黃河調水調沙對下游魚類影響研究

摘 要：為掌握黃河調水調沙對魚類影響過程，在２０２３ 年黃河調水調沙期小浪底壩址至花園口河段開展水生態系統監測，初步探討了黃河調水調沙對魚類影響的主要途徑、范圍、時限以及程度，結果表明：調水調沙對魚類的影響局限在排沙期；水體短期內含沙量劇增和溶解氧迅速降低，是對魚類及其棲息生境產生不利影響的主要因素；小浪底水庫高含沙水體排泄是引發壩下“流魚” 的主要原因，“流魚”分為水庫魚類機械性損傷死亡、壩下魚類窒息死亡以及“浮頭” 等，隨著含沙量沿程迅速降低，“流魚” 現象逐漸減弱，至伊洛河口基本消失；在調水調沙結束兩個月后，魚類總質量基本可恢復至調水調沙前水平。

關鍵詞：調水調沙；水生生物；魚類；含沙量；溶解氧；黃河

中圖分類號：ＴＶ６１；Ｘ１７１．４ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．１２．０１７

引用格式：潘軼敏，葛雷，周子俊．黃河調水調沙對下游魚類影響研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１２）：１０５－１０９，１１６．

０ 引言

黃河輸沙量和含沙量均屬世界之最，每年汛期大量泥沙隨著洪水傾瀉而下，淤積在下游河道［１］ ，形成著名的地上“懸河”。水沙調控是黃河水沙關系調節的重要手段［２］ ，通過水庫群聯合運用，合理配置和優化調度水資源，并利用骨干水庫攔蓄泥沙，協調水沙關系。調水調沙充分考慮黃河下游河道輸沙能力和不同量級水流挾沙能力，通過水庫群的聯合調度，在小浪底庫區人工塑造異重流，加大小浪底水庫的排沙量，調整天然水沙過程，從而達到輸水沖沙、減輕河道萎縮、恢復并維持中水河槽的目的［３－４］ 。黃河調水調沙分為汛前調水調沙和汛期調水調沙，２０００—２０２２ 年汛前調水調沙排沙量占排沙總量的１８．３％［５］ ，是減輕水庫淤積、增加下游平灘流量的重要手段。持續多年的黃河調水調沙，在維持下游中水河槽、減小下游漫灘風險、水庫排沙減淤、河口生態補水等方面取得了顯著成效［６－８］ 。

魚類作為水生態系統最重要的組成部分，與黃河水沙調控關系密切。自１９９９ 年小浪底水庫建成運用以來，黃河下游魚類資源得到一定程度的恢復，魚類物種多樣性提高［９］ 。但調水調沙期間泥沙下泄在短時間內對下游水生態系統產生了不利影響，時有“流魚”現象發生，引發社會廣泛關注。“流魚”指當河流泥沙含量過高時，河流魚類昏迷漂浮于水面，順流而下的現象。據記載，黃河干流自寧夏至河南，每年汛期均會出現“流魚”，歷時長則７～８ ｄ，短則２～３ ｄ，如：１９７７ 年７月７ 日陜西延安遭特大暴雨，使黃河干流出現“流魚”１２ ｈ［１０］ 。“流魚”本質是河流高含沙水流所致，２０ 世紀８０ 年代以來，國內外先后開展了高含沙水流對魚類的影響研究，如：高含沙水流會引起魚類避難運動量增加，從而增大呼吸頻率和需氧量，同時容易堵塞魚鰓，影響魚類氧氣攝入［１１］ ；Ｇａｒｒｉｃ 等［１２］ 研究認為，溶解氧的虧缺比懸移質濃度更容易導致魚類死亡；Ｇｉｕｓｅｐｐｅ等［１３］ 研究表明，當水庫排沙過程中最大含沙量為７０～８０ ｋｇ／ ｍ３、平均含沙量為４～５ ｋｇ／ ｍ３ 時，魚類密度下降了７３％、生物量下降了６６％，尤其是幼魚的損失較多。上述研究通過試驗和實測給出了水庫排沙時魚類的受損途徑和機理，明晰了高含沙量、低溶解氧等是其主要影響因素。國內以黃河調水調沙為研究對象也開展了針對性研究，明確細顆粒泥沙堵塞魚鰓或損壞魚鰓結構［１４］ 、魚類急性缺氧應激［１５］ 是魚類死亡的主要原因，并給出了含沙量閾值。

上述研究極大地提高了高含沙水流對魚類影響的認識，促進了多泥沙河流水生生物保護。然而，當前國內外相關研究多集中于高含沙水流下魚類個體生存的閾值研究，調水調沙對魚類影響的河長、程度等尚未涉及，并未解答調水調沙周期內高含沙水流對下游魚類影響的具體變化過程。因此，從黃河流域生態保護和高質量發展需求出發，亟須掌握調水調沙對魚類影響的認識，針對性提出減緩措施，提升黃河水沙調控生態化水平。為系統評價調水調沙對魚類生態環境的影響，筆者以２０２３ 年度黃河汛前調水調沙為契機，開展調水調沙全過程的生態系統調查與監測，探討調水調沙對下游魚類影響的機制及過程，以期為黃河調水調沙期魚類保護提供參考。

１ 研究區概況

小浪底水庫地處黃河最后一個峽谷出口處，控制黃河天然年徑流總量的８７％和近１００％的泥沙。獨特的地理位置和水沙控制優勢，使小浪底水庫調度成為黃河調水調沙的主要工程手段。小浪底壩址下游１６ｋｍ 處為西霞院水庫，是小浪底水利樞紐的反調節水庫。

黃河出西霞院水庫后，至高村長達２９９ ｋｍ 的河段多屬游蕩型河段，河道寬淺，水流散亂，心洲密布，主流擺動頻繁［１６］ ，是黃河中下游濕地面積較大的河段之一，魚類棲息生境多樣，也是黃河干流魚類最為多樣的河段之一。２０１８—２０２０ 年連續調查結果顯示，該河段分布有魚類６ 目１１ 科４４ 種，魚類在目級組成上以鯉形目為主，在科級水平上鯉形目鯉科最多［１７］ ，以產沉黏性卵為主，主要包括鯉、鯽、鯰、鳊、泥鰍、黃顙魚、赤眼鱒等，主要產卵繁殖期為４—６ 月，產卵盛期為４—５月［９］ 。黃河鯉是該河段重要經濟魚類，為中國四大淡水名魚之一［１８］ ，是重要保護魚類之一。

據調查，黃河小浪底壩下至高村河段大部分魚類喜棲息于相對緩流生境，水面寬闊、水流平緩的區域是黃河魚類的主要產卵場、索餌場和越冬場。其中，產卵場多分布于河邊淺灘、河流消落區和河心島等水生生物資源豐富的水域［１９］ 。經調查，該河段內產卵場相對較零散，分布有伊洛河口、花園口等５ 處大型集中產卵場。

２ 研究方法

２．１ 調查河段與斷面布設

研究河段以小浪底壩址至花園口為主，兼顧小浪底庫區。綜合黃河泥沙變化、魚類產卵場分布、支流影響等因素，在洛陽黃河公路橋、鞏義趙溝（西霞院壩址以下約３４ ｋｍ）、伊洛河口、孤柏嘴、沁河口布置５ 個含沙量監測斷面，在小浪底、花園口布設水質監測斷面，在趙溝、伊洛河口、孤柏嘴、桃花峪、花園口布設魚類調查斷面。調查河段范圍及監測斷面布設見圖１。

２．２ 調查因子和方法

參考近年黃河下游水質現狀和魚類養殖標準，選擇水溫、ｐＨ 值、溶解氧、化學需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、總磷（以Ｐ 計）、總氮（以Ｎ 計）和鐵、錳、鎘離子作為水環境監測因子，其中水溫和ｐＨ值、溶解氧分別用水溫計和便攜式多參數水質分析儀當場測定，化學需氧量和高錳酸鹽指數用滴定法測定，氨氮、總磷和總氮用紫外可見分光光度計測定，鐵、錳、鎘用電感耦合等離子體發射光譜儀測定。小浪底斷面和花園口斷面流量、含沙量數據由黃河水利委員會水文局提供。

２．３ 調查時間

２０２３ 年進行的第２７ 次調水調沙，自６ 月２１ 日９時開始，于７ 月１１ 日８ 時結束，歷時２０ ｄ。采用萬家寨、三門峽和小浪底水庫調控，支流陸渾、故縣、河口村水庫相機配合的聯合調度模式。６ 月２１ 日至７ 月５日為清水下泄期，７ 月６ 日至１０ 日為排沙期，７ 月１１日調水調沙結束，７ 月１６ 日水沙過程基本結束［２０］ 。

根據調水調沙實施情況，于７ 月７ 日、８ 日８：００—１８：００ 每隔２ ｈ 采集一次水樣進行含沙量測量；于６ 月１６ 日、２３ 日、２６ 日和７ 月１０ 日、１３ 日、２０ 日開展水環境因子監測；同時在調水調沙前（６ 月中旬）、調水調沙后（７ 月下旬）、恢復期（９ 月下旬）開展水生生物調查。

３ 結果與分析

３．１ 調水調沙前后下游河段水生生物資源變化情況

２０２３ 年調水調沙期間，對黃河干流小浪底至花園口河段水生生物開展了全過程現場調查。排沙期因流速太快而未能進行底棲生物采樣，僅在調水調沙前、調水調沙后和恢復期對水生生物資源進行了調查，結果見表１～表３。

作為魚類的餌料資源，河流中浮游動植物和底棲動物也被稱作餌料生物，是河流中低等生物，對河流水環境變化極為敏感，常被選作河流水環境質量變化的指示物種。從統計結果來看，調水調沙過程中，河段內餌料生物資源密度和生物量均呈現先大幅下降后逐漸回升的趨勢，但表現并不相同。浮游植物作為最低等生物，是初級生產力提供者，平均生物量由調水調沙前的０．６３ ｍｇ／ Ｌ 迅速下降至排沙期的０．０５ ｍｇ／ Ｌ，受水庫排沙影響較大，但在調水調沙結束后即快速恢復，兩個月后即可恢復至１．６５ ｍｇ／ Ｌ，可為喜浮游植物的魚類迅速提供餌料資源。浮游動物也受調水調沙影響較大，平均生物量由調水調沙前的０．５８ ｍｇ／ Ｌ 迅速下降至排沙期的０．１４ ｍｇ／ Ｌ，且在調水調沙后繼續降低至０．０２ｍｇ／ Ｌ，兩個月后浮游動物生物量僅恢復至０．０７ ｍｇ／ Ｌ，表明浮游動物受調水調沙影響大、持續時間長、恢復速度慢。在調水調沙后底棲動物平均密度較調水調沙前下降，但其平均生物量顯著高于調水調沙前，表明調水調沙后其恢復速度較快。

調水調沙結束時與調水調沙前相比，黃河干流西霞院至花園口河段捕獲魚類種數從２７ 種減少至２０種，減少約２６％；漁獲數減少約４８％，平均體重下降約１８％；兩個月后，該河段魚類種數逐步回升，平均體重比調水調沙前增加了１４８％，總質量恢復至調水調沙前水平。

３．２ 調水調沙排沙期“流魚”現象

為了解“流魚”發生河段和主要特征，于調水調沙期間對小浪底至花園口河段“流魚”現象進行了觀察和記錄。調水調沙初期為清水下泄，小浪底以下河段未觀測到“流魚”現象，但清水下泄期過高的流速使小浪底壩下河段魚類趨避明顯，部分躲避于心灘、岸邊、丁壩壩垛之間，部分洄游至伊洛河口等支流入黃段，壩下魚類較少。調水調沙進入排沙期后，首日泥沙含量低，未有“流魚”發生；隨著含沙量增大，第二日夜間出現“流魚”；第三日出現含沙量峰值后，“流魚”現象最為突出，主要發生在小浪底壩下至花園口之間，但不同河段表現不同。以小浪底壩下至西霞院庫尾河段（約７ ｋｍ）和西霞院壩下至洛陽黃河公路橋河段“流魚”現象最為突出，“流魚”種類為鰱、鳙、鳊、似鳊等，表現為魚類死亡、昏迷后隨水流而下；從體型質量和死亡方式可以判斷為庫區魚類經由泥沙裹挾通過排沙洞進入壩下河段，因沖擊力較大而導致魚類機械性損傷死亡。洛陽黃河公路橋至趙溝河段主要表現為魚類窒息死亡。趙溝至伊洛河口河段，“流魚”表現為死亡和“浮頭”兩種，死亡魚類有鳊、似鳊、蛇、鯽、、赤眼鱒、翹嘴紅鲌、紅鰭原鲌等，體長以２０ ｃｍ 以下為主，以５～１０ｃｍ 之間最為常見，死亡方式以窒息死亡為主，少有機械性損傷死亡。伊洛河口以下則少有魚類死亡，多以“浮頭”為主，表現為魚類浮于水面快速呼吸吞取空氣，行動遲緩。即小浪底壩址以下各河段“流魚”表現不同，從上至下逐段減緩。

采用Ｐｉｎｋａｓ 相對重要性指數（ＩＲＩ）分析調水調沙不同時期漁獲物優勢種，見表４。結果表明蛇、銀等亞科魚類ＩＲＩ 值急劇降低，表明上述魚類受調水調沙影響較大。

３．３ 調水調沙期生境因子變化情況

水域水體是魚類生存的基礎，水體物理要素和化學要素構成魚類的生境要素。調水調沙通過短時間內集中泄放水量和沙量，顯著改變了下游流量、流速和含沙量等物理指標，也對下游河段水環境造成了一定影響。流量是影響河流魚類分布的主要因素之一，流量增大對增加水面面積、擴大水體和岸灘植被交換界面具有積極意義，但過高的流量會導致流速顯著增大，不利于魚類覓食、棲息，以及仔魚的生長。調水調沙期小浪底斷面流量、含沙量和流速變化見圖２、圖３。

清水下泄期小浪底斷面日均流量峰值為４ ４４０ｍ３ ／ ｓ，排沙期日均流量峰值為３ ４９０ ｍ３ ／ ｓ；與平水期相比，調水調沙期小浪底斷面平均流速由１．０４ ｍ３ ／ ｓ 增大到２．３６ ｍ３ ／ ｓ，最大流速由２．９４ ｍ３ ／ ｓ 增大到４．９２ｍ３ ／ ｓ；花園口斷面平均流速由０．９６ ｍ３ ／ ｓ 增大到１．９７ｍ３ ／ ｓ，最大流速由２．１７ ｍ３ ／ ｓ 增大到３．７８ ｍ３ ／ ｓ。調水調沙期小浪底至花園口斷面流速顯著增大，且小浪底斷面最大流速顯著高于花園口斷面。魚類最適宜流速一般為０．１～０．５ ｍ／ ｓ，鯉、鲇等僅能適應最大約２ ｍ／ ｓ的流速［２１］ 。現場調查結果顯示，調水調沙期過高的流速對小浪底壩下河段魚類驅趕效應明顯，干流主河槽內魚類分布顯著減少。

含沙量是影響魚類生境質量的重要因素之一。小浪底水庫自７ 月５ 日開始排沙，７ 月６ 日１８ 時含沙量達２０６ ｋｇ／ ｍ３，至７ 月１１ 日結束，歷時６ ｄ。其中排沙峰值出現在７ 月７ 日，最高含沙量達４３２ ｋｇ／ ｍ３；經過西霞院水庫后排沙峰值略有衰減，降低至３９８ ｋｇ／ ｍ３；隨后沿程快速衰減，在西霞院以下約８ ｋｍ 的洛陽黃河公路橋，含沙量峰值降至最高１８７ ｋｇ／ ｍ３，在鞏義趙溝降至７２．８ ｋｇ／ ｍ３；隨后含沙量沿程衰減速率降低，在伊洛河口受伊洛河頂托影響，最大含沙量略增大至７６．９ｋｇ／ ｍ３，至桃花峪最大含沙量為６０．３ ｋｇ／ ｍ３。從時間上，“流魚”發生時段主要為７ 月６ 日１８ 時至７ 月８ 日凌晨，對應小浪底水庫排沙量在８０ ｋｇ／ ｍ３ 以上；從空間上看，“流魚”主要發生在小浪底壩下至伊洛河口以上河段，對應含沙量峰值在７６ ｋｇ／ ｍ３以上。根據相關研究成果，當含沙量在８０ ｋｇ／ ｍ３ 以上時，魚類在短時間內因缺氧而死亡。上述結論與現場觀測到的情況基本一致，除壩下河段魚類以機械性損傷死亡為主外，在鞏義趙溝斷面以上主要為魚類窒息死亡。不同河段“流魚”現象與含沙量之間的同步變化表明，含沙量過高是引發“流魚”的主要原因之一。

對調水調沙期間小浪底至花園口河段水溫、ｐＨ值、含沙量、溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鉀指數、氨氮、總磷、總氮、鐵、錳、鎘等水環境因子進行監測，并對壩下過飽和氣體進行監測。監測結果顯示，除溶解氧外，其他各環境因子在調水調沙后未發生較大變化，均在地表水Ⅱ～Ⅲ類水質標準之間，總溶解氣體飽和度未超過１１０％（美國國家環保局１９８６ 年發布的標準［２２］ ）。本次研究對小浪底至花園口河段溶解氧含量進行了跟蹤監測，排沙期伊洛河口溶解氧變化見圖４。

監測結果顯示，當水體含沙量大于８０ ｋｇ／ ｍ３ 時，溶解氧含量低于２ ｍｇ／ Ｌ。調水調沙前和清水下泄期，黃河小浪底至高村水體溶解氧含量均大于５ ｍｇ／ Ｌ；集中排沙期伊洛河入黃口監測斷面溶解氧含量為０．０７～１．５４ ｍｇ／ Ｌ，平均值僅為０．５３ ｍｇ／ Ｌ，同期伊洛河支流入黃口監測斷面溶解氧含量為６ ｍｇ／ Ｌ 左右；７ 月８ 日以后，河段溶解氧含量回升，至７ 月１０ 日，花園口斷面溶解氧含量恢復至２．１６ ｍｇ／ Ｌ。

黃河小浪底至花園口河段魚類以鯉、鯽、鲇、鳊、黃顙魚等常見種為主，屬江河平原區系和第三紀復合體區系溫水性魚類。部分河段常見魚類正常生長溶解氧需求、臨界溶解氧含量（水體溶解氧含量低于此含量時，魚類出現“浮頭”）和窒息點（導致魚類窒息死亡的溶解氧含量）見表５［２３］ 。

對比含沙量變化和常見魚類溶解氧需求，在排沙期黃河干流趙溝以下河段含沙量已低于８０ ｋｇ／ ｍ３，水體溶解氧含量降至２ ｍｇ／ Ｌ 以下，造成魚類呼吸困難，出現“浮頭”現象；但有８ ｈ 的時間溶解氧含量持續低于０．２ ｍｇ／ Ｌ，低于多數魚類的窒息點，造成該河段出現魚類死亡。

４ 結論

通過開展２０２３ 年黃河汛前調水調沙期水文泥沙、水環境和魚類調查和監測，基本明晰了調水調沙對魚類影響的主要途徑、因素、范圍、程度，為今后開展魚類針對性保護措施提供了一定技術支撐。

１）黃河調水調沙出現“流魚”現象主要發生在排沙期，此時小浪底水庫泄水含沙量高于８０ ｋｇ／ ｍ３，主要發生河段為小浪底壩下至伊洛河口河段，其中小浪底壩下和西霞院壩下河段“流魚”主要表現為魚類機械性損傷死亡，洛陽黃河公路橋至趙溝河段主要表現為魚類窒息死亡，趙溝至伊洛河口河段以魚類窒息死亡和“浮頭”為主，伊洛河口以下主要為“浮頭”。“流魚”對小浪底至花園口河段魚類資源的影響在調水調沙結束２ 個月后可得到一定程度的恢復，總質量恢復至調水調沙前水平。

２）黃河調水調沙排沙期高流速和高含沙量降低了河段內餌料含量，隨著含沙量沿程迅速衰減，在伊洛河口處即可回落至７６ ｋｇ／ ｍ３，其主要影響范圍為小浪底至伊洛河口河段。

３）黃河調水調沙期，水體中溶解氧含量隨著泥沙含量增大而迅速降低至魚類臨界需氧量以下，部分時段低于魚類窒息點，是造成魚類窒息死亡的主要因素之一，調水調沙后溶解氧含量迅速恢復。

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【責任編輯 呂艷梅】

基金項目：國家重點研發計劃項目（２０２３ＹＦＣ３２０６２０２－０１）；河南省重大科技專項（２０１３００３１１４００）；黃河水資源保護科學研究院科研專項（ＫＹＹ－ＫＹＺＸ－２０２２－０２）