一、技術簡介

我國是世界上築壩數量最多的國家，水工程在發揮巨大綜合效益的同時，也催生了複雜嚴峻的“人-魚”矛盾。項目圍繞最大化滿足土著魚類自然繁殖需求，研發了一套涵蓋“保護對象、繁殖過程、時空動態”多維協同的水工程精細化生態調度技術體係。針對保護對象精細化層麵，研發了基於魚類產卵水溫需求的調度目標分組整合技術，通過尋求同一產卵水溫範圍內魚類適宜生境條件的最大“公約數”，並建立綜合產漂流性卵與粘性卵魚類需求的出庫流量核算方法，突破了以往生態調度僅以單一物種作為保護目標而不能有效保護魚類生物多樣性的瓶頸，並應用於金沙江下遊水庫群，在不增加生態調度總的次數和時間前提下，滿足了區域90%以上土著魚類產卵需求。針對繁殖過程精細化調控，研發了複雜流場-溫度場下魚類洄遊路徑精準模擬技術，實現了庫區魚類隨機行為與趨流響應的協同仿真；研發了考慮水流紊動效應和魚卵生長發育過程的梯級庫區魚卵漂流軌跡模擬技術，突破了基於流速判別的魚類行為模擬的局限性，首次實現了梯級水庫庫區產漂流性卵魚類的自然繁殖，白鶴灘、烏東德等庫區連續多年監測到10餘種產漂流性卵魚類繁殖。針對生態調度的時空精細化需求，發明了梯級水庫小時尺度連續漲水生態調度技術，實現了葛洲壩下遊3-5天的逐小時連續漲水過程，最大程度還原了天然水文節律，減緩電站調峰發電對魚類產卵的影響；發明了滿足壩下河段魚類生境需求的水電站機組優化調度技術，實時製定不同機組出力組合下的流量分配策略，應用於葛洲壩機組控製，提升壩下中華鱘產卵場適宜麵積28%。

二、主要技術指標

（1）提出了最大化滿足土著魚類產卵需求的分組生態調度方法。根據研究區魚類產卵時間、類型和水溫要求進行分組，確定水庫生態調度的總體框架；針對每一分組，協調產粘沉性卵和漂流性卵魚類出庫流量和水位變化約束，界定能夠最大化覆蓋各組魚類產卵需求的出庫流量、流量日變幅等關鍵指標，形成不同時段兼顧魚類差異化需求的生態調度方案。應用於金下梯級生態調度，通過4次分組調度，在不增加調度頻次的基礎上，對長江上遊土著魚類產卵需求的覆蓋率達到90%以上。

（2）發明了多尺度多過程魚類水文水動力偏好係列實驗裝置，開展微觀粒子追蹤、室內同步對比、仿自然生境監測實驗2000多組，首次明晰不同魚類洄遊的最小刺激流速為0.2-0.25m/s；首次發現漂流性魚卵安全漂流的臨界水動力條件不是流速，而是水流雷諾數（Re>79000），水深越大，需要的臨界流速越低，為庫區流場調控奠定了基礎。針對低溫水下泄對壩下魚類的不利影響，發現在14-20℃水溫區間，提升流速能顯著促進魚類洄遊及性激素分泌，緩解水庫低溫下泄水對魚類繁殖的不利影響。

（3）研發了兼顧趨流性和隨機性的魚類洄遊路徑模擬技術。根據機理實驗結果，建立了魚類上溯概率分布模型，根據逐單元格流速、水溫判定魚類洄遊方向概率，並引入隨機函數模型刻畫魚群洄遊過程中的隨機行為，實現水溫-水動力變化條件下魚類生殖洄遊概率計算與洄遊路徑模擬。應用於金下梯級電站生態調度，發現各電站下泄流量達到3000-4000m³/s時，才能保障50%以上的庫區河段滿足魚類洄遊要求。

（4）研發了綜合考慮水流紊態和魚卵生長過程的魚卵漂流軌跡模擬技術。將機理實驗得到的臨界雷諾數判別條件引入三維拉格朗日粒子追蹤，同時構建魚卵生長模型，刻畫魚卵不同發育程度下隨水流運動的水平和下沉速度變化，實現了對魚卵漂流軌跡、漂流時間的準確模擬。發現金下各梯級電站在5000-6000m³/s的下泄流量下，魚卵能夠滿足50h的最小漂流孵化時間要求，揭示了梯級電站庫區產漂流性卵魚類自然繁殖的可能性，調度期間白鶴灘等庫區持續多年采集到漂流性魚卵。

（5）研發了調節-反調節水庫小時尺度連續漲水生態調度技術。受電網調峰影響，水電站下泄流量日內呈鋸齒狀波動，不利於刺激魚類產卵。以連續漲水時間最大為目標函數，提出了基於補償庫容劃分的水庫群生態補水量實時分配策略，構建了小時尺度梯級水庫聯合調度實時決策模型。應用於三峽-葛洲壩生態調度，75%的年份下通過葛洲壩水庫的反調節，可實現3-5日的小時尺度連續漲水過程；來流較大年份，可實現超過8日的小時尺度連續漲水過程。

（6）研發了滿足壩下河段魚類水動力需求的水電站優化調度技術。水電站建設導致洄遊性魚類產卵場被壓縮至壩下近壩河段，生境條件受水電站機組啟閉影響顯著。通過構建壩下河段三維精細化水動力模型，製定不同機組出力組合下的流量分配策略，以壩下河段產卵場水動力條件最優為目標，求解生態調度優化方案。

三、社會經濟效益、應用情況及適用範圍

（1）社會經濟效益：本項目為生態環境保護類，主要發揮生態環境效益，不產生直接經濟效益。

（2）應用情況：本技術伴隨三峽水庫和金沙江下遊梯級水庫生態調度實踐形成並不斷完善，參與了2020年來的向家壩-三峽生態調度聯合會商及調度方案持續優化，顯著提升了物種多樣性和生物量，2024年金下梯級電站生態調度有效刺激產卵魚類物種數量相較2020年提升40%以上；宜都江段漂流性卵魚類累積產卵量超600億粒，總卵苗量已恢複至建壩前水平。並推廣應用至長江上遊重要支流以及瀾滄江、鬆花江等流域，支撐了10餘座水庫生態調度方案編製，包括瀾滄江烏龍弄-裏底-黃登-大華僑-苗尾梯級電站、大渡河瀑布溝-枕頭壩一級梯級水庫及鬆花江豐滿水庫、察爾森水庫等重大水利水電工程。並支撐了水利部、生態環境部等相關工作，獲主管部門高度評價。

（3）適用範圍：本技術為水利水電行業生態調度管理提供了理論基礎和實踐案例，可應用於梯級水庫生態調度方案優化與實際運行管理。本技術形成的生態調度相關模型和技術方法可廣泛應用於流域規劃、魚類資源保護規劃，為流域水電開發頂層設計和生態保護行業管理提供技術支撐。本技術可廣泛應用於水利水電開發建設項目設計與環評等，即可為業務主管部門決策製定、項目審查驗收提供科學依據，也能為開發建設部門優化環評方案提供技術支撐，實現多方協同的水電可持續管理。

四、技術圖片

金沙江下遊梯級水庫分組生態調度方案概化圖

五、其他

技術持有單位：中國水利水電科學研究院,水利部南水北調規劃設計管理局

技術聯係人：楊澤凡，15101063928，010-68785603，yangzefan@126.com