关键词:
中华鲟
产卵场
地形
河床质
演变
摘要:
据2017~2020年期间进行的中华鲟(Acipenser sinensis)自然繁殖生态调查报告,葛洲坝下近坝江段已连续几年未观测到中华鲟的自然繁殖活动,这可能与该区域的非生物环境变化有较大关系。地形是形成流速等非生物环境因子的重要因素,底质是中华鲟进行自然繁殖活动的关键环境因子。因此本研究结合水声学的方法和水下视频影像技术,研究水声学特征与底质表观特征的相关性,并描述葛洲坝下中华鲟产卵场的地形(1999~2020)和底质(2004~2020)演变过程,结合长江流域的水文事件揭示变化规律,并分析地形、底质变化与中华鲟自然繁殖状况的相关性,通过产卵年份捞卵区域的地形和底质数据提取,分析自然繁殖适宜地形和底质,最终为中华鲟人工模拟产卵场的构建、中华鲟潜在产卵场的筛选和葛洲坝下中华鲟产卵场的恢复与重建提供科学依据。主要研究结果如下:经过相关处理得到的1999~2020年的高程数据分析结果表明,1999~2020年期间,葛洲坝下约8.5 km江段的地形发生了一定程度的改变,其地形变动主要集中在1999~2007年,每年地形变化大于1 m的区域占比超过30%,2007年后地形变化大于1 m的区域占比在12~26%,2013~2015年该江段被冲刷,变化有所增加,2015~2020年冲淤交替进行。在以往部分学者提出的相关关系不可用的情况下,重新构建了底质水声学特征与底质表观特征的相关性。结合水声学的方法和水下视频影像技术的研究结果表明,充塞度(E)和硬度(H)之间的关系可以用Boltzmann模型进行拟合,方程表示为:E=3+95/(1+exp((H-0.00679)/0.00232))(R2=0.74),平均粒径(D)和粗糙度(R)之间的关系可以用logistic模型进行拟合,方程表示为:D=285-285/(1+R/0.000824)(R2=0.87),分形维数则与底质的主要组成相关。结合底质特征之间的相关关系,分析葛洲坝下中华鲟产卵场的底质演变。结果表明,粗糙度、硬度、分形维数三种水声学参数变化趋势一致,在2004~2007年上升,在2008~2012年下降,2013~2019年持续增加,2020年开始下降,但变化幅度有所区别。通过粗糙度-粒径相关方程将研究区域的粗糙度转换为粒径,发现葛洲坝下江段底质的主要变化如下:含沙的基质比例在2004~2008年期间减少33.08%,在2008~2012年期间增加12.69%,在2012~2015年期间减少33.83%,2019年相比2015年减少6.29%,2020年含沙量回升,相比2019年增加39.37%。2004~2020年期间,底质基质经历从含大量沙、含适量沙到含极少量沙,最后沙量回升的过程。提取并分析产卵年份捞卵区域的高程和水声学参数,结果显示中华鲟的适宜产卵地形可能较平缓,且可能为负坡地形。捞卵区域的硬度的范围较为集中,粗糙度和分形维数波动较大,依据各自的相关关系判断其适宜底质充塞度在20~80%之间、底质粒径均值在88~220 mm之间、底质类型主要组成为中小型卵石。借助长江流域发生的水文事件能够揭示地形和底质的变化规律。葛洲坝下中华鲟产卵场地形的变化在2007年前主要是三峡大坝蓄水运行、洪水冲淤和人类活动,之后的地形变化主要是边界区域的自然冲淤,中华鲟自然繁殖中断的原因可能不是1999~2020年期间的地形变化。水利工程的建设运行、长江流域洪水的发生以及人类活动均会影响河床质的演变进程:三峡大坝蓄水运行造成的清水下泄会导致其下游的推移质持续减少,长江流域洪水的发生有利于泥沙从上游向中下游转移,河势调整工程和泥沙调度等人类活动则会直接影响泥沙含量的变化。其中2013~2019年期间持续的底质冲刷对中华鲟的影响极大,中华鲟自然繁殖活动从不连续发生到完全中断,底质变化与中华鲟自然繁殖状况明显相关。本研究结合水声学方法和水下视频技术,构建了底质水声学特征和表观特征的相关关系,并通过空间分布分析阐述葛洲坝下中华鲟产卵场的地形和底质演变,借助长江流域的水文事件揭示变化规律,解析中华鲟自然繁殖状况与地形、底质变动的相关关系,最终推测中华鲟自然繁殖的适宜地形和底质,推断中华鲟自然繁殖中断的原因,为今后系统开展中华鲟人工模拟产卵环境和中华鲟自然繁殖的恢复措施研究积累了基础数据,为中华鲟的野外种群重建提供了参考。