浅谈水库水温分层及下泄低温水对鱼类活动影响

吴云鹏　周磊

摘 要：水库水温分层及下泄低温水影响鱼类产卵、生长及捕食，因此，必须重视水温作为水生态环境因子的重要作用，采取有效减缓低温水下泄的各项措施， 实现水资源开发利用和生态保护的协调发展。

关键词：水温分层；下泄低温水；鱼类活动；协调发展

水库修建后形成了巨大的停滞水域环境 ，由于水深不同的水域接受太阳辐射的程度不同，再加之风力、入流和垂向水流交换的作用 ，水库会沿水深方向出现一定的水温分层现象 。又由于水电站泄水设施因发电要求而使泄水口高程较低，因此水库的水温分层使冬季下泄水温较天然情况高，而春、夏季下泄水温较天然情况低。水温分层特别是下泄的低温水可使鱼类在产卵、生长及捕食方面受到极不利的影响，造成鱼类资源的减产甚至某些鱼种的灭绝。因此 ，在大型水电工程的规划设计和运行管理中，必须重视水温作为水生态环境因子的重要作用 ，采取有效减缓低温水下泄的各项措施，减轻水温分层对鱼类活动的影响，从而实现水资源开发利用和生态保护的协调发展。

1 水库水温分层现象

水库蓄水后，水温的变化是一个很复杂的现象，受多种因素的控制。一般情况下，水库水温沿深度方向的分布可分为3～4个层次。分别为：①表层。该层水温主要受气温季节变化的影响，一般在10～20m深度范围；②掺混变温层。该层水温在风吹掺混、热对流、电站取水及水库运行方式的影响下，年内不断变化。该层范围与水库引泄水建筑物的位置、运行季节及引用流量有关；③稳定低温水层。一般对于坝前水深超过100m的水库，在距离水库表面60～80m以下的水体，由于受季节气温变化的影响很小，加之密度较大的低温水体下沉，将会形成一个比较稳定的低温水层。但如果电站的泄水建筑物位置较低，则情况将会有所变化；④异重流高温水层在多泥沙河流上，如有可能在水库中形成异重流，并且夏季高温浑水可沿库底直达坝前、或受蓄水初期坝前堆渣等因素的影响，则库底水温将会明显增高。

从研究水温问题的角度出发，目前，根据水库水温的分布情况，环境学界一般认为水库有3种类型：稳定分层型、混合型和过渡型。稳定分层型的水库表层温度竖向梯度大，称为温跃层，其下温度梯度小，称为滞温层；但到冬季则上下层水温无明显差别，严寒地区甚至出现温度梯度逆转现象，上层近于0℃，底层近于4℃。混合型水库无明显分层，上下水温均匀，竖向温度梯度小，年内水温变化却较大。过渡型水库介于两者之间，春、夏、秋季有分层现象，但不稳定，遇中小洪水时水温分层即消失。

2 温度对鱼类的影响

温度作为一种非常重要的生态因子，对鱼类的生长、发育、代谢等生命活动具有显著的影响。鱼类属于变温动物，其体温随水温的变化而变化，一般与周围水温相差不超过 0.5～1.0 ℃。因此，水温直接或间接地影响鱼类生长代谢、消化酶活性、蛋白质合成以及基因表达等。

低温水在温度 、组成成分方面的差异会对敏感的鱼类产生不利影响 ，低温水造成的渔业减产问题在日本 、美国 、中国等许多国家都有实例 。Philpott水电站一项关于水库水流对下游鱼类影响的调查表明 ，库区水动力环境和水温的改变会减 缓鱼类的生长 ，破坏生殖期鱼类的产卵条件 ，影响鱼类的正常行为。美国科罗拉多河流域自格伦峡坝修建后水温基本保持在9℃左右，而建坝前河水温度在0℃至30℃之间变化，见坝前后的温度变化导致3种本地鱼灭绝，还有60多个物种受到威胁。我国丹江口水利枢纽兴建以后，由于坝下江段水温降低，使该江段鱼类繁殖季节推后20天左右，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。

以上国内外资料表明，低温水的下泄将使鱼类繁殖、生长及捕食受到严世界上许多大型水库在鱼类洄游产卵期泄放的水温明显低于同期天然河道水流的水温，致使这些河流的鱼种数量锐减或濒于绝迹。

3 应对措施

在对水库水温结构及下泄水温进行正确预测和数值模拟的基础上，国内外主要采取以下三种工程措施来减缓低温水下泄：分层取水；通过动力方式破坏水温分层；水利生态调度等。其中分层取水使用较为广泛，效果较好。

3.1 分层取水

分层取水在我国相关水利工程措施中使用较为广泛。分层建筑物主要采用竖井式和斜涵卧管式。竖井式采用进水塔或闸门井，沿垂直方向设若干层闸门，通过启闭机启闭闸门以控制流量和水温.，例如广西西云江水库、四川冷家沟、总岗山水库等都采用了竖井加多层闸门的分层取水塔。斜涵卧管沿梯级斜管在不同高程设置进水口，以盖板塞作启闭.如江西枫溪水库。分层取水虽早已有之，但过去主要用于规模较小、对水温有要求的灌溉水库，而这些灌溉水库的坝高大多低于40 m。然而，对于大型水温分层型水库，由于水库流态和坝前水温分层结构比较复杂，分层取水方案的确定应建立在水工模型试验、水力学计算和结构体型反复优化设计的基础上，其闸门设计较前述小型水库更为复杂。

3.2 破坏水温分层

破坏水温分层的办法是在水库取水口一定的范围内，借助动力扰动水体或者是向水体底部输如空气，从而加强水体上下对流，进而达到破坏水温分层的目的。美国和英国曾经这种方式来缓解水温分层 ，取得了一定的效果。具体的做法是：在坝前适当的范围内，通过向水底注空气或氧气、循环向深层灌水、用水泵取表层低密度水或其它水源向下输送等动力方式 ，促进水库的上下层对流 ，破坏水温结构。爱尔兰邮电部所属的恩尼斯加水库曾在1957年安装6台气压水枪，使水体不断形成对流 ，有效减轻了库区水质分层和低温下泄水对下游珍贵鱼类的影响。

3.3 水利生态调度

水利生态调控是目前最经济有效的方法，通过对水库的流量进行调节就可以有效地消除温跃层。根据相关研究表明，在水库运行期间，合理的进行泄洪调度能有效地提高下泄水流的水温。对于具有溢洪道、表孔、中孔、深孔等多种泄流方式和不同泄流量的已建水利工程 ，在保证一定经济效益的前提下 ，进行合理的水利生态调度，如适当改变夏季的泄流量，更多地利用表层建筑物泄流 ，可以有效提高水库的下泄水温 。从而在一定程度上减弱大型水电工程对库区和下游包括水温变化在内的不利生态影响。

参考文献

[1] 胡平， 刘毅， 唐忠敏， 等. 水库水温数值预测方法 [N]. 水利学报， 2010年9月（第41卷 第9期）.

[2] 王冠. 浅谈水库水温计算方法 [J]. 吉林水利， 2007年（01期）

[3] ：（美）P·麦卡利（Patrick McCully）编著；周红云等译. 大坝经济学[M]. 第2版. 中国发展出版社， 2005年.

[4] 王冠. 浅谈水库水温计算方法 [J]. 吉林水利， 2007年（01期） .

作者简介

吴云鹏（1990.02—），男，汉族，郑州大学水文与水资源工程2010级本科生。

周磊（1991.07—），男，汉族，郑州大学水文与水资源工程2010级本科生。