一、技术简介

我国是世界上筑坝数量最多的国家，水工程在发挥巨大综合效益的同时，也催生了复杂严峻的“人-鱼”矛盾。项目围绕最大化满足土著鱼类自然繁殖需求，研发了一套涵盖“保护对象、繁殖过程、时空动态”多维协同的水工程精细化生态调度技术体系。针对保护对象精细化层面，研发了基于鱼类产卵水温需求的调度目标分组整合技术，通过寻求同一产卵水温范围内鱼类适宜生境条件的最大“公约数”，并建立综合产漂流性卵与粘性卵鱼类需求的出库流量核算方法，突破了以往生态调度仅以单一物种作为保护目标而不能有效保护鱼类生物多样性的瓶颈，并应用于金沙江下游水库群，在不增加生态调度总的次数和时间前提下，满足了区域90%以上土著鱼类产卵需求。针对繁殖过程精细化调控，研发了复杂流场-温度场下鱼类洄游路径精准模拟技术，实现了库区鱼类随机行为与趋流响应的协同仿真；研发了考虑水流紊动效应和鱼卵生长发育过程的梯级库区鱼卵漂流轨迹模拟技术，突破了基于流速判别的鱼类行为模拟的局限性，首次实现了梯级水库库区产漂流性卵鱼类的自然繁殖，白鹤滩、乌东德等库区连续多年监测到10余种产漂流性卵鱼类繁殖。针对生态调度的时空精细化需求，发明了梯级水库小时尺度连续涨水生态调度技术，实现了葛洲坝下游3-5天的逐小时连续涨水过程，最大程度还原了天然水文节律，减缓电站调峰发电对鱼类产卵的影响；发明了满足坝下河段鱼类生境需求的水电站机组优化调度技术，实时制定不同机组出力组合下的流量分配策略，应用于葛洲坝机组控制，提升坝下中华鲟产卵场适宜面积28%。

二、主要技术指标

（1）提出了最大化满足土著鱼类产卵需求的分组生态调度方法。根据研究区鱼类产卵时间、类型和水温要求进行分组，确定水库生态调度的总体框架；针对每一分组，协调产粘沉性卵和漂流性卵鱼类出库流量和水位变化约束，界定能够最大化覆盖各组鱼类产卵需求的出库流量、流量日变幅等关键指标，形成不同时段兼顾鱼类差异化需求的生态调度方案。应用于金下梯级生态调度，通过4次分组调度，在不增加调度频次的基础上，对长江上游土著鱼类产卵需求的覆盖率达到90%以上。

（2）发明了多尺度多过程鱼类水文水动力偏好系列实验装置，开展微观粒子追踪、室内同步对比、仿自然生境监测实验2000多组，首次明晰不同鱼类洄游的最小刺激流速为0.2-0.25m/s；首次发现漂流性鱼卵安全漂流的临界水动力条件不是流速，而是水流雷诺数（Re>79000），水深越大，需要的临界流速越低，为库区流场调控奠定了基础。针对低温水下泄对坝下鱼类的不利影响，发现在14-20℃水温区间，提升流速能显著促进鱼类洄游及性激素分泌，缓解水库低温下泄水对鱼类繁殖的不利影响。

（3）研发了兼顾趋流性和随机性的鱼类洄游路径模拟技术。根据机理实验结果，建立了鱼类上溯概率分布模型，根据逐单元格流速、水温判定鱼类洄游方向概率，并引入随机函数模型刻画鱼群洄游过程中的随机行为，实现水温-水动力变化条件下鱼类生殖洄游概率计算与洄游路径模拟。应用于金下梯级电站生态调度，发现各电站下泄流量达到3000-4000m³/s时，才能保障50%以上的库区河段满足鱼类洄游要求。

（4）研发了综合考虑水流紊态和鱼卵生长过程的鱼卵漂流轨迹模拟技术。将机理实验得到的临界雷诺数判别条件引入三维拉格朗日粒子追踪，同时构建鱼卵生长模型，刻画鱼卵不同发育程度下随水流运动的水平和下沉速度变化，实现了对鱼卵漂流轨迹、漂流时间的准确模拟。发现金下各梯级电站在5000-6000m³/s的下泄流量下，鱼卵能够满足50h的最小漂流孵化时间要求，揭示了梯级电站库区产漂流性卵鱼类自然繁殖的可能性，调度期间白鹤滩等库区持续多年采集到漂流性鱼卵。

（5）研发了调节-反调节水库小时尺度连续涨水生态调度技术。受电网调峰影响，水电站下泄流量日内呈锯齿状波动，不利于刺激鱼类产卵。以连续涨水时间最大为目标函数，提出了基于补偿库容划分的水库群生态补水量实时分配策略，构建了小时尺度梯级水库联合调度实时决策模型。应用于三峡-葛洲坝生态调度，75%的年份下通过葛洲坝水库的反调节，可实现3-5日的小时尺度连续涨水过程；来流较大年份，可实现超过8日的小时尺度连续涨水过程。

（6）研发了满足坝下河段鱼类水动力需求的水电站优化调度技术。水电站建设导致洄游性鱼类产卵场被压缩至坝下近坝河段，生境条件受水电站机组启闭影响显著。通过构建坝下河段三维精细化水动力模型，制定不同机组出力组合下的流量分配策略，以坝下河段产卵场水动力条件最优为目标，求解生态调度优化方案。

三、社会经济效益、应用情况及适用范围

（1）社会经济效益：本项目为生态环境保护类，主要发挥生态环境效益，不产生直接经济效益。

（2）应用情况：本技术伴随三峡水库和金沙江下游梯级水库生态调度实践形成并不断完善，参与了2020年来的向家坝-三峡生态调度联合会商及调度方案持续优化，显著提升了物种多样性和生物量，2024年金下梯级电站生态调度有效刺激产卵鱼类物种数量相较2020年提升40%以上；宜都江段漂流性卵鱼类累积产卵量超600亿粒，总卵苗量已恢复至建坝前水平。并推广应用至长江上游重要支流以及澜沧江、松花江等流域，支撑了10余座水库生态调度方案编制，包括澜沧江乌龙弄-里底-黄登-大华侨-苗尾梯级电站、大渡河瀑布沟-枕头坝一级梯级水库及松花江丰满水库、察尔森水库等重大水利水电工程。并支撑了水利部、生态环境部等相关工作，获主管部门高度评价。

（3）适用范围：本技术为水利水电行业生态调度管理提供了理论基础和实践案例，可应用于梯级水库生态调度方案优化与实际运行管理。本技术形成的生态调度相关模型和技术方法可广泛应用于流域规划、鱼类资源保护规划，为流域水电开发顶层设计和生态保护行业管理提供技术支撑。本技术可广泛应用于水利水电开发建设项目设计与环评等，即可为业务主管部门决策制定、项目审查验收提供科学依据，也能为开发建设部门优化环评方案提供技术支撑，实现多方协同的水电可持续管理。

四、技术图片

金沙江下游梯级水库分组生态调度方案概化图

五、其他

技术持有单位：中国水利水电科学研究院,水利部南水北调规划设计管理局

技术联系人：杨泽凡，15101063928，010-68785603，yangzefan@126.com