圍繞水電工程的水生態(tài)環(huán)境問題,重點梳理了水庫運行下關(guān)鍵生源要素生物地球化學循環(huán)的變化及其水生態(tài)效應、底棲動物生境和魚類生境以及魚類洄游通道的影響、水生態(tài)環(huán)境保護工程與非工程措施等方面的研究進展,剖析了當前科學研究和工程應用中存在的難題,從理論、方法與技術(shù)角度闡明了出現(xiàn)這些難題的原因。提出了水電開發(fā)水生態(tài)環(huán)境保護未來需要重點開展的研究:長期系統(tǒng)性觀測,揭示庫內(nèi)生源要素的滯留-轉(zhuǎn)化-輸送過程與機制及水生態(tài)環(huán)境累積效應;水庫調(diào)控導致的魚類性腺發(fā)育有效積溫和產(chǎn)卵臨界水溫節(jié)律變化以及兩者對魚類種群繁衍的聯(lián)合作用。最后特別指出當前針對魚類保護的部分強制性措施存在的問題,并提出了高壩多環(huán)境因子調(diào)控的生態(tài)調(diào)度和支流生境替代等魚類保護技術(shù)以及保護效果量化評價新方法。 

【文章來源】：水科學進展. 2020,31(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：18 頁

【部分圖文】：

水庫運行影響下消落帶和庫內(nèi)關(guān)鍵生源要素生物地球化學循環(huán)過程

河流水溫自然節(jié)律的改變,直接影響了整個河流水生態(tài)系統(tǒng),大部分生物對環(huán)境溫度具有感知適應性,水溫節(jié)律的變化對群落結(jié)構(gòu)和組成造成影響[47- 48]。Lugg和Copeland[49]綜述了水溫在整個魚類生活史中的影響,表明溫度改變會引發(fā)魚類的心率、呼吸率、代謝率、產(chǎn)卵率、孵化率等產(chǎn)生不同程度的響應。魚類在長期適應氣候條件后,其繁殖遵循季節(jié)交替規(guī)律,當水溫變化節(jié)律被擾亂時,魚類產(chǎn)卵將受到外在環(huán)境壓力的影響[50]。例如,卵母發(fā)育過程的延遲[51]、卵子產(chǎn)量的降低[47]、有效繁殖率和生存率降低[22,52]等各種不利于魚類繁衍的情景,在水溫節(jié)律改變的情況下均會發(fā)生。物種繁殖有具體的熱量需求[53],描述魚類發(fā)育、產(chǎn)卵和生長受溫度變化的影響[52,54- 55]主要通過觸發(fā)產(chǎn)卵的臨界溫度和性腺發(fā)育過程的積溫閾值作為主要指標。開始產(chǎn)卵的臨界水溫與產(chǎn)卵季節(jié)、魚類種類、棲息地、地理因素有關(guān)[56]。例如,長江中華鱘開始產(chǎn)卵的臨界水溫值在18 ℃以下[22],Clanwilliam大壩下游黃魚產(chǎn)卵的臨界水溫值在19 ℃以上[57],比斯開灣的鳳尾魚產(chǎn)卵臨界水溫值在14 ℃以上[58- 59]。然而,僅依賴觸發(fā)產(chǎn)卵的臨界水溫不足以完整描述水溫對魚類繁殖的影響,因為產(chǎn)卵前期性腺發(fā)育成熟是一個較長的時間過程,而以性腺發(fā)育積溫閾值表征的是長期度量指標[60],可以更好地描述水溫對魚類繁殖的影響。例如在發(fā)育起點溫度為15 ℃和18 ℃時,歐洲鰻魚發(fā)育至性成熟的積溫閾值為900 ℃·d和1 300 ℃·d[61]。此外,由于魚類對外界環(huán)境壓力的適應性和可塑性[62- 63],魚類繁殖積溫和產(chǎn)卵臨界水溫具有一定的耐受范圍[55]。性腺發(fā)育積溫閾值和產(chǎn)卵臨界水溫閾值到達的時間共同決定了魚類的繁殖效率,如圖2(b)、圖2(c)。從水庫不同熱分層下泄水體是調(diào)節(jié)下游河道水溫的有效方式[45- 46],通過有效的調(diào)度方案可以實現(xiàn)基于水溫的河道生態(tài)保護[64]。但是,對于存在梯級水庫的河流,水庫對河流水溫的影響還存在沿程累積效應[65- 66],在確定梯級水庫調(diào)度規(guī)則時,需要對其進行系統(tǒng)性模擬分析。

針對TDG過飽和對魚類的危害,重點研究了魚類氣泡病及其癥狀[87- 88]、氣泡病的致病因素[89- 90]、魚類對過飽和TDG的耐受性[91],從而評價高壩泄水過飽和TDG的生態(tài)風險[92],如圖3(a)。這方面更多的涉及魚類生理等相關(guān)內(nèi)容,本文不做詳細陳述。值得特別一提的是水深的增加可減弱TDG過飽和對魚類的影響,這對采取補償水深降低甚至規(guī)避大壩泄水產(chǎn)生的過飽和TDG對魚類的危害具有較強的指導意義。梯級開發(fā)后形成水庫之間首尾相連的格局,上一梯級泄水產(chǎn)生的過飽和TDG在下一梯級釋放緩慢(如圖3(b)),導致影響持續(xù)至大壩下游數(shù)十甚至數(shù)百公里[92],因此需要特別關(guān)注過飽和TDG在下游水體中的釋放過程及規(guī)律研究,尤其是初始飽和度的精確確定和沿程飽和度變化的準確預測。不過,由于梯級水庫之間的水域水深較大,為魚類進行深度補償提供了有利條件,如圖3(c)。但是,最后一級水庫的下游主河槽泄水期流速較大,喜好靜水的魚類往往棲息于流速較小的灘地或近岸淺水區(qū),不利于魚類進行深度補償,需要對最后一級電站壩下近區(qū)的TDG過飽和度提出比中間梯級電站更嚴格的限制標準。因此,需要精確測定近區(qū)TDG初始含量,深入研究TDG過飽和的發(fā)生過程及其機制,從而為防控近區(qū)TDG過飽和提供依據(jù)。4 水電工程對河流底棲動物群落結(jié)構(gòu)及分布的影響

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3495074