《Animals》：Seasonal Fish Passage Patterns Through an Estuarine Fishway in Relation to Tidal Hydraulics
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河口鱼道（Estuarine Fishway）有助于鱼类在沿海与淡水栖息地之间移动，但其有效性会随潮汐涨落而发生显著变化。研究人员以曹娥江闸右岸鱼道为研究对象，采用野外监测与数值模拟相结合的方法，考察了潮汐水力学特性与季节性鱼类通过模式。模拟结果
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河口鱼道（Estuarine Fishway）有助于鱼类在沿海与淡水栖息地之间移动，但其有效性会随潮汐涨落而发生显著变化。研究人员以曹娥江闸右岸鱼道为研究对象，采用野外监测与数值模拟相结合的方法，考察了潮汐水力学特性与季节性鱼类通过模式。模拟结果表明，较低的外海侧水位会减小入口水深，当水位极低时，水力学连通性（Hydraulic Connectivity）会受到限制。鱼类通过活动在3–6月比9–11月更为活跃，且两个时期内自外海侧向淡水侧的移动均占主导地位。3–6月期间，上游通过峰值出现在高潮（High Tide）前后；而9–11月期间，峰值则出现在低潮（Low Tide）前后，表明通过时机的季节性差异与潮汐周期密切相关。此外，鱼类通过活动在大潮（Spring Tides）期间和白天时段总体更为活跃。上述发现凸显了入口连通性（Entrance Connectivity）与季节性通过时机对河口鱼道设计与运行的重要相关性。
论文解读文章
一、研究背景与问题提出
河口是连接海洋、河口与淡水生态系统的生态过渡带，许多鱼类在不同生活史阶段利用不同栖息地进行繁殖、补充、摄食和越冬，从而维持河流、河口及近岸生态系统之间的功能连通性。然而，河流下游及河口地区的堤坝、堰、水闸和潮汐控制建筑物阻断了鱼类的纵向移动，改变了水文过程和栖息地条件，对洄游性及依赖河口的鱼类产生了持续性影响。在必须保留河口控制建筑物以发挥防洪、挡潮或水资源管理功能的条件下，鱼道成为缓解生境破碎化、维持海淡水间鱼类移动的重要手段。
然而，鱼道的建设本身并不能确保河流连通性的有效恢复，其性能取决于鱼类能否到达并定位入口、进入设施并最终完成通过。河口鱼道的显著特征在于外海侧潮汐边界持续变化：当淡水侧水位相对稳定时，潮汐波动周期性改变鱼道两侧的水头差（Head Difference）和流向，从而改变入口水深、淹没状态及内部流场。这一效应沿鱼道传播，形成水力学连通性、入口流量和内部水力学条件的连锁变化。与此同时，鱼类到达鱼道附近的丰度、洄游动机和游动能力也随季节变化，因此河口鱼道的通过效率本质上取决于周期性变化的水力学条件与季节性洄游需求之间的时间匹配。
目前对这一匹配机制的理解存在三个层面的不足：其一，大多数河口连通性研究聚焦于潮汐闸门、涵洞和潮汐坝，针对长距离专用河口鱼道的野外研究极为匮乏；其二，鱼道水力学评价通常仅在少数固定水位或流量情景下进行，无法反映整个潮汐周期内水头差、入口淹没和内部水力学条件的连续变化；其三，鱼类监测与水力学分析常独立开展，缺乏将连续潮汐变化、水力学连通性、内部流场与季节性通过活动系统关联的研究。
二、研究内容与主要技术方法
本研究以曹娥江闸右岸鱼道为对象，围绕三个核心问题展开：潮汐水位变化如何影响入口水力学连通性、水面线及内部流场；鱼类通过活动在季节、潮汐阶段和昼夜尺度上存在何种差异；上游和下游通过强度与水头差、潮汐水位变化率及潮汐类型之间存在怎样的关联。研究创新点在于将潮汐变化、入口连通性和内部水流条件与长距离专用河口鱼道中的季节性鱼类通过表现联系起来。
研究人员采用的主要技术方法包括：其一，利用Oculus M1200d多波束成像声呐（Multibeam Imaging Sonar）在鱼道出口段附近进行连续鱼类通过监测，人工判读声呐影像以确定通过方向并逐一计数；其二，基于2025年1月至2026年6月的连续外海潮位记录构建平均潮汐曲线，划分潮汐阶段与潮汐类型；其三，采用FLOW-3D建立鱼道三维水动力学模型，使用RNG k–ε湍流模型和VOF方法追踪自由水面，模拟不同外海潮位下的水面线、水深和流速分布；其四，采用负二项广义线性混合模型（Negative Binomial Generalized Linear Mixed Model）对30分钟分辨率的通过计数进行统计分析。样本数据来源于2025年5–6月、9–11月及2026年3月、6月的30个监测日，共包含961个有效30分钟观测区间，合计480.5小时有效监测时长。
三、研究结果
3.1 不同潮位下鱼道水力学特征
数值模拟显示，外海潮位对水深的影响在空间上不均匀。淡水侧出口段、直线段1和弯曲段水深变化较小，而水深削减主要集中在直线段2下游端至鱼道入口段。当外海潮位降至1.16 m时，入口段水深降至0.51–0.61 m，均值约0.55 m，水力学连通性仍可维持；当外海潮位降至0.20 m时，入口处水柱出现局部不连续，表明水力学连通性有效丧失。在监测日期内，满足0.50 m入口水深筛选标准的时段在每12小时潮汐周期中持续5.7–6.2小时。流速分布方面，在正水头条件下主流流速普遍达0.4–0.7 m/s，而静水区（Resting Pool）和回流区内超过80%的面积流速低于0.3 m/s，为弱游泳能力鱼类提供了休憩和恢复空间。
3.2 代表性日期通过丰度的昼夜变化
3–6月期间，上游通过全天持续发生，主要峰值出现在涨潮期并延续至落潮初期。6月18日主峰出现在08:45–12:45，占当日上游总量的62.2%，单30分钟最大通过计数达739尾。9–11月期间，通过活动同样以上游为主，但丰度较低且呈离散峰值特征。9月27日主峰出现在08:15–11:45，占当日上游总量的56.4%；11月12日通过活动更为稀疏，最大通过计数仅23尾。两个时期的峰值均出现在落潮接近低潮时段。清晰目标样本的体长均值在6月为17.6 ± 3.4 cm，在9月和11月为26.8 ± 6.7 cm，两样本体长分布差异显著。
3.3 通过强度的潮汐阶段分布与昼夜节律
3–6月期间，通过强度从涨潮初期至涨潮末期逐渐增加，落潮初期维持高位，落潮末期下降。四个潮汐阶段的总通过强度分别为207、371、344和130 ind/h，最大值出现在涨潮末期，落潮初期仅低7.2%，共同构成高潮前后的高强度通过时段。9–11月期间，通过强度在涨潮初期最高，落潮初期降至最低，落潮末期再次回升，四个阶段总强度分别为57、29、8和43 ind/h。上游通过强度在9–11月各潮汐阶段均显著低于3–6月，调整后比值范围为0.03–0.18。昼夜节律方面，两个时期均以白天通过为主，3–6月呈现早晨主峰和傍晚次峰，9–11月高峰集中在08:00–13:00，无明显的傍晚峰。
3.4 通过强度对水头差、潮位变化率及潮汐类型的响应
3–6月期间，高上游通过强度主要出现在正水头条件下的涨潮和落潮期。主高值区出现在快速落潮阶段（变化率?1.5至?1.1 m/h，水头差2.25–3.75 m），区域平均强度约548 ind/h，最大值达1252 ind/h。9–11月期间，涨潮期高值区出现在变化率0.9–1.3 m/h、水头差?1.25至0.75 m条件下，区域均值约54 ind/h；落潮期高值区出现在变化率?0.9至?0.3 m/h、水头差4.75–5.75 m条件下，区域均值约41 ind/h。潮汐类型方面，3–6月大潮与中小潮差异相对温和；9–11月大潮期间各阶段通过强度均高于中小潮，其中涨潮初期和落潮末期差异最大，比值分别达16.45和4.39。
3.5 基于模型的通过强度分析
负二项广义线性混合模型结果表明，监测时期是影响通过强度最一致的变量：9–11月相对于3–6月，上游通过强度调整后比值为0.033–0.177，下游为0.024–0.102，各潮汐阶段差异均显著。大潮期间上游通过强度为中小潮的1.702倍，日均气温每升高1 °C对应上游通过强度增加13.5%。昼夜时段与两个方向的通过强度均显著相关，06:00–12:00时段上游通过强度最高。水头差和潮位变化率的平均线性关联在两个方向上均较弱，置信区间包含1。
四、讨论与结论
讨论部分指出，3–6月的高通过强度与历史网捕记录中刀鲚（Coilia ectenes）和?（Hemiculter leucisculus）等小型鱼类的季节性繁殖洄游相符，其通过高峰集中在高潮前后，可能与选择性潮汐输运（Selective Tidal Stream Transport）行为有关。9–11月通过活动较为稀疏且集中在低潮前后，声呐目标体长较大，历史记录中鳙、鲢、鲫、翘嘴鲌等中大型鱼类更为突出，可能反映摄食和季节性栖息地利用等不同洄游动机。入口连通性和内部水流条件是决定鱼道通过效率的关键因素，设计运行应综合考虑入口水深筛选标准、入口流可探测性、内部主流路径和低速休憩空间。研究局限性包括水力学验证仅覆盖单一潮位下的表面流速、声呐无法识别物种、体长测量仅来自四个日期的清晰目标、监测在不同时期和年份间不平衡等。未来研究建议在入口和出口同步监测、结合个体标记追踪、并整合水力学、环境和生物监测。
研究结论可概括为以下四点：第一，外海潮位的水力学效应在空间上不均匀，入口是低潮时的主要水力学敏感区，模拟显示外海潮位0.20 m时入口连通性局部丧失，1.16 m时入口平均水深约0.55 m；第二，鱼类通过活动在峰值潮汐阶段和昼夜节律上均呈现季节性差异，3–6月上游通过集中在高潮前后，9–11月集中在低潮前后，且两时期均以白天通过为主；第三，出口监测段上游通过强度与水头差和潮位变化率的特定组合相关，大潮期间通过活动总体更为活跃；第四，河口鱼道的有效通过取决于潮汐水力学条件与季节性洄游特征之间的动态匹配，设计运行应维持入口连通性和内部通道与休憩空间的连接，使运行时段与季节性通过活动和潮汐条件相适应，并整合水力学、环境和生物监测。
