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在泥沙动力学领域,洪水脉冲引起的涨水期河床强烈冲刷、落水期迅速淤积的“涨冲落淤”现象
十分普遍 [34-36] 。对于鱼卵而言,洪峰后的落水过程,水位、流速的快速下降,可能增加鱼卵沉底和孵
化失败的风险。王悦等 [37] 分析了 2011—2012 年卵苗径流量与洪水脉冲的涨水、高流量维持、退水等
不同过程的响应关系,发现涨水后高流量维持时间是影响卵苗规模的主要因素。王珂等 [38] 、汪登强
等 [39] 也相继披露了涨水后高流量的维持会对下游苗汛的产生具有积极作用。但是,目前的研究鲜有
报道洪水非恒定流对鱼卵运动的影响,也未建立洪水涨落过程与鱼卵孵化的响应关系。随着研究的
深入和推进,在刺激鱼类产卵后,如何创造合适的洪水涨落过程或消落期的水位缓变过程,以提高
鱼卵的自然孵化率,势必是未来研究的方向。
5 刺激鱼类繁殖的水库生态调度
生态调度分为广义和狭义两类。广义的生态调度包括生态和环境两个方面,一般是根据特定的
改善目标,如保障下游生态需水、改善河流水质、控制库湾藻华、调整水沙过程、河口压咸、减缓
水库水温影响、刺激目标鱼类繁殖、改善库区鱼类孵化条件等,采取针对性的调度方案 [1,40] 。狭义的
生态调度主要是指刺激鱼类繁殖的调度。鱼类作为河流食物链的顶级生物,可以有效指示和反映河
流生态系统的健康状况,因此国内外很多水库的生态调度主要是以刺激鱼类繁殖为目标。1970 年代
至今,美国、瑞士、澳大利亚、南非等诸多河流都相继开展了促进鱼类繁殖的水库生态调度。例
如,美国 Gavins Point 水库通过春季释放 2 次高流量洪水脉冲,促进密西西比河下游的密苏里铲鲟产
卵 [41] 。澳大利亚 Hume 水库通过恢复春季洪水脉冲,增加洪峰和洪水持续时间,刺激墨累河虫纹鳕
鲈、突吻鳕鲈等鱼类产卵 [42] 。
我国于 21 世纪初开始开展水库生态调度的相关研究和实践。戴会超等 [43] 、赵越等 [44] 通过分析四
大家鱼产卵期的历史水文过程,提出了以发电量最大为目标,洪水脉冲的日流量上涨率、上涨持续
时间等为生态约束条件,应用遗传算法、粒子群优化算法(PSO)等对生态调度方案进行求解。随着人
们生态环保意识的增强,早期以发电量最大的单目标调度方案寻优策略,逐渐向发电量与生态需求
并重的多目标寻优方向发展。戴凌全等 [45] 、蔡卓森等 [46] 以鱼类繁殖期适宜水文过程改变度最小、发
电量最大为目标,应用非支配排序遗传算法(NSGA-II)等求解水库多目标优化调度的 Pareto 最优解
集,作为生态调度的参考方案集。2011 年至今,长江三峡水库已连续 10 年进行了促进四大家鱼繁殖
的生态调度试验,实施前后的出入库流量过程如图 3 所示,从图中可以清楚看出,三峡水库通过出库
流量调节,营造了若干次人造洪峰,洪水脉冲过程较未实施前显著。然而,并非每次生态调度都能
[6]
较好刺激鱼类的繁殖行为。陈进等 [47] 、周雪等 、徐薇等 [48] 通过家鱼的卵苗量监测数据,评价了历年
三峡生态调度的效果,发现四大家鱼对不同场次生态调度的响应不尽相同,有的场次效果好,有的
场次甚至没有监测到产卵活动,当前针对四大家鱼的生态调度还存在较大提升空间。
80000 80000
入库流量 出库流量 入库流量 出库流量
70000 70000 第 一 调 度 态 次 生 生 二 次 度 调 态 第
60000 60000
(m 3 /s) 50000 (m 3 /s) 50000
40000
40000
流量/ 30000 流量/ 30000
20000 20000
10000 10000
0 0
2010/5/1 2010/6/1 2010/7/1 2018/5/1 2018/6/1 2018/7/1
(a)2010 年 (b)2018 年
图 3 四大家鱼繁殖期三峡水库实施生态调度前后的出入库流量过程对比
(2010 年未实施生态调度,2018 年实施了 2 次生态调度)
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