淺談水庫水溫分層及下泄低溫水對(duì)魚類活動(dòng)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(chǎn)卵、生長(zhǎng)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(xiàng)措施， 實(shí)現(xiàn)水資源開發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水溫分層；下泄低溫水；魚類活動(dòng)；協(xié)調(diào)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(fēng)力、入流和垂向水流交換的作用 ，水庫會(huì)沿水深方向出現(xiàn)一定的水溫分層現(xiàn)象 。又由于水電站泄水設(shè)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(chǎn)卵、生長(zhǎng)及捕食方面受到極不利的影響，造成魚類資源的減產(chǎn)甚至某些魚種的滅絕。因此 ，在大型水電工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)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(xiàng)措施，減輕水溫分層對(duì)魚類活動(dòng)的影響，從而實(shí)現(xiàn)水資源開發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 水庫水溫分層現(xiàn)象

水庫蓄水后，水溫的變化是一個(gè)很復(fù)雜的現(xiàn)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(gè)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(fēng)吹摻混、熱對(duì)流、電站取水及水庫運(yùn)行方式的影響下，年內(nèi)不斷變化。該層范圍與水庫引泄水建筑物的位置、運(yùn)行季節(jié)及引用流量有關(guān)；③穩(wěn)定低溫水層。一般對(duì)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(huì)形成一個(gè)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(huì)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(dá)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(huì)明顯增高。

從研究水溫問題的角度出發(fā)，目前，根據(jù)水庫水溫的分布情況，環(huán)境學(xué)界一般認(rèn)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?zé)o明顯差別，嚴(yán)寒地區(qū)甚至出現(xiàn)溫度梯度逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，上層近于0℃，底層近于4℃。混合型水庫無明顯分層，上下水溫均勻，豎向溫度梯度小，年內(nèi)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(xiàn)象，但不穩(wěn)定，遇中小洪水時(shí)水溫分層即消失。

2 溫度對(duì)魚類的影響

溫度作為一種非常重要的生態(tài)因子，對(duì)魚類的生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝等生命活動(dòng)具有顯著的影響。魚類屬于變溫動(dòng)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(zhǎng)代謝、消化酶活性、蛋白質(zhì)合成以及基因表達(dá)等。

低溫水在溫度 、組成成分方面的差異會(huì)對(duì)敏感的魚類產(chǎn)生不利影響 ，低溫水造成的漁業(yè)減產(chǎn)問題在日本 、美國(guó) 、中國(guó)等許多國(guó)家都有實(shí)例 。Philpott水電站一項(xiàng)關(guān)于水庫水流對(duì)下游魚類影響的調(diào)查表明 ，庫區(qū)水動(dòng)力環(huán)境和水溫的改變會(huì)減 緩魚類的生長(zhǎng) ，破壞生殖期魚類的產(chǎn)卵條件 ，影響魚類的正常行為。美國(guó)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(dǎo)致3種本地魚滅絕，還有60多個(gè)物種受到威脅。我國(guó)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(dāng)年出生幼魚的生長(zhǎng)速度減慢、個(gè)體難以長(zhǎng)大，比較建壩前后冬季的數(shù)據(jù)，該江段草魚當(dāng)年幼魚的體長(zhǎng)和體重分別由建壩前的34mm、780g，下降至建壩后的297mm、475g。

以上國(guó)內(nèi)外資料表明，低溫水的下泄將使魚類繁殖、生長(zhǎng)及捕食受到嚴(yán)世界上許多大型水庫在魚類洄游產(chǎn)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(shù)量銳減或?yàn)l于絕跡。

3 應(yīng)對(duì)措施

在對(duì)水庫水溫結(jié)構(gòu)及下泄水溫進(jìn)行正確預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)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(dòng)力方式破壞水溫分層；水利生態(tài)調(diào)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(guó)相關(guān)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(jìn)水塔或閘門井，沿垂直方向設(shè)若干層閘門，通過啟閉機(jī)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(jí)斜管在不同高程設(shè)置進(jìn)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(duì)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(duì)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分層取水方案的確定應(yīng)建立在水工模型試驗(yàn)、水力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)體型反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，其閘門設(shè)計(jì)較前述小型水庫更為復(fù)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(nèi)，借助動(dòng)力擾動(dòng)水體或者是向水體底部輸如空氣，從而加強(qiáng)水體上下對(duì)流，進(jìn)而達(dá)到破壞水溫分層的目的。美國(guó)和英國(guó)曾經(jīng)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(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，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(dòng)力方式 ，促進(jìn)水庫的上下層對(duì)流 ，破壞水溫結(jié)構(gòu)。愛爾蘭郵電部所屬的恩尼斯加水庫曾在1957年安裝6臺(tái)氣壓水槍，使水體不斷形成對(duì)流 ，有效減輕了庫區(qū)水質(zhì)分層和低溫下泄水對(duì)下游珍貴魚類的影響。

3.3 水利生態(tài)調(diào)度

水利生態(tài)調(diào)控是目前最經(jīng)濟(jì)有效的方法，通過對(duì)水庫的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)就可以有效地消除溫躍層。根據(jù)相關(guān)研究表明，在水庫運(yùn)行期間，合理的進(jìn)行泄洪調(diào)度能有效地提高下泄水流的水溫。對(duì)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(jīng)濟(jì)效益的前提下 ，進(jìn)行合理的水利生態(tài)調(diào)度，如適當(dāng)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(duì)庫區(qū)和下游包括水溫變化在內(nèi)的不利生態(tài)影響。

參考文獻(xiàn)

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[3] ：（美）P·麥卡利（Patrick McCully）編著；周紅云等譯. 大壩經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 第2版. 中國(guó)發(fā)展出版社， 2005年.

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

作者簡(jiǎn)介

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

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