《Ecohydrology & Hydrobiology》：The impact of hydrological regime changes induced by run-of-river hydroelectric stations on fish spawning
编辑推荐：
中国水电开发导致下游径流量减少，威胁鱼类产卵栖息地。通过水力类比、常规水力分析与集成方法，评估了科河电站对鲑鱼属（Schizothorax spp.）产卵的影响。研究发现：旱季（2-5月）电站无调节能力，不改变水文条件；丰水期（9-10月）电站运行使流量减少达21.36 m3/s，占比27.89%-62.21%。主产卵期（9-10月）流速为1.34-2.44 m/s，10月流速多超出 optimal范围（1.5-2.5 m/s），9月仍较适宜；9月水深0.78-2.58 m，2、5、6断面减少>0.24 m；适宜产卵面积/河长比从10.86降至5.48-26.62 m2，U型河床与粗糙基质（砾石、卵石）更有利。研究结果凸显水电规划需考虑生态水文异质性以减少产卵栖息地影响。
Jing Zhang | Wu Sha Ji Pi | Zi Jing Chen | Shi-Tao Peng | Bing Xing | Tao Lan | Er Di A Bi
重庆交通大学河海学院，中国重庆
摘要
随着中国径流式水电的迅速发展，受影响河段的流量减少，人们开始担忧鱼类产卵栖息地的适宜性。本研究利用水文类比法、传统水文分析方法和综合方法，评估了克河水电站对Schizothorax属鱼类产卵栖息地的影响，研究地点位于分流点下游流量减少的六个断面。主要发现包括：(1)在枯季（2月至5月），由于水库缺乏蓄水能力，大坝不会改变水文条件；然而在9月和10月的发电高峰期，流量减少了多达21.36立方米/秒，占月平均流量的27.89%–62.21%。(2)主要产卵期（9月至10月）的流速范围为1.34至2.44立方米/秒，10月的流速大多低于最佳产卵范围（1.5–2.5立方米/秒），而9月仍基本适宜产卵。(3)9月的水深在0.78至2.58米之间，其中2、5、6号断面的水深减少幅度最大（超过0.24米）。(4)大坝运行后，每米河长的适宜产卵面积从10.86平方米下降到39.50平方米，再降至5.48–26.62平方米。U形河段和粗糙底质（如卵石和鹅卵石）提供了更有利于产卵的条件。
引言
亚洲拥有世界上最大的水电潜力，理论储水量占全球总量的47.2%（Xu等人，2018年）。42个主要河流流域覆盖了该大陆56%的面积，凸显了水电开发在其中的核心作用（Chen和Wang，2024年）。中国在该领域处于领先地位，预计水电潜力为345吉瓦（Yuguda等人，2023年），截至2023年装机容量达到4.3亿千瓦，占其能源基础设施总量的14.29%。水电能够提供可靠的能源、水资源储存和防洪功能，这使其区别于其他可再生能源（Tsai等人，2018年）。抽水蓄能等技术的进步进一步增强了电网稳定性和防洪能力（Kong等人，2017年；Yan等人，2021年）。然而，这些优势也带来了显著的生态代价，包括栖息地破碎化、沉积物输送改变以及下游营养物质流量减少（Naranjo Silva和álvarez del Castillo，2021年；Zhang等人，2015年）。
水电开发具有双重影响。一方面，水库优化了水资源分配，用于生活、农业和工业用途，例如加纳通过优化水库管理改善了水资源利用（Owusu等人，2016年），并通过综合水文-水力模型降低了洪水风险（Zhang等人，2023年）；另一方面，大坝导致河流系统破碎化，使下游河段干涸，破坏了水生栖息地（Ehsani等人，2017年）。径流式水电站的运行不可避免地改变了自然水流模式，尤其是在分流点下游的流量减少区域（Yu等人，2021年）。例如，三峡大坝扰乱了长江的营养物质输送（Zhang等人，2016年），而湄公河和亚马逊河流域的大坝导致了生物多样性的下降（Baird等人，2021年）。径流式水电站通常通过将水从大坝引向发电站利用水头发电，发电后将水返回河流。因此，在大坝和发电站之间形成了干涸的河段，流量显著减少。这些连锁的水文、地貌和生态影响要求在水电规划和运行中充分考虑生态影响。
大坝深刻改变了水生生态系统。上游水位上升导致水体分层和富营养化，例如伊朗的扎扬德河大坝，夏季分层与全年富营养化现象同时发生（Ziaie等人，2019年）。下游流量减少重塑了河床，改变了水文模式，例如巴拉贾尔河在大坝建设后的河道形态变化（Biswas和Pani，2021年）。这些变化威胁到了依赖特定水力条件的水生生物多样性，尤其是鱼类（Kuriqi等人，2021年）。像Coreius guichenoti这样的洄游物种因路径受阻而面临灭绝风险（Gao等人，2022年），而巴西波尔图普里马维拉大坝中的底栖生物群落崩溃破坏了食物网（Granzotti等人，2018年）。
高海拔冷水鱼类，如Schizothorax属鱼类，对这些变化尤为敏感。它们是亚洲高海拔河流的特有物种，对栖息地有严格的适应性要求，其产卵成功率与水力参数密切相关。研究表明它们有两个繁殖季节（9月至10月和2月至3月），与最佳水深（0.5–1.5米）和流速（1.5–2.5米/秒）相匹配（Purohit等人，2022年；Zhou等人，2019年）。然而，径流式水电项目改变了大坝与发电站之间的下游流量，改变了流速-深度关系，并使关键产卵区干涸（Bai等人，2022年）。尽管Schizothorax卵具有耐缺氧和寒冷的能力，但它们需要稳定的底质和一致的水力条件，因此对流量变化非常敏感（Zhang等人，2024年）。
本研究考察了克河水电站对Schizothorax（如Schizothorax wangchiachii、Schizothorax davidi）在沈峪河流域产卵栖息地的影响，填补了关于径流式大坝如何影响水力适宜性的研究空白。通过量化大坝建设后的流量、水深和底质稳定性的变化，我们旨在为平衡能源生产和生态保护的可持续水电实践提供依据。
研究区域
研究区域包括克河水电站大坝至发电站之间的11.7公里河段，位于中国沈峪河流域——这是金沙江下游的一条主要左岸支流（图1）。沈峪河位于云贵高原东部边缘（北纬26°21′–26°58′，东经102°22′–102°43′），全长95.72公里，流域面积1385平方公里。从水文角度来看，该河具有明显的季节性变化：
河流流量的变化
在克河水电站建设之前，沈峪河的年流量在28.92至32.62立方米/秒之间。洪水期（6月至10月）占总年流量的80.10%，月平均流量为55.56–62.67立方米/秒；正常期（11月至1月）占总流量的12.21%，月平均流量为14.13–15.94立方米/秒；枯季（2月至5月）流量最低，月平均流量为
结论
随着中国径流式水电站的快速发展，受影响河段的流量显著减少，引发了人们对鱼类产卵栖息地适宜性的担忧。本研究结合了水文类比方法、水文方法和综合方法，评估了克河水电站大坝对沈峪河流域Schizothorax属鱼类产卵栖息地的影响。主要结论如下：
作者贡献声明
Jing Zhang：调查、概念构思。Wu Sha Ji Pi：方法论、数据管理。Zi Jing Chen：写作——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督。Shi-Tao Peng：写作——审稿与编辑。Bing Xing：监督、软件使用、项目管理。Tao Lan：调查、数据分析。Er Di A Bi：资源协调、调查。
