水库泄水排沙引起水环境变化对下游鱼类影响综述

水库泄水排沙引起水环境变化对下游鱼类影响综述

吴怀立

重庆交通大学

摘要：水库的建设运行在带来巨大的经济社会效应的同时，也威胁着下游鱼类的生存。针对水库泄水排沙对下游鱼类的影响，从水库泄水引起的总溶解气体过饱和、水温变化以及排沙引起的含沙量改变这三个方面，将国内外水库泄水排沙对下游鱼类影响研究状况进行综合评述，并探讨了今后重点研究方面：开展TDG过饱和对中上层、上层鱼类的影响以及含沙量、水温、过饱和TDG等多因子耦合作用对鱼类生存的影响研究。

关 键 词: 泄水排沙；鱼类生存环境影响；总溶解气体过饱和；水温；含沙量

1、引言

一般情况下，为调节水资源以及获得电力资源等经济效益，通常会在河流的上游建设水库。但是，在水库建设完成后，河道上来水来沙条件的改变会下游河道在生态、河床淤积等方面产生重大影响。而在水库运行期间，不合理的泄水排沙活动也会在一定程度上改变下游的河道生态环境，对生存在其中的生物特别是鱼类产生巨大的危害。为明确水库泄水排沙对下游鱼类的影响，本文从水库泄水引起的下游总溶解气体过饱和及写谁时水温变化对鱼类的影响以及排沙引起的下游含沙量的改变对鱼类的影响这三个方面，叙述水库泄水排沙对下游鱼类的影响，并结合国内研究现状，指出现有成果的不足，对今后研究提出建议。

2、泄水对下游鱼类影响

2.1总溶解气体过饱和对鱼类的影响

所谓总溶解气体过饱和，是指在水库高速泄水期间，下泄的水流将空气中的气体卷入水体当中，由于高速而下的水流会使得坝下水体水压升高，进而使的被卷入水体中的气体周围水体的水压升高，从而导致水体中总溶解气体（TDG）过饱和[1]。当TDG饱和度超过大气压和静水压力之和时，会使得鱼类罹患气泡病。气泡病是一种影响居住在气体过饱和水体中水生动物的环境性疾病，主要有外部症状和内部症状两方面。实验研究发现暴露于TDG过饱和水体中的鱼类，具有明显的气泡病外部症状，主要表现为皮肤、鱼鳍上充满气泡，眼球突出，出血，行为异常等。其中，最为常见的是皮肤和鳍条之间的气泡，其大小和位置随着疾病的严重程度和鱼的种类变化。上述气泡病症状对鱼类游泳能力、回避障碍物的能力以及觅食能力等有着重要影响,会对鱼类的生理和行为造成影响，严重时会导致鱼类死亡[2]。关于TDG过饱和的影响，早在1965年就有相关的研究确定其对鱼类有潜在的危害[3]。金沙江向家坝库区曾因泄水引起气体过饱导致几十吨鱼类的死亡。因此，当前对修建水库对下游鱼类的影响中，研究因泄水引起的TDG过饱和对下游鱼类的影响，以及如何减缓TDG过饱和，以减少鱼类的损失是当前研究的重中之重。

2.1.1  鱼类对TDG过饱和的耐受性

在研究鱼类对TDG过饱和的耐受性方面，冀前锋等[4]通过室内试验，研究了在TDG过饱和恒定及渐变式两种情况下齐口裂腹鱼的耐受性，其研究结果表明，与齐口裂腹鱼在TDG饱和度维持在120％下胁迫24h，其半致死时间为27.7h；在TDG饱和度时均值相近的情况下，受TDG过饱和110％～130％渐变式胁迫24 h试验鱼的半致死时间较TDG过饱和120％恒定胁迫24 h降低58.2％，而先承受115％TDG过饱和胁迫72 h后，再经历110％～130％渐变式胁迫24 h的试验鱼较TDG过饱和恒定胁迫24 h降低了72.5％；低水平TDG过饱和胁迫对齐口裂腹鱼具有一定的损伤作用，与健康试验鱼直接进行110％～130％渐变式胁迫24 h相比，先经历1l5％TDG过饱和胁迫72h后再受TDG过饱和渐变式胁迫24 h，试验鱼的半致死时间降低25.4％；王远铭等[5]将齐口裂腹鱼持续暴露在TDG饱和度分别为120％、125％和130％的水体中，结果发现齐口裂腹鱼的半致死时间随气体饱和度的升高而降低；Chen 等[6]的研究表明中国胭脂鱼对TDG耐受阈值为125％。吴凡等[7]对草鱼和鲢鱼受精卵、仔鱼和幼鱼的研究表明气体饱和度水体对鱼受精卵的发育和孵化无显著影响，气体过饱和对仔鱼与幼鱼都会产生致死效应，但仔鱼的气体过饱和耐受能力高于幼鱼。

2.1.2  鱼类对TDG过饱和水体的回避性

在研究鱼类对TDG过饱和水体的回避性方面，曾晨军等[8]以金沙江梯级电站溪洛渡至向家坝江段为研究对象，通过构建立面二维TDG动态模型研究了TDG过饱和对下游鱼类的胁迫效应。结果表明野生鱼类虽然在一定程度上可以规避TDG过饱带来的危害，但网箱养殖的鱼类由于活动空间的受限，受到TDG过饱的危害较大。Cao等[9]在向家坝下游网箱中开展 TDG 过饱和对胭脂鱼幼鱼的胁迫试验结果表明，水体平均饱和度为123％时，放置在 0~1 m网箱深度的胭脂鱼幼鱼死亡率达80％，而放置在2~3 m网箱深度的胭脂鱼幼鱼，死亡率仅为6.25％。

2.2水温变化对鱼类的影响

水库建成运行后，垂向水温分布通常会沿水深呈现明显的季节性分层分布，一些水库内的温度梯度可达3.8℃/m，并在时间上表现为春夏水温偏低，秋冬水温偏高的现象

[10]，[11]，[12]。由于鱼类属于变温动物，其生长繁殖受温度影响较大，当水库采用传统底层方式取水时，下泄低温水会对下游鱼类的生长繁殖造成一定的不利影响[13]。水温不仅直接影响鱼类新陈代谢的强度，从而影 响鱼类的摄食与生长，而且可以通过影响鱼类生存的 生物、非生物环境条件，对鱼类生长发育产生相应作用。我国丹江口水利枢纽兴建以后，由于坝下江段水温降低，使该江段鱼类繁殖时间推后 近１个月，当年出生幼鱼的生长速度减慢、个体难以长大。比较建坝前后冬季的数据，该江段草鱼当年幼 鱼的体长和体重分别由建坝前的34ｍｍ、780ｇ，下降至建坝后的297ｍｍ、475ｇ。三峡水库虽然为混合型水库，但下泄水水温较原河流状态下出现迟滞，达到四大家鱼繁殖水温的时间较建坝前推迟，相应地，冬季降温的迟滞导致中华鲟繁殖时间后延［14］。

3、结语

综上所述，当前国内外泄水排沙活动引起水环境变化对下游鱼类影响研究取得一定进展，但也存在以下需要改进的地方：

由于国内对于气体过饱和对鱼类影响研究起步较晚，研究鱼类的种类较少，多以底层鱼类（岩原鲤、胭脂鱼、齐口裂腹鱼等）为主要研究对象。而我国鱼类多样性丰富，中上层、表层鱼类更易受TDG过饱和伤害。且当前研究大多仅以气体饱和度这一单一变量进行研究，而天然河道中水文水质条件复杂，其他环境因子也可能增加TDG过饱和对鱼类的伤害。因此，有必要进一步开展 TDG 过饱和对中上层、表层鱼类的影响以及含沙量、水温、过饱和TDG等多因子耦合作用对鱼类生存的影响研究。

参考文献

[1]尹清杰,刘晓庆.总溶解气体过饱和对鱼类影响研究进展[J].人民长江,2020,51(08):78-83.

[2]谭德彩. 三峡工程致气体过饱和对鱼类致死效应的研究[D].西南大学,2006.

[3]Ebel W J . Supersaturation of nitrogen in the Columbia River and its effect on salmon and steelhead trout. Fish Bull, 1969.

[4]冀前锋, 王远铭, 梁瑞峰,等. 总溶解气体渐变饱和度下齐口裂腹鱼的耐受特征[J]. 四川大学学报:工程科学版, 2019, 051(003):130-137.

[5]王远铭,张陵蕾,曾超,李克锋.总溶解气体过饱和胁迫下齐口裂腹鱼的耐受和回避特征[J].水利学报,2015,46(04):480-488.

[6]Chen S C ,  Liu X Q ,  Jiang W , et al. Effects of total dissolved gas supersaturated water on lethality and catalase activity of Chinese sucker (Myxocyprinus asiaticus Bleeker)[J]. Journal of Zhejiang University SCIENCE B, 2012.

[7]吴凡,杜开开,柳凌,魏念,倪朝辉,李云峰.气体过饱和对草鱼和鲢受精卵、仔鱼和幼鱼的影响[J].淡水渔业,2020,50(04):91-98.

[8]曾晨军,莫康乐,关铁生,陈求稳,李婷,张辉.水库泄水总溶解气体过饱和对鱼类的危害[J].水利水运工程学报,2020(06):32-41.

[9]Lu Cao,Yong Li,Ruidong An,Yuanming Wang,Kefeng Li,Kurt Buchmann. Effects of water depth on GBD associated with total dissolved gas supersaturation in Chinese sucker ( Myxocyprinus asiaticus ) in upper Yangtze River[J]. Scientific Reports,2019,9(7).

[10]Yuan Y ,  Wang Y ,  Zhou C , et al. Tolerance of Prenant's Schizothoracin Schizothorax prenanti to Total Dissolved Gas Supersaturated Water at Varying Temperature[J]. North American Journal of Aquaculture, 2018.

[11]张少雄. 大型水库分层取水下泄水温研究[D].天津大学,2012.

[12]安磊. 基于水温对鱼类产卵行为影响的高坝下泄合理流量研究[D].重庆交通大学,2018.

[13]张陆良,孙大东.高坝大水库下泄水水温影响及减缓措施初探[J].水电站设计,2009,25(01):76-78+81.

[14]张士杰,刘昌明,谭红武,李国强.水库低温水的生态影响及工程对策研究[J].中国生态农业学报,2011,19(06):1412-1416.