水庫調(diào)節(jié)對(duì)下游魚類棲息地適宜性的影響

黨 莉 ，馬 超 ，練繼建

(1. 天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350；2. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300350)

天然徑流情勢(shì)是眾多水生生物生命循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)力之一，魚類及其他水生生物依據(jù)水文過程的豐枯變化完成洄游、產(chǎn)卵、孵化、生長等生命活動(dòng)[1].水庫運(yùn)行所引發(fā)的徑流時(shí)空格局的改變使得壩下徑流過程趨于平緩、下泄洪峰削減甚至消失，下游水動(dòng)力特性發(fā)生顯著改變，這會(huì)對(duì)下游水生生物的棲息地理化特性產(chǎn)生顯著的擾動(dòng)[2-3]，進(jìn)而影響其繁殖、攝食及生長特性.其中，魚類作為河流生態(tài)系統(tǒng)中的最高級(jí)生物，對(duì)環(huán)境的變化敏感，加之與人類的關(guān)系密切，常被用作指示物種，反映外界干擾對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的影響.

結(jié)合外部環(huán)境模型與魚類生存適宜性需求，以此建立魚類棲息地適宜性模型(habitat suitability model)，在目前水庫運(yùn)行對(duì)魚類棲息地影響研究中應(yīng)用較為廣泛.魚類棲息地適宜性模型最初是在河道內(nèi)增流量法(instream flow incremental methodology，IFIM)框架內(nèi)提出[4]，并已在物種分布預(yù)測(cè)、棲息地?cái)_動(dòng)評(píng)價(jià)、生態(tài)流量求解等方面廣泛應(yīng)用[5]，例如：Garcia等[6]選取智利中部Biobio River流域的8種當(dāng)?shù)佤~類作為目標(biāo)物種，耦合一維水動(dòng)力模型與魚類棲息地模型 CASiMiR，評(píng)估水庫運(yùn)行對(duì)魚類棲息地的影響；Yao等[7]以美國科羅拉多河格倫大壩下游的虹鱒魚為目標(biāo)物種，選擇流速、水深、水位作為主要影響因子，耦合水動(dòng)力-熱傳導(dǎo)模擬模型與棲息地適宜性模型，評(píng)估目標(biāo)物種棲息地適宜性對(duì)高速水流的敏感程度.在我國，魚類棲息地適宜性模型的應(yīng)用始于對(duì)長江流域中華鱘、四大家魚(草魚、鰱魚、鳙魚、鯉魚)產(chǎn)卵場(chǎng)變化的評(píng)估，例如：Yi等[5]選取水溫、流速、水深等 10項(xiàng)生態(tài)因子建立棲息地適宜性方程，并與二維環(huán)境模擬模型耦合，分析三峽及葛洲壩對(duì)下游中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的影響；Zhou等[8]耦合二維水動(dòng)力模型與基于模糊邏輯的棲息地模型，分析三峽水庫運(yùn)行對(duì)中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)適宜性的影響；Wang等[9]基于 6項(xiàng)指標(biāo)建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，評(píng)估長江流域四大家魚的棲息地適宜性變化情況.此外，李若男 等[10-11]、Yi等[12]、蔣曉輝等[13]還分別基于魚類棲息地適宜性模型，分析了漓江流域青獅潭水庫、瀾滄江流域漫灣水庫、黃河小浪底水庫的運(yùn)行對(duì)當(dāng)?shù)佤~類生存繁衍的影響.以上研究主要關(guān)注魚類的產(chǎn)卵過程，且主要針對(duì)大江、大河的特殊保護(hù)物種；對(duì)魚類整個(gè)生命周期的研究較少，對(duì)中、小河流相關(guān)問題的重視不足.如何更加全面地分析水庫調(diào)節(jié)所引發(fā)的徑流多樣性喪失對(duì)魚類不同生命過程的影響，如何結(jié)合我國江河淡水魚類特點(diǎn)建立起更具普適性的棲息地適宜性指標(biāo)求解方法，這仍是目前尚待研究的問題.

本文以海南省牛路嶺水庫下游加積至河口河段為對(duì)象，選擇區(qū)域內(nèi)的典型經(jīng)濟(jì)魚類(草魚、鰱魚、鳙魚)作為目標(biāo)物種，針對(duì)魚類整個(gè)生命周期(洄游、產(chǎn)卵、幼魚、成魚)構(gòu)建棲息地適宜性模型，并耦合區(qū)域內(nèi)的平面二維水動(dòng)力模擬，基于棲息地適宜性指數(shù)(habitat suitability index，HSI)和棲息地可利用面積(usable area，UA)兩項(xiàng)特征指標(biāo)，計(jì)算并分析不同水庫調(diào)節(jié)情景對(duì)目標(biāo)物種不同生命階段棲息地適宜性及產(chǎn)卵脈沖事件等的影響.

1 研究區(qū)域及目標(biāo)物種

本研究的空間范圍為海南島萬泉河流域加積至河口河段，如圖 1所示，河段長約 25,km.研究區(qū)域地處熱帶和亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫23.5,℃，平均降水量 2,385,mm，平均徑流深1,458,mm；降水年內(nèi)分布不均，雨季(5月—11月份)降水量占全年的 84%,以上.河段上游已建大型水庫1座，即牛路嶺水庫，水庫建成于 1979年，是一座以發(fā)電為主、結(jié)合防洪的大(Ⅱ)型不完全年調(diào)節(jié)水庫，總庫容 7.79×108,m3，水庫調(diào)節(jié)系數(shù) 18.6%,；水庫所在位置如圖1所示，水庫特性指標(biāo)見表1.

圖1 研究區(qū)域示意Fig.1 Overview of studied area

表1 水庫特性指標(biāo)Tab.1 Characteristic indexes of reservoir

研究區(qū)域?qū)儆凇叭f泉河國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)”中下游段，區(qū)域內(nèi)有淡水魚類 6目 16科 58種，主要本地淡水經(jīng)濟(jì)魚種類包括：草魚(Ctenopharyngodon idellus)、鰱魚(Hypoph thalmichthys molitrix)、鳙魚(Aristichyths nobilis)、鯉魚(Cyprinus carpio)、羅非魚(Oreochromis mossambicus)、鯪魚(Cirrhinus molitorella)等[14].每年3月—7月份為魚類產(chǎn)卵盛期，其余時(shí)期為非產(chǎn)卵盛期.由于上游大壩建設(shè)、徑流調(diào)節(jié)等問題，大大削弱了萬泉河中、下游的天然洪峰特性，水文情勢(shì)很難滿足流水中產(chǎn)卵的魚類所需的漲水條件，故近年來一直采用人工增殖放流的措施補(bǔ)充區(qū)域魚類苗源，保持萬泉河野生魚種的繁殖和延續(xù).放流地點(diǎn)通常在加積附近，每次放流數(shù)量約 100～400萬尾，魚苗品種主要包括草魚、鰱魚、鳙魚、鯉魚、羅非魚等萬泉河中的自然魚種.

結(jié)合現(xiàn)有研究中針對(duì)四大家魚的適宜性研究成果，本文選擇草魚、鰱魚、鳙魚作為目標(biāo)物種.此外，為了更加全面地評(píng)估水庫調(diào)節(jié)所引發(fā)的徑流多樣性喪失對(duì)魚類不同生命階段的影響，本文模型構(gòu)建及影響分析以目標(biāo)物種整個(gè)生命周期為對(duì)象，具體包括洄游、產(chǎn)卵、幼魚、成魚4個(gè)階段.

以區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、水庫運(yùn)行數(shù)據(jù)等作為水庫影響分析的基礎(chǔ)，具體包括：①2010年加積至河口 1∶1,000實(shí)測(cè)河道地形資料，1996年萬泉河下游 1∶10,000實(shí)測(cè)陸上地形資料；②加報(bào)水文站1957—2012年、加積水文站1956—2012年實(shí)測(cè)日均流量，研究河段歷史洪痕調(diào)查資料；③牛路嶺水庫1991—2012年日均入庫、出庫流量，日均發(fā)電流量及泄洪流量；④加積水文站 1987—2010年實(shí)測(cè)逐日水溫?cái)?shù)據(jù)；⑤距離萬泉河出?？?博鰲)北邊50,km處的清瀾潮位站和南邊 30,km處的港北潮位站多年潮位統(tǒng)計(jì)資料.控制水文站位置如圖1所示.

2 研究方法

本文棲息地適宜性模型構(gòu)建及水庫影響分析的整體思路如圖2所示.

圖2 棲息地適宜性模型構(gòu)建及水庫影響分析整體思路Fig.2 Overall route of the construction of habitat suitability model and the analysis of reservoir impact

首先，棲息地適宜性模型構(gòu)建的基本步驟如下：①確定影響目標(biāo)物種生存的主要生境因子，獲取適宜生境參數(shù)，構(gòu)建目標(biāo)物種適宜生境標(biāo)準(zhǔn)；②將河道分割成 n個(gè)單元，進(jìn)行環(huán)境因子求解；③提出基于層次分析法的棲息地適宜性指數(shù) HSI計(jì)算方法，并計(jì)算各單元相應(yīng)的 HSIi；④計(jì)算區(qū)域整體的棲息地可利用面積UA；⑤分別計(jì)算不同流量等級(jí)相應(yīng)的UA，確定UA與流量Q的關(guān)系.

在此基礎(chǔ)上，根據(jù) 1991—2012年間牛路嶺水庫運(yùn)行資料及相應(yīng)年份加報(bào)、加積水文站實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，對(duì)加積站徑流序列進(jìn)行還原計(jì)算，由此設(shè)定 3種水庫調(diào)節(jié)情景(天然情景、不完全調(diào)節(jié)情景、完全調(diào)節(jié)情景)，并基于上述模型對(duì)比分析不同調(diào)節(jié)情景對(duì)魚類不同生命階段棲息地可利用面積及年內(nèi)產(chǎn)卵脈沖特性的影響.其中，天然情景指研究區(qū)域未受水庫調(diào)節(jié)影響，采用水庫入庫流量與區(qū)間流量還原得到的徑流序列進(jìn)行計(jì)算；牛路嶺水庫本身即為不完全年調(diào)節(jié)水庫，汛期內(nèi)多余水量采用溢洪道下泄，故不完全調(diào)節(jié)情景采用水庫實(shí)際出庫流量與區(qū)間流量的組合；而完全調(diào)節(jié)情景則假設(shè)水庫的興利庫容能夠攔蓄全部來水量并用于發(fā)電，采用調(diào)整后的發(fā)電流量與區(qū)間流量的組合.

計(jì)算時(shí)期分為產(chǎn)卵期(3月—7月份)與非產(chǎn)卵期(8月—翌年2月份)，在產(chǎn)卵期中考慮洄游、產(chǎn)卵、幼魚、成魚全部 4個(gè)生命階段，非產(chǎn)卵期主要考慮幼魚及成魚生長.

2.1 目標(biāo)物種適宜生境標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)魚類棲息地狀況影響最為顯著的物理因素包括流速、水深、水溫、基質(zhì)屬性等[1,4].結(jié)合區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物種的生物學(xué)特性以及環(huán)境數(shù)據(jù)資料特點(diǎn)，選取水深 h、流速 v、水溫 T作為影響魚類生存的主要環(huán)境因子[4,5,15-17].通過大量文獻(xiàn)調(diào)研，基于棲息地踏勘、野外調(diào)查、單因素控制實(shí)驗(yàn)等研究成果[9,18-22]，并結(jié)合當(dāng)?shù)佤~類專家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，確定目標(biāo)物種的適宜生境標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示.

表2 目標(biāo)物種適宜生境標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Habitat suitability criteria for target species

基于牛路嶺水庫下游加積站1987—2010年間實(shí)測(cè)逐日水溫?cái)?shù)據(jù)可知：研究區(qū)域水溫情勢(shì)較為穩(wěn)定，年平均水溫在 25.0～26.8 °C 的適宜范圍內(nèi)波動(dòng)；魚類產(chǎn)卵期(3月—7月份)的平均水溫為 26.4～28.8,℃；年最低水溫基本在 16.9,℃上下波動(dòng)，且水溫較低的時(shí)期集中在1月—2月份的非產(chǎn)卵期，對(duì)魚類的產(chǎn)卵、孵化影響不大；年最高水溫基本在 31.5,℃上下波動(dòng)，主要集中在 7月—8月份.鑒于區(qū)域內(nèi)的水溫條件并未成為目標(biāo)物種生長繁殖的主要限制因素，故后文分析主要考慮水深和流速兩項(xiàng)指標(biāo).

2.2 環(huán)境因子求解

基于區(qū)域內(nèi)的平面二維水動(dòng)力模型進(jìn)行環(huán)境因子(水深、流速)求解.模型控制方程包括連續(xù)方程、x和y方向動(dòng)量方程，分別表示為

式中：H為總水深，+?=Hh，其中?和h分別為水位和水深；p、q分別為 x、y方向上的單寬流量；C為謝才系數(shù)；g為重力加速度；wρ為水的密度；τxy、τxx、τyy為有效剪切力.

采用 1∶1,000實(shí)測(cè)河道地形構(gòu)建加積至河口河段平面二維水動(dòng)力模型，中、下游位置結(jié)合陸上 1∶10,000地形資料補(bǔ)充完善.模型以加積站日均流量作為上游邊界條件，區(qū)間入流按照流域面積分配比計(jì)算得到，并采用博鰲南、北兩側(cè)的清瀾站和港北站多年平均潮位的均值作為下游邊界條件.

選取“2010.10”、“2000.10”、“1983.10”、“1976.9”4場(chǎng)大洪水的歷史洪痕調(diào)查資料作為模型糙率率定與驗(yàn)證的依據(jù).率定結(jié)合研究河段的一維水動(dòng)力模型經(jīng)反復(fù)調(diào)算確定，主槽糙率系數(shù)基本在0.02～0.05之間，灘地糙率系數(shù)在 0.04～0.10之間.驗(yàn)證結(jié)果顯示[23]，不同場(chǎng)次洪水模擬計(jì)算的水位與洪痕調(diào)查水位基本一致，最大相對(duì)誤差在2.89%,～7.36%,之間，平均相對(duì)誤差在0.86%,～3.47%,之間，率定結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi).

2.3 棲息地適宜性指數(shù)HSI

采用棲息地適宜性指數(shù)(habitat suitability index，HSI)表征魚類對(duì)各環(huán)境因子的綜合適宜性.HSI可表示為多個(gè)環(huán)境因子適宜度的函數(shù)：

式中ihS、ivS分別為第i個(gè)棲息地計(jì)算單元的水深適宜度、流速適宜度.

本文基于層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)確定環(huán)境因子適宜度 S與棲息地適宜性指數(shù)HSI之間的量化關(guān)系.

首先，以定性的環(huán)境因子適宜度代替定量值，將適宜生境標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的環(huán)境因子變量賦值為M(moderate)，低于或高于該范圍的變量分別賦值為L(low)和H(high)；并且將棲息地適宜性指數(shù)HSI劃分為 6個(gè)等級(jí)，EL(extreme low)、VL(very low)、L(low)、M(medium)、H(high)和 VH(very high)，從低到高依次賦值為 0、0.2、0.4、0.6、0.8和 1.0.

其次，根據(jù)目標(biāo)魚類生物學(xué)特性及漁業(yè)專家經(jīng)驗(yàn)，確定目標(biāo)物種不同生命階段環(huán)境因子組合(h-v)的兩兩比較判斷矩陣，在層次單排序的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算各生命階段判斷矩陣的最大特征根maxλ和特征向量W，并將其歸一化.

最后，對(duì)判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查排序結(jié)果的合理性，最終得到目標(biāo)物種各生命階段的 HSI計(jì)算準(zhǔn)則，如表 3所示.表中，“h-v”表示環(huán)境因子適宜度的組合情況，“-”之前為水深 h的適宜度，“-”之后為流速 v的適宜度.例如：“M-L”表示水深適宜度為M并且流速適宜度為L的組合情況.

表3 各生命階段的HSI計(jì)算準(zhǔn)則Tab.3 HSI for each life period

2.4 棲息地可利用面積UA

鑒于加權(quán)可利用面積(weighted usable area，WUA)的計(jì)算方式可能會(huì)折中數(shù)值，使得完全不同的HSI分布模式得到相同結(jié)果[24]，降低結(jié)論的客觀性，因此，本文結(jié)合對(duì)棲息地適宜性指數(shù) HSI的等級(jí)劃分，采用分級(jí)方式計(jì)算UA.

式中：UA(Q)表示流量 Q所對(duì)應(yīng)的棲息地可利用面積；HSIk是不同等級(jí)的HSI數(shù)值，k＝1～6，分別表示棲息地適宜性為EL、VL、L、M、H和 VH的情景，本研究中選擇適宜性高(H)作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，即 HSIk＝0.8；Ak,i(Q)表示流量 Q 時(shí)所有棲息地適宜性指數(shù)不低于 HSIk的計(jì)算單元的面積，i＝1～m，m 為棲息地適宜性指數(shù)不低于HSIk的計(jì)算單元個(gè)數(shù).

3 可利用面積UA與流量Q的關(guān)系

基于目標(biāo)物種的棲息地適宜性模型，并耦合研究區(qū)域的平面二維水動(dòng)力模擬，得到不同流量等級(jí)下目標(biāo)物種不同生命階段的 HSI分布情況，并由此得到目標(biāo)物種不同生命階段的棲息地可利用面積 UA與流量Q之間的關(guān)系，如圖3所示.

圖3 棲息地可利用面積UA與流量Q的關(guān)系Fig.3 Relationship between UA and Q

4 棲息地適宜性影響分析

4.1 量級(jí)及頻率變化

不同水庫調(diào)節(jié)情景下目標(biāo)物種洄游、產(chǎn)卵、幼魚、成魚的棲息地可利用面積互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)(complementary cumulative distribution function，CCDF)曲線分別如圖4～圖7所示，CCDF表示棲息地可利用面積UA大于或者等于某個(gè)數(shù)值的概率.

對(duì)于目標(biāo)物種洄游期(見圖 4)，在 7.5×106～8.8×106,m2整個(gè)范圍內(nèi)，不完全調(diào)節(jié)及完全調(diào)節(jié)情景下的可利用面積互補(bǔ)累計(jì)頻率值相對(duì)于天然情景均有較明顯的增加，即大于某一可利用面積數(shù)值的發(fā)生頻率增加，說明水庫現(xiàn)有運(yùn)行方案對(duì)目標(biāo)物種的洄游較有利.

圖4 洄游可利用面積的CCDF對(duì)比Fig.4 Comparison of CCDF of migration usable area

對(duì)于目標(biāo)物種產(chǎn)卵期(見圖 5)，水庫調(diào)節(jié)削減了原有的大面積產(chǎn)卵適宜范圍(大于 1.0×105,m2)，使得小塊的、碎片化的產(chǎn)卵可利用面積有所增加.需要注意的是，產(chǎn)卵可利用面積的頻率變幅較小，頻率累計(jì)變化量在 1%,以下；這主要是由于對(duì)魚類產(chǎn)卵影響較大的是發(fā)生頻率較低的洪水脈沖事件，其變化體現(xiàn)在大值、小概率事件的減??；故上述大面積產(chǎn)卵適宜范圍的削減對(duì)目標(biāo)物種產(chǎn)卵是十分不利的.

圖5 產(chǎn)卵可利用面積的CCDF對(duì)比Fig.5 Comparison of CCDF of spawning usable area

統(tǒng)計(jì)研究時(shí)段內(nèi)水庫入庫、出庫及下游測(cè)站的歷史流量過程可知，1991—2012年中共計(jì) 159個(gè)水庫泄洪日，泄洪時(shí)間全部集中在9月—12月份之間；對(duì)于魚類產(chǎn)卵盛期(3月—7月份)，日均入庫流量的范圍在 0.3～1,246.5,m3/s之間，而日均出庫流量的范圍則減小至 0～153.9,m3/s，均為發(fā)電引用流量，水庫無泄洪；相應(yīng)地，下游加積站在天然情景下的流量范圍為5.2～1,628.9,m3/s，而水庫運(yùn)行則使其減小至3.6～784.6,m3/s.上述變化表明，牛路嶺水庫現(xiàn)有運(yùn)行方案的泄洪期主要集中在魚類的非產(chǎn)卵期(8月份—翌年2月份)；而在魚類產(chǎn)卵期，上游水庫基本處于蓄水發(fā)電狀態(tài)，對(duì)天然高流量脈沖及洪水事件的發(fā)生次數(shù)及量級(jí)削減顯著，且并未考慮魚類產(chǎn)卵對(duì)特殊流量脈沖的需求，故對(duì)產(chǎn)卵過程影響較大.后文將進(jìn)一步討論水庫運(yùn)行對(duì)魚類產(chǎn)卵脈沖次數(shù)及量級(jí)的影響程度.

對(duì)于目標(biāo)物種幼魚期(見圖 6)，其可利用面積的互補(bǔ)累計(jì)頻率值在 1.1×106～2.4×106,m2的整個(gè)范圍內(nèi)顯著減小，即大于某一棲息地可利用面積數(shù)值的發(fā)生頻率降低，說明水庫調(diào)節(jié)對(duì)幼魚生長較為不利.水庫運(yùn)行引發(fā)幼魚可利用面積減少的原因主要為：①枯水流量發(fā)生頻率降低，使得對(duì)幼魚生長較為有利的低流量狀態(tài)減少；②洪水漫灘事件發(fā)生的量級(jí)及頻率減少，使其漫灘棲息地減少或喪失.統(tǒng)計(jì)研究時(shí)段內(nèi)不同情境下的流量發(fā)生頻率結(jié)果表明：牛路嶺水庫運(yùn)行導(dǎo)致幼魚可利用面積減少，其主要原因在于水庫的發(fā)電運(yùn)行使得枯水流量的發(fā)生頻率顯著降低，中水期延長，對(duì)幼魚生長較為有利的低流量狀態(tài)減少顯著.

圖6 幼魚可利用面積的CCDF對(duì)比Fig.6 Comparison of CCDF usable area for juvenile fish

由圖 7可見，不同水庫調(diào)節(jié)情景下，成魚可利用面積的互補(bǔ)累計(jì)頻率值在 2.0×106～2.3×106,m2的小范圍內(nèi)略有減小，但其整體分布變化不大.

圖7 成魚可利用面積的CCDF對(duì)比Fig.7 Comporison of CCDF usable area for adult fish

此外，對(duì)于洄游、幼魚、成魚這3個(gè)生命階段，不完全調(diào)節(jié)和完全調(diào)節(jié)情景相對(duì)于天然情景的頻率累計(jì)變化量分別為 26.9%和 30.6%、12.97%,和 16.09%、8.6%,和 10.15%，后者變幅均大于前者，即相對(duì)于有泄洪的不完全調(diào)節(jié)情景，完全調(diào)節(jié)的水庫運(yùn)行方式對(duì)棲息地可利用面積的影響更加顯著.而對(duì)產(chǎn)卵適宜性影響較大的是發(fā)生頻率較低的洪水脈沖事件，由于牛路嶺水庫的泄洪時(shí)期集中在魚類的非產(chǎn)卵期，故不完全調(diào)節(jié)和完全調(diào)節(jié)情景對(duì)魚類產(chǎn)卵的影響差別不大.

4.2 產(chǎn)卵脈沖次數(shù)及量級(jí)變化

按照產(chǎn)卵可利用面積的大小，將產(chǎn)卵脈沖事件的規(guī)模劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為UA≥2×104,m2、≥4×104,m2、≥6×104,m2、≥8×104,m2及≥1×105,m2. 統(tǒng)計(jì)不同水庫調(diào)節(jié)情景下1991—2012年歷年各等級(jí)的產(chǎn)卵脈沖發(fā)生次數(shù)、年內(nèi)累計(jì)的產(chǎn)卵棲息地可利用面積，并分別計(jì)算不完全調(diào)節(jié)情景與完全調(diào)節(jié)情景相對(duì)于天然情景的脈沖次數(shù)、累計(jì)面積的變化情況，結(jié)果分別如圖8和圖9所示.

圖8 歷年產(chǎn)卵脈沖次數(shù)對(duì)比Fig.8 Comparison of the number of spawning pulses

脈沖次數(shù)的變化結(jié)果(見圖 8)表明，水庫的蓄洪補(bǔ)枯調(diào)節(jié)使得各年份的小等級(jí)產(chǎn)卵脈沖事件(UA≥2×104,m2)均有顯著增加，歷年不完全調(diào)節(jié)和完全調(diào)節(jié)情景相對(duì)于天然情景的增加次數(shù)分別在 2～44次及 2～56次之間.而對(duì)于較大等級(jí)的產(chǎn)卵脈沖事件(UA≥4×104,m2及以上)，除特豐水年或產(chǎn)卵期初始階段有洪水發(fā)生的年份產(chǎn)卵脈沖次數(shù)有所增加外，如2000年、2009年，其余年份的脈沖次數(shù)均減少，減少量在 1～8次之間；各等級(jí)水庫調(diào)節(jié)情景相對(duì)于天然情景的降幅分別為 25.47%、33.14%、40.14%、52.70%.

此外，年內(nèi)累計(jì)產(chǎn)卵可利用面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見圖 9)表明，相對(duì)于天然情景，各等級(jí)產(chǎn)卵脈沖事件的累計(jì)可利用面積在大部分年份中均發(fā)生非常明顯的減少.從 UA≥2×104,m2到 UA≥10×104,m2的各等級(jí)，其減小量的均值分別為 7.86×105,m2、8.86×105,m2、8.95×105,m2、9.56×105,m2、1.02×106,m2；各等級(jí)中，水庫調(diào)節(jié)情景相對(duì)于天然情景的降幅依次為39.11%,、50.26%,、54.68%,、61.90%,、69.67%,.鑒于前述牛路嶺水庫的泄洪時(shí)間主要集中在下游魚類的非產(chǎn)卵期，故不完全調(diào)節(jié)情景和完全調(diào)節(jié)情景的差別不顯著.

綜上所述，上游牛路嶺水庫在魚類產(chǎn)卵期的蓄水發(fā)電運(yùn)行，雖然使得年內(nèi)小脈沖事件的發(fā)生次數(shù)有所增加，但卻使大脈沖事件的發(fā)生次數(shù)減少，且年內(nèi)整體的產(chǎn)卵棲息地可利用面積顯著降低，對(duì)下游目標(biāo)物種的產(chǎn)卵過程十分不利.

圖9 歷年產(chǎn)卵脈沖累計(jì)面積對(duì)比Fig.9 Comparison of the cumulative area of spawning pulses

5 結(jié) 論

本文以海南省萬泉河流域牛路嶺水庫下游加積至河口河段為對(duì)象，選擇區(qū)域內(nèi)的典型經(jīng)濟(jì)魚類作為目標(biāo)物種，針對(duì)魚類整個(gè)生命周期，構(gòu)建棲息地適宜性模型，分析水庫運(yùn)行對(duì)目標(biāo)物種不同生命階段棲息地適宜性的影響，得到如下結(jié)論.

(1)水庫現(xiàn)有運(yùn)行方案對(duì)目標(biāo)物種洄游較為有利，對(duì)成魚生長影響不大，但對(duì)產(chǎn)卵和幼魚階段則較為不利，且影響顯著.

(2)水庫調(diào)節(jié)雖然使得小塊、碎片化的產(chǎn)卵可利用面積增加，但卻削減了原有的大面積產(chǎn)卵適宜范圍，且年內(nèi)整體的產(chǎn)卵可利用面積顯著降低.分析結(jié)果表明，在魚類產(chǎn)卵盛期，牛路嶺水庫基本處于蓄水發(fā)電狀態(tài)，對(duì)下游天然高流量脈沖及洪水事件削減顯著，且并未考慮魚類產(chǎn)卵對(duì)特殊流量脈沖的需求.

(3)水庫運(yùn)行使得大范圍的幼魚適宜棲息地消失.分析結(jié)果表明，水庫的發(fā)電運(yùn)行使得枯水流量的發(fā)生頻率顯著降低，中水期延長，對(duì)幼魚生長較為有利的低流量狀態(tài)減少顯著.

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