管鰾魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度與體長(zhǎng)關(guān)系來(lái)估算庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源現(xiàn)存量，影響漁業(yè)資源聲學(xué)評(píng)估的精度。而對(duì)于將來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)精確到不同魚(yú)種和體長(zhǎng)組成的資源量評(píng)估，需在今后的研究工作中進(jìn)行完善。

3.3 調(diào)水調(diào)沙對(duì)庫(kù)區(qū)漁業(yè)資源的影響及應(yīng)對(duì)措施

三門(mén)峽水庫(kù)的建成為發(fā)展?jié)O業(yè)提供了良好的場(chǎng)所，且發(fā)展?jié)O業(yè)可凈化庫(kù)區(qū)水域環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡，對(duì)保護(hù)庫(kù)區(qū)水域生態(tài)安全具有一定的支撐作用。然而每年一至數(shù)次的黃河調(diào)水調(diào)沙對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)的漁業(yè)資源會(huì)產(chǎn)生較大影響，因此，研究調(diào)水調(diào)沙對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)漁業(yè)資源及其生態(tài)環(huán)境的影響具有較高的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

調(diào)水調(diào)沙可導(dǎo)致庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)大批死亡，大量魚(yú)類(lèi)隨泥沙被沖往下游，產(chǎn)生“流魚(yú)”現(xiàn)象，同時(shí)庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到破壞，干擾水生動(dòng)植物的自然種群結(jié)構(gòu)、群體補(bǔ)充和繁殖生長(zhǎng)周期，使庫(kù)區(qū)內(nèi)食物鏈、生態(tài)鏈關(guān)系發(fā)生變化［5，25］。針對(duì)以上調(diào)水調(diào)沙產(chǎn)生的問(wèn)題，應(yīng)積極探索適應(yīng)調(diào)水調(diào)沙的漁業(yè)發(fā)展模式。包括開(kāi)展可在當(dāng)年捕撈魚(yú)類(lèi)品種的增殖放流，大力發(fā)展放牧式網(wǎng)箱養(yǎng)殖和沿岸休閑漁業(yè)，提高漁業(yè)綜合效益，降低調(diào)水調(diào)沙的影響，促進(jìn)庫(kù)區(qū)漁業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。也可嘗試?yán)寐晫W(xué)標(biāo)志對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)種調(diào)水調(diào)沙期間的行為學(xué)特性進(jìn)行追蹤，推斷調(diào)水調(diào)沙期間環(huán)境相對(duì)適宜魚(yú)類(lèi)的避難所［26-27］。

3.4 回波計(jì)數(shù)和回波積分法估算資源密度的比較

針對(duì)三門(mén)峽庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)整體低密度分布且大多數(shù)魚(yú)類(lèi)呈單體形式分布的特點(diǎn)，為了更精確地估算庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)資源密度的空間分布，嘗試?yán)没夭ㄓ?jì)數(shù)和回波積分法分別估算了魚(yú)類(lèi)的資源體積密度。結(jié)果表明：使用回波計(jì)數(shù)法估算整個(gè)庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)資源密度為0.000 23 ind./m3，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域資源密度依次為0.000 15、0.000 16、0.000 72 ind./m3；利用回波積分法估算整個(gè)庫(kù)區(qū)魚(yú)類(lèi)資源密度為0.000 31 ind./m3，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域資源密度依次為0.000 18、0.000 35、0.001 73 ind./m3。使用回波積分法估算整個(gè)庫(kù)區(qū)內(nèi)資源密度為用回波計(jì)數(shù)法估算資源密度的2.07倍，A、B、C 3個(gè)調(diào)查區(qū)域使用回波積分法估算的資源密度依次為用回波計(jì)數(shù)法估算資源密度的1.20、2.19和2.40倍。可以看出，A區(qū)使用回波計(jì)數(shù)和回波積分法估算的資源密度的差別不大，而B(niǎo)區(qū)相差較大，可能是由于該區(qū)域內(nèi)魚(yú)類(lèi)多呈回波強(qiáng)度較小的單體形式存在，軟件計(jì)數(shù)設(shè)置的目標(biāo)強(qiáng)度最小閾值限制了目標(biāo)強(qiáng)度較小單體回波的計(jì)數(shù)，C區(qū)相差也較大，可能與C區(qū)存在部分密集魚(yú)群回波有關(guān)。

3.5 研究不足及今后展望

本研究中存在以下不足之處，首先，聲學(xué)調(diào)查僅進(jìn)行了一次且缺乏以前三門(mén)峽水庫(kù)魚(yú)類(lèi)調(diào)查的相關(guān)基礎(chǔ)資料，對(duì)于不同季節(jié)魚(yú)類(lèi)的空間分布特征尚不明確，因此，此次調(diào)查僅是對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)漁業(yè)資源及其空間分布進(jìn)行初步探究。今后可在此次調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)不同季節(jié)魚(yú)類(lèi)隨水溫、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)變化，其資源量及其資源密度空間結(jié)構(gòu)分布的變化進(jìn)行分析，以便更為詳盡地了解庫(kù)區(qū)內(nèi)魚(yú)類(lèi)分布特征。其次，本次調(diào)查均在日間進(jìn)行，且?guī)靺^(qū)內(nèi)部分魚(yú)類(lèi)具有晝夜垂直遷移特性［17，28］，因此，資源聲學(xué)評(píng)估存在晝夜誤差。最后，聲學(xué)調(diào)查采用航行斷面生物回波采樣方式進(jìn)行，少數(shù)庫(kù)區(qū)因部分因素未能進(jìn)行采樣，可能會(huì)使資源評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生一定誤差。

綜上所述，聲學(xué)方法適用于三門(mén)峽水庫(kù)漁業(yè)資源現(xiàn)存量的調(diào)查與評(píng)估，在今后的研究中，可以選擇在調(diào)水調(diào)沙及增殖放流前后的不同季節(jié)對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源現(xiàn)存量及其空間分布進(jìn)行調(diào)查，對(duì)比分析庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源的生態(tài)變動(dòng)及調(diào)水調(diào)沙對(duì)庫(kù)區(qū)漁業(yè)資源的影響，同時(shí)，也可以結(jié)合漁獲數(shù)據(jù)將增殖放流對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源的恢復(fù)作用進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，以期為制定增殖放流和捕撈計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)，為探索適應(yīng)調(diào)水調(diào)沙的漁業(yè)發(fā)展模式提供新的技術(shù)途徑。

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Spatial distribution of fisheries resources in Sanmenxia Reservoir in the Yellow River based on an acoustic method

LIBin1，2，TANG Yong1，SUN Jian-fu3，LIPei-jie1，HU Ya-dong4，ZHANG Jian-bo4
（1.College of Marine Science and Environment，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；2.South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Guangzhou 510300，China；3.College of Economics and Management，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；4.Fisheries Science Research Institute of Henan Province，Zhengzhou 450044，China）

The fisheries resourceswere investigated from Xiwan to the reservoir dam in the Sanmenxia reservoir using split-beam scientific echosounder（Simrad EY60，70 kHz，Norway）on November 23，2013 to evaluate the utilization of an acousticmethod in assessment of ecological environment in the Yellow Sea River basin.The density，standing crop and spatial distribution in differentareas of fishery resourceswere explored and estimated primarily by fish target strength in situ and using of an echo integration method.The results showed that the acoustic integral value（Nautical area scattering coefficient，NASC）in the reservoirwas5.59m2/nmi2，the average density of fisheries resources0.002 ind./m2，and the size of fisheries resources42.36 t.The surveyed area in the reservoirwas divided into upper，middle and lower reaches（A，B and C areas）according to the density spatial distribution of fisheries resources，and the density of fisheries resources in the total of eight integral segmentswere followed by 0.002 ind./m2in A-Ⅰ，0.017 ind./m2in A-Ⅱ，0.013 ind./m2in A-Ⅲ；0.004 ind./m2in B-Ⅰ，0.008 ind./m2in B-Ⅱand 0.013 ind./m2in C-Ⅰ，0.016 ind./m2in C-Ⅱ，and 0.037 ind./m2in C-Ⅲ.The fisheries resourceswere heavily distributed in the upper reaches of A-Ⅱand A-Ⅲsegments and the lower reaches of reservoir.Most fish stock in the segments of A-Ⅱ，A-Ⅲ，C-Ⅱand C-Ⅱwere vertically distributed in 5 m shallow water layer，and fish stock in the segments of A-Ⅰand B-Ⅱwere primarily distributed in 10m shallow water layer.As fish stock in B-Ⅰsegmentwas distributed in 5m deep water layerwith less amount，the fish stock in C-Ⅲsegmentwas largely distributed in the 10 m to 20 m water layer.The fish target strength in the reservoir wasmostly distributed from-62.5 dB to-47.5 dB，and the individuals with target strength of greater than-44.5 dB，and body length of over 25 cm were entirely distributed under 5 m water layer.The findings prove that the acoustic method reflects the favorable applicability at assessment of fisheries resources in freshwater reservoir，promoting the application of acousticmethod in the study of ecological environmentof fishingwaters in the Yellow River，and providing the theoretical foundation and scientific basic for further study on the acoustic assessment of fisheries resources in inland rivers，lakes and reservoirs.

fishery resources；acoustic assessment；spatial distribution；Sanmenxia Reservoir

S932.4

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.05.016

2095-1388（2016）05-0563-09

2016-01-11

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303050）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（10774021）

李斌（1990—），男，碩士研究生。E-mail：657904475@qq.com

湯勇（1965—），男，博士，教授。E-mail：tang@dlou.edu.cn