葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件的影响

建立中华鲟产卵场三维水流数学模型,模拟葛洲坝电厂不同调度情况下产卵场水流条件;分析了葛洲坝下游近坝段适宜中华鲟产卵的水深、近底层流速和两者叠加的区域范围;研究了葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件影响,并初步提出了中华鲟产卵场水流条件改善措施。研究结果表明:葛洲坝下泄流量在15 000～6 000 m3/s范围变化时,适宜中华鲟产卵的水流区域范围随下泄流量减小相应减小;在下泄流量为6 000 m3/s情况下,若下泄流量全由大江电厂泄流时有利于增大大江尾水区适宜产卵的水流区域范围。     

葛洲坝电站运行对中华鲟产卵场水流条件的影响

葛洲坝修建后,中华鲟被迫于每年10~11月在葛洲坝下游产卵繁殖。但三峡水库蓄水后,中华鲟产卵期,葛洲坝来水量减小,使中华鲟产卵场水流条件发生变化,从而对其自然繁殖产生不利影响。通过建立中华鲟产卵场二维水动力模型,在探讨中华鲟产卵场适宜水流速、流量和葛洲坝机组增容的基础上,提出2种葛洲坝水电站生态优化调度方案。结果表明:改变发电流量泄流位置将一定程度改善中华鲟产卵场水流条件,但增加机组额定发电流量对改善产卵场水流条件作用有限。     

中华鲟产卵区水流特征分析及二维数值模拟

随着三峡水库和葛洲坝水利枢纽联合调度的实施,改变了长江自然径流的时空分配,长江中下游的地貌、水文条件、水文特征、水力学条件将发生改变,原有已经稳定的中华鲟产卵场地的地形和水流状态也会受到影响.以实测流速脉动试验为基础,分析了中华鲟产卵场产卵期流速的时空分布规律.对长江中华鲟产卵场江段进行了二维数值模拟,以实验资料进行了验证,并对该计算区域的地形、水流特征进行了分析.     

三峡水库对下游水力学要素的影响

文章模拟计算了三峡水库建库前后,葛洲坝下游中华鲟产卵场水力学要素的变化,并对模拟结果进行分析.结论表明:三峡水库建坝后各水力学要素,如流速、过水面积、弗劳德数、切应力等水力学参数都有不同程度的减小,从而改变了原有河流生态系统的平衡.根据对2003年后中华鲟产卵次数及数量的观测表明,以上变化可能对中华鲟的繁殖产生一定的影响.     

葛洲坝下游河势调整工程对中华鲟产卵场的影响

水文水力条件的变化会给水生生物繁殖栖息带来一系列的影响,评估这些影响能为保护和重建物种栖息地提供科学依据。本文以葛洲坝下游河势调整前地形(2003年)和河势调整后地形(2008年)作为边界条件建立二维非恒定流水动力学模型,模拟中华鲟产卵场整个产卵期的水流变化特征。通过对比河势调整前后中华鲟产卵场地形、流场和涡量的变化,流量变化过程中各水流参数与相关系数的变化,以及河势调整工程给产卵场水力条件带来的变化,对照河势调整前后中华鲟产卵位置和资源量的变化进一步分析了其对中华鲟产卵的影响。结果显示,河势调整使中华鲟上产卵区河床高程抬升,流场紊动程度加大,水流结构随着流量变化的相关性减小;使下产卵区流场紊动程度减小。     

从野外监测看中华鲟自然繁殖

中华鲟生在长江,长在大海。金沙江得天独厚的底质和水流条件是中华鲟理想产卵场。葛洲坝的修建阻隔了中华鲟洄游到上游产卵场的通道。1982年中华鲟在葛洲坝下找到了新的产卵场自然繁殖,三峡大坝蓄水后这个产卵场的状况如何呢?近三年调查结果表明,三峡大坝蓄水后中华鲟在葛洲坝坝下水域仍能够进行自然繁殖。     

中华鲟产卵栖息地的生态需水量研究

分析了葛洲坝坝下中华鲟产卵场近20年的水文资料和实测的产卵场地形和水力数据，用Tennant法通过历史水文资料计算得到了不同栖息地状况下的生态需水量范围，其中最佳范围为7800~13000 m3/s；采用IFIM法将中华鲟对栖息地流速、水深、底质的喜好性纳入考虑, 并利用地理信息系统技术结合中华鲟产卵场水动力模拟结果计算了不同流量边界条件下的适宜栖息地面积，并得到中华鲟产卵时生态需水量范围为5000~15000m3/s, 随后利用各年实测的中华鲟产卵日的流量数据验证了该结果的正确性；同时还得出当流量入口为葛洲坝大江电厂和二江电厂时，产卵场适宜栖息地面积比其它几种入口工况的大；且同流量下基于1999年地形得出的适宜栖息地面积远大于基于2003年地形得出的适宜栖息地面积。     

补偿中华鲟产卵场水动力环境的梯级水库联合生态调度研究

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽工程的建设和运行阻隔了长江部分洄游鱼类的洄游通道,梯级水库的联合调度运行改变了坝下河道天然径流过程,对被迫在坝下形成新产卵场的珍稀水生物中华鲟的产卵繁殖产生一定影响。为有效保护中华鲟资源,在明确梯级水库调度运行与中华鲟产卵场产卵适合度相关性分析的基础上,提出优化三峡下泄流量和葛洲坝运行方式相结合的三峡—葛洲坝梯级水库生态调度方式,以补偿中华鲟产卵栖息所需的河流生境。通过以三峡水库的实际来流过程输入水库生态调度模型,得出中华鲟产卵期(每年10—12月)补偿其产卵栖息水环境的梯级水库联合生态调度方式。根据梯级水库生态调度与现有调度结果进行分析比较结果表明:梯级水库联合生态调度可在满足三峡水库常规调度目标的基础上同时满足中华鲟产卵所需的生态流量,配合葛洲坝电厂优化调度运行方式,可有效增加坝下中华鲟产卵场水动力环境产卵适合度,补偿梯级水库运行对中华鲟产卵生境造成的不利影响。     

中华鲟产卵栖息地的生态需水量

分析了葛洲坝坝下中华鲟产卵场近20年的水文资料和实测的产卵场地形和水力数据,通过Tennant法计算得到了不同栖息地状况下的生态需水量范围,其最佳范围为7 800～13000m3/s.随后采用IFIM法,同时考虑中华鲟对栖息地流速、水深、底质的喜好性,并利用地理信息系统技术结合中华鲟产卵场水动力模拟结果计算了不同流量边...     

优化中华鲟产卵生境的水库生态调度研究

为减轻水利工程对河流生态系统造成的不利影响，针对重要珍稀水生动物中华鲟资源的有效保护及和可持续发展问题，本文在葛洲坝下游中华鲟产卵场水动力数学模型及产卵适合度评价模型的基础上，利用BP人工神经网络的学习能力获得水库调度与产卵场产卵适合度关系模型，并将关系模型嵌入葛洲坝现行的水库调度模型，获得中华鲟产卵期（10~11月）优化中华鲟产卵生境的水库生态调度模型。生态调度模型以中华鲟产卵场产卵适合度及水电厂发电量最大为双目标函数，以同期水库需满足的航运效益、水资源利用效益及水轮机运行效益为主要约束条件。通过比较相同入库流量下生态调度和现行调度的水库综合效益，得出在中华鲟产卵期，优化中华鲟产卵生境的生态调度在仅损失0.15%发电量的同时使坝下中华鲟产卵场产卵适合度增加39%，使中华鲟获得更适宜的水动力环境，增加产卵概率，有效保护中华鲟资源。     

优化中华鲟产卵场水动力环境的梯级水库联合调度研究

为保护中华鲟资源,修复其产卵场水动力环境,通过资料调查、数值模拟等方法,明确三峡-葛洲坝梯级水库联合运行前后葛洲坝下中华鲟产卵场水动力环境演变趋势,构建优化中华鲟产卵场水动力环境的梯级水库联合调度模型。对比分析2010年中华鲟产卵期(10—12月)梯级水库实际调度过程与优化调度,得出结论:三峡-葛洲坝联合优化调度方案在满足梯级水库常规调度目标的同时,可有效提高中华鲟产卵场产卵适合度,优化产卵场水动力环境,增加中华鲟自然繁殖的概率,有效保护中华鲟资源。     

三维水动力学数值模拟获得中华鲟偏好流速曲线

偏好流速是描述鱼类行为的重要特征量,是建立鱼类行为与栖息地水力特性关系的桥梁。中华鲟是我国重要的珍惜鱼类,由于其体形庞大,在实验室获得其偏好流速非常困难。同时由于其底栖性,在自然界中获得其活动位置附近微栖息地的流速特征也非常困难。自从葛洲坝1981年大江截流后,原本洄游到上游进行繁殖的中华鲟被阻隔在葛洲坝以下,并在葛洲坝下狭小的水域中进行自然繁殖。本文使用三维数值模拟方法模拟此河段的流场特征,并结合1998年到2002年间在此河段进行的声纳探测结果获得中华鲟的偏好流速。     

CALCULATION OF FLOW FIELD AND ANALYSIS OF SPAWNING SITES FOR CHINESE STURGEON IN THE DOWNSTREAM OF GEZHOUBA DAM

The Chinese sturgeon (Acipenser Sinensis) is one of the unique and important fishery resources in China. Since the construction of the Gezhouba Dam, the traditional migration route of the sturgeon has been blocked; consequently, the length of natural spawning sites is reduced from 800 km in the past to less than 5 km at present. As an endangered species, the Chinese sturgeon has become one of the most conserved aquatic species. In this article, the flow field of its spawning states in the downstream of Gezhouba Dam was simulated and analyzed using N-S equations and k ? ε turbulence model. Volume Of Fluid (VOF) method with the Finite Volume Method (FVM) was used to simulate the water-air two-phase flow to examine the computed area. On the basis of the ecological-hydraulic characteristics of Chinese sturgeon, the features of the flow field were investigated to provide theoretical support for the proper management of the Three Gorges Reservoir.     

基于物理栖息地模拟的长江中游生态流量研究

利用Delft3D水力学模型和栖息地模型组成物理栖息地模拟模型，以长江中游宜昌至枝江河段为研究区域，以长江的重要经济鱼类四大家鱼为目标物种，结合流速及水深两个栖息地限制因子推求研究区域内不同流量下四大家鱼四个产卵场的栖息地面积。研究结果表明：长江中游四大家鱼4—6月份产卵期间的最小生态流量为4570m3/s，适宜生态流量范围为12000~15500m3/s。计算结果在传统水文学法界定的生态流量范围之内，而且比传统水文学法的计算结果更加合理，可为四大家鱼的保护和三峡及葛洲坝工程的生态调度提供参考建议。     

Hydrodynamic Characteristics of Chinese Sturgeon Spawning Ground in Yangtze River

Since the construction of the Gezhouba Dam on the Yangtze River in 1981, it has been found that the Chinese Sturgeon, Acipensor sinensis, performs natural propagation annually in a narrow reach downstream close to the Gezhouba Dam site. This might allow one to better investigate the river hydrodynamic conditions of the Chinese Sturgeon spawning ground. In this article, spatial Kinetic Energy Gradient （KEG） and absolute value of vorticity were computed along the river sections from measured data. The relation between Spawn Density per Unit Area （SDUA） and vorticity strength and between SDUA and KEG were worked out. The Results showed that the vorticity and KEG were both effective parameters for describing the hydrodynamic characteristics of Chinese Sturgeon spawning ground. The Chinese Sturgeons prefer to spawn in the river sections where the value of vorticity strength is larger than 0.4 s^-1 and KEG is larger than 0.029 Jkg^-1m^-1.     

葛洲坝下游中华鲟产卵场的水文学模型

根据对(每年9～11月)葛洲坝下游中华鲟产卵场水位-流量过程的分析,构建了多项水文参数与中华鲟产卵量的耦合模型,分析了水位、流量等水文参数改变对中华鲟产卵繁殖的影响,为三峡工程的调度提供了设计生态流量、生态流速、生态水深的依据.     

Multi-run migratory behavior of adult male lake sturgeon in a short river

Lake sturgeon (Acipenser fulvescens) can migrate long distances to spawn, but many populations currently spawn in systems where the length of accessible riverine migratory habitat has been greatly reduced by dam construction. With the increased prevalence of shortened rivers, focusing on migratory dynamics in short rivers (<30 km) is beneficial to understanding the migratory needs of lake sturgeon populations. Here we document male lake sturgeon movements during the spawning period in the Winooski River, Vermont, USA; a river with only 17 km to the first natural upstream barrier. Male lake sturgeon were acoustically tagged (n = 25, 1215–1470 mm TL) and tracked using five to nine stationary receivers from 2017 to 2019. River discharge, temperature, the lagged effect of temperature (3-day), and time of day were significant factors describing upstream movements of tagged fish. Migrating male lake sturgeon (n = 10 in 2017, n = 18 in 2018, and n = 17 in 2019) displayed general movement patterns during the spawning period that included a single run upstream to the spawning site (60%), upstream and downstream movements throughout the river during the season (20%), or multiple runs made up the entire length of the spawning tributary to the spawning site (20%). No multi-run males were observed during 2018 when discharge was less flashy (i.e., fewer steep increases and declines in discharge) than in 2017 and 2019. These results suggest that the prevalence of multi-run spawning behavior of male lake sturgeon is related to flow conditions.