# 基于水文阈值的生态取水管理：大型调水工程中保护鱼卵仔鱼漂流的水量调控框架

《Frontiers in Earth Science》：Hydrological threshold-based ecological water withdrawal management for protecting fish egg and larval drift in a large water-transfer project

　　

大型河流取水工程在抽水作业与鱼卵仔鱼漂流高峰期重叠时，可能与鱼类保护产生冲突。本研究将野外水文预警与短期水量调配相结合，以长江上游金刚沱泵站为研究对象。2019年至2022年的监测数据识别出13次漂流高峰事件。漂流高峰通常出现在连续3天涨水后流量开始回落之日起0–2天内，期间日流量增幅超过10%，日水位涨幅超过0.5 m。研究人员将上述条件用于界定强化生物监测的预警窗口；在生物学确认后，在调配情景中评估了为期3天的取水中断方案。基于MIKE BASIN模型的四种调配情景对比表明，未进行优化调配的取水中断方案导致东干线缺水159.2 × 10⁴ m³，而嘉陵江补充调水仅在嘉陵江取水口生态风险未升高时，方可将缺水削减至5.9 × 10⁴ m³。与仅供水调度不同，本研究所提出的框架将生态预警与临时取水限制及协调水量再调配相结合，为在维持区域供水可靠性的同时降低鱼卵仔鱼潜在暴露提供了实践依据。

# 基于水文预警与水量调配耦合的鱼类早期资源保护框架：以长江上游大型调水工程为例

## 一、研究背景与科学问题

跨区域水资源配置工程是应对水资源时空分布不均的重要基础设施，通常由河流取水口、泵站、水库、输水干线和受水区构成统一供水网络，可显著提升生活与工业供水可靠性。然而，此类工程的运行同时也会改变取水河段及连通水体的水文水力学条件，对水生栖息地和生物过程产生潜在影响。如何在保障供水安全与减轻生态压力之间取得平衡，已成为流域管理中的关键问题，尤其在生态风险集中在短期时间窗口内出现时矛盾更为突出。

对产漂流性卵的鱼类而言，繁殖活动和下游卵苗漂流通常与流量、水位、流速、水温和浊度的变化密切相关。长江流域已有研究证实，水位上涨、流量增加、流速升高和水温上升对漂流性卵鱼类的自然繁殖和产卵栖息地适宜性具有重要调控作用。三峡大坝运行研究也表明，泄流脉冲和流量上升速率与四大家鱼产卵成功之间存在显著关联。然而，既有研究主要集中于环境流评估、生态调度、鱼类栖息地评价和流域尺度水量分配建模，对鱼类卵苗漂流高峰的早期预警与水资源调配系统短期调整之间的运行耦合关注不足。这一耦合环节至关重要，因为高生态风险期取水中断可能减少幼鱼暴露，但同时在受水区造成临时性缺水。

重庆西部水资源配置工程为此类运行问题提供了典型案例。该工程通过长江和嘉陵江双水源、多线路输水系统，为重庆市西部多个行政区供应生活与工业用水。位于长江上游的金刚沱泵站设计流量为28.60 m³/s，是工程关键取水设施之一。在鱼卵仔鱼漂流高峰期，该取水口持续抽水可能增加鱼类早期资源卷入取水设施的风险，而中断抽水则可能减少下游受水区可供水量。为此，研究人员提出以现场监测数据驱动水文预警与情景化水量调配的生态取水运行框架，旨在为大型河流取水工程中鱼类早期资源保护与区域供水可靠性协调提供运行参考。研究的科学贡献在于建立两阶段决策过程：以水文阈值识别潜在风险窗口，以生物学确认决定是否执行取水限制，并通过水量优化调配缓解短期供水缺口。

## 二、主要技术方法

本研究以长江上游金刚沱泵站取水河段和重庆西部水资源配置工程受水区为研究对象，基于2019—2022年四个繁殖季节的鱼类早期资源监测数据，量化鱼卵仔鱼漂流丰度及其与水文条件的关联，据此推导取水运行的水文预警阈值。生态监测采样断面为长江江津段通泰门断面（约106°15′05″ E，29°18′41″ N），水文数据来自朱沱水文站。研究人员采用MIKE BASIN模型构建工程节点-连线调配网络，涵盖双水源、泵站、调蓄水库、干线分水节点、连接管道及用水户单元，设置四种水量调配情景，比较生态取水限制下不同调配策略的供水缺口差异。用水需求按2030年预测人口、人均用水指标及分区工业产值和用水强度估算。模型验证侧重于内部水量平衡及与设定水库参数、输水能力、用水需求和运行规则的吻合度，结果解释为各情景间的相对差异而非实际径流预报。

## 三、研究结果

### 3.1 2019—2022年鱼类早期资源监测

四年监测记录揭示了长江上游江津段鱼卵仔鱼漂流事件的年际变化。估算漂流总丰量：2019年为10.66 × 10⁸尾，2020年为5.93 × 10⁸尾，2021年为12.35 × 10⁸尾，2022年为15.37 × 10⁸尾。2019年记录到仔鱼，而2020—2022年监测记录以鱼卵为主。优势种包括铜鱼（*Rhinogobio typus*）、圆筒吻鮈（*Rhinogobio cylindricus*）、南方鲇（*Coreius heterodon*）、草鱼（*Ctenopharyngodon idella*）、银鮈（*Squalidus argentatus*）等。高峰事件发生于4月下旬至7月上旬，各年峰值出现时间变化较大，表明漂流高峰出现在短暂的水文窗口期而非固定日历日期。

### 3.2 漂流高峰事件的水文条件

2019—2022年监测期间共识别出13次鱼卵仔鱼漂流高峰事件，水温范围为19.4 °C–23.2 °C，流量约为4,050至19,256 m³/s。在泵站满设计能力抽水条件下，其抽取量约占同期河流流量的0.15%–0.71%。分析表明，漂流高峰与水位的短期变化相关而非单一绝对流量阈值，高峰通常出现在连续3天涨水后流量开始回落之日起0–2天内。13次高峰事件的水文特征分析确定了复合运行预警条件：连续3天涨水、日流量增幅超过10%、日水位涨幅超过0.5 m。研究人员将上述水文条件用于启动强化鱼类早期资源监测，仅在生物监测确认卵苗丰度明显升高后才考虑执行生态取水限制，从而构成两阶段运行决策框架。

### 3.3 生态取水运行下的水量调配结果

在无非生态取水限制的正常运行条件下，工程供水可满足受水区生活与工业用水需求，模型未产生供水缺口。当金刚沱泵站无优化调配地中断取水3天时（情景2），缺水主要出现在东干线受水区，沙坪坝、九龙坡和江津合计缺水159.2 × 10⁴ m³，西干线受水区缺水6.5 × 10⁴ m³，总缺口165.7 × 10⁴ m³。调整干线输水策略（情景3），暂停西干线输水并优先保障东干线供水，东干线缺水降至34.0 × 10⁴ m³，较情景2减少125.2 × 10⁴ m³，但西干线受水区仍存在6.8 × 10⁴ m³的少量缺口。嘉陵江干线补充调水（情景4）效果最为显著，东干线缺水降至5.9 × 10⁴ m³，西干线无模型缺口，总缺口仅为6.9 × 10⁴ m³。然而，该策略仅在嘉陵江取水口未处于生态高风险期时方可实施，否则可能将取水暴露风险从长江转移至嘉陵江。

## 四、讨论与结论

本研究将鱼类早期资源监测、水文预警与水量调配模拟纳入统一运行框架，突破了传统供水量调配与生态保护分离管理的局限。所识别的水文预警条件——连续3天涨水后流量开始回落0–2天内——为泵站运行提供了可实时追踪的预警信号，适用于启动强化监测和后续决策。研究强调水文阈值具有站点特异性，数值不可直接移植至其他河流，但两阶段决策框架可通过本地重新率定推广至其他大型河流泵站取水工程。

研究存在若干局限：监测断面反映取水关联河段的卵苗漂流特征，而非泵站取水口内部的直接卷入量；分析识别的是生态风险窗口而非实际卵苗死亡率；4年监测可能未覆盖全部极端水文情形；模型结果依赖于设定的需求条件和水文边界。未来研究应结合取水口附近水力学实测或数值模拟，更直接地建立预警规则与卷入暴露的定量联系，并利用工程运行后的实际供水数据检验3天生态中断和补充调水策略在不同水文年型的稳健性。

研究结论认为，生态取水限制与区域水量调配应作为统一的运行过程协同规划。在生态预警触发临时取水中断时，通过工程系统内部的互联互济和优化调配可有效缓解短期供水缺口，但需在双水源系统间同步建立协调的生态预警约束，避免生态风险在不同水源之间的转移。