长江中游四大家鱼典型产卵场地形及水动力特征研究

发布时间：2020-04-29 17:19

【摘要】：青鱼(Mylopharyngodon piceus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Hypophthalmichthys nobilis)合称四大家鱼(以下简称家鱼),是我国重要的淡水经济鱼类,长江中游是家鱼的主要繁殖和栖息场所。20世纪60年代自重庆至彭泽约1695公里的长江干流上,分布有四大家鱼产卵场36处,年产卵规模1184亿尾。20世纪80年代葛洲坝水利枢纽建成以后,长江干流产卵规模下降至173亿尾,分布有产卵场30处,其中长江中游宜昌至城陵矶江段11处,占总产卵规模42.7%。近年来,由于自然和人为因素,致使鱼类的生存空间被挤占、洄游通道被切断、产卵场遭到破坏,特别是三峡工程的兴建,清水下泄和水库调节导致了长江中游宜昌至城陵矶江段的家鱼产卵场地形和水动力条件发生改变,使得家鱼产卵规模持续萎缩,2009年监利断面卵苗径流量不足1亿尾,家鱼种质资源面临严重威胁。为有效缓解家鱼资源衰退趋势,自2010年起,原农业部在长江中游持续开展了家鱼亲本原种放流活动,初步解决了繁殖亲鱼数量减少问题。三峡集团公司也从2011年起开展了针对四大家鱼自然繁殖试验性生态调度,营造家鱼繁殖所需水文和水力学条件的洪峰过程。产卵场是鱼类物种延续的关键栖息地,产卵场的地形和水动力条件直接影响着鱼类繁殖,但是这方面研究尚未深入开展。基于此,本研究以长江中游宜昌至城陵矶为研究区域,在历史资料及课题组多年调查基础上,应用鱼卵采集、超声波遥测、多普勒流速剖面测量、三维水动力数值模拟、数理统计和数据挖掘等多种手段,开展长江中游四大家鱼典型产卵场地形及水动力特征研究工作,为家鱼产卵的水流触发机理、产卵场评价和修复、以及鱼类资源保护等提供理论基础和技术支持,本研究主要结果如下:(1)产卵场定位①根据2015年鱼类早期资源监测推算结果,长江中游宜昌至荆州家鱼产卵场主要分布在宜昌(葛洲坝下)、宜都、枝城和江口江段,合计产卵规模7.42亿粒,占长江干流总规模的66.61%,是长江干流典型产卵场。②应用超声波遥测技术,对放流的106尾超声波标志家鱼亲本进行实时定位跟踪,重点研究葛洲坝下、宜都和枝城江段3个典型产卵场。研究结果表明:1、标志放流后的亲本具有溯河洄游特性,6-7月份亲本在枝城—宜都—宜昌三个区域进行洄游。洄游行为受长江径流量的影响,流量增大的过程有助于触发家鱼逆水而上的洄游行为。8-9月份后,大多数亲本开始降河运动,离开产卵场。2、繁殖期间家鱼在产卵场中不是随机或均匀分布,而是具有一定的有选择性。位于枝城产卵场上游的A1区间和位于宜都产卵场中部的C1、C2区是家鱼的核心产卵区域。超声波遥测定位的产卵场区域是在家鱼早期资源监测推算结果范围内,两者互为验证。(2)四大家鱼典型产卵场地形特征家鱼产卵场通常位于地形变化较大的江段,如江面陡然紧缩,或江心有沙洲、或河道弯曲多变,易形成“泡漩水”,是家鱼卵受精播散的最佳水流环境,河段地形可分为顺直型、弯曲型、分汊型等类型。本研究选取顺直型(宜都)、“s”型(枝城)和弯曲型(城陵矶)三种河道形态产卵场作为研究对象,通过多普勒流速剖面仪(ADCP)、华测T5 GNSS型GPS定位系统,以及海洋测量导航软件等实现本研究地形流场同步监测。三种类型产卵场中,城陵矶产卵场平均坡度最大为2.71°,枝城产卵场次之为2.05°,宜都产卵场最小为1.91°;城陵矶产卵场平均地形起伏度最大为4.66E~(-2)m,枝城产卵场次之为3.80E~(-2)m,宜都产卵场最小为3.44E~(-2)m;城陵矶产卵场平均高程变异系数最大为7.18E~(-4),枝城产卵场次之为4.43E~(-4),宜都产卵场最小为3.25E~(-4)。从总体上看,坡度、地形起伏度、高程变异系数等各项地形指标水平较高的分布区间都在弯道处附近。繁殖期家鱼主要分布在枝城产卵场第一个弯道处附近以及宜都产卵场中部位置,这两个位置均是江面变窄,且具有一定的坡度和地形起伏度。(3)四大家鱼典型产卵场流场特征使用EFDC三维水动力模型模拟了枝城、宜都、城陵矶三处产卵场在家鱼繁殖期间主要流量范围内的水文过程,分析了流速、水深、傅汝德数和涡量四个生态水力指标随流量的变化情况。在设定的6000-35000m~3/s流量范围内,随着流量增加,四个指标值均增大,其中水深增大的过程在整个江段上较为平均,流速在主流方向上增大的速率大于其他区域,傅汝德数和涡量则没有明显规律。基于模拟结果,涡量是家鱼产卵的重要因子,家鱼产卵场的涡量变幅较大,产卵亲本一般主动选择涡量大的水域上游作为产卵区域。(4)四大家鱼适宜的生态水力指标流速、水深、傅汝德数是描述产卵场水力特征的重要指标,根据柏海霞初步研究得出流速、傅汝德数与四大家鱼产卵量有很强正相关关系。本研究将超声波遥测定位结果与产卵场三维水动力模拟结果进行时空上耦合,提取生态调度期间家鱼分布位点的生态水力因子,统计106个监测数据,得出家鱼产卵较适宜流速为0.63-1.53m/s,适宜流速为0.78-1.38m/s;较适宜水深为12.77-23.51m,适宜水深为12.77-19.93m;较适宜傅汝德数为0.049-0.119,适宜傅汝德数为0.069-0.109。(5)四大家鱼繁殖期生态流量需求通过鱼类适宜栖息地评价方法,对2016年二次生态调度期间以及模拟的七组流量条件下,分析了顺直型(宜都)、“s”型(枝城)和弯曲型(城陵矶)三种河道形态的产卵场栖息地适宜面积:(1)枝城和宜都产卵场可利用栖息地面积是在流量增大过程中先增大后减小,其中枝城产卵场在流量15000-25000m~3/s时适宜面积变化幅度最小,处于较高水平,在流量22500m~3/s时适宜面积最大为6.40km~2;宜都产卵场在流量15000-21300m~3/s时适宜面积变化幅度最小,处于较高水平,在流量15000m~3/s时适宜面积最大为8.39km~2。(2)城陵矶产卵场由于特殊的河道形态,当主流区域适宜度水平减小时,位于弯道处的更多区域适宜度值升高,导致在所设定的流量范围内,其适宜面积随着流量增加而增大。随着产卵场栖息地适宜面积增大,家鱼产卵活动更频繁,产卵规模更大;当产卵场栖息地适宜面积小的时候,家鱼则不发生产卵活动或产卵量较小。当流量处于15000-21300m~3/s时,宜都和枝城产卵场的适宜面积均处于较高水平。综上,推荐流量15000-21300m~3/s为三峡生态调度的目标流量。
【图文】：

ADCP实测区及盲区Fig1.1ADCPmeasuredareaandblindarea

长江中游四大家鱼典型产卵场地形及水动力特征研究

鱼类早期资源采样断面图
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S931

【参考文献】