鱼类栖息地中敏感而重要的场所——产卵场,具有特殊的地形地貌和水动力特征,对鱼类自然繁殖有重要的生态学意义。人类在河流上的各种大规模活动,例如筑坝、修建防洪堤、河道整治等工程,使河道原有的鱼类产卵场发生变化,严重影响鱼类产卵场的数量和质量,进而影响鱼类的繁殖与生长。因此,调查分析研究鱼类产卵场和产卵要求的环境条件,对于鱼类产卵场的修复、制定禁渔区等水域保护方案来保护鱼类自然资源是一项亟需开展的工作。“四大家鱼”包括青鱼、草鱼、鲢和鳙,是我国特有的经济鱼类,分布于我国长江、珠江和黑龙江等水系,是我国淡水渔业捕捞的对象和养殖基石。历史上长江是全国四大家鱼苗种的主要供应基地,种质性状明显优于其它水系,作为遗传基因库,是其他水系或人工方式所不能替代的。对于具有生殖洄游特性的四大家鱼,其产卵场具有利于家鱼产卵的特殊条件。而地形和水动力条件又是形成产卵场特殊水流环境的重要方面,研究其特性并进行量化对于四大家鱼产卵场的生态修复及其资源养护具有重要意义。本文通过调查对比了四大家鱼产卵场在长江上的位置和规模的历史变化,分析了家鱼产卵场的沿江分布特征。应用多普勒流速剖面仪(ADCP),对家鱼典型产卵场—宜都产卵场江段进行了细尺度的地形和流场同步观测。初步建立了一套家鱼产卵场关键地形指标体系。基于一维水动力模型模拟结果与空间分析方法等统计分析了宜都江段的断面形态和河床地貌特征,对宜都产卵场河道地形进行了定量描述。基于实测地形和水文边界条件,利用EFDC (The Environmental Fluid Dynamics Code)模型,模拟了宜都产卵场三维流场,对水动力指标——流速、傅汝德数和断面平均涡量进行计算,并分析了其与家鱼自然繁殖的相关关系。这些研究成果将为揭示水流触发家鱼产卵的机理、修复家鱼产卵场等工作提供理论依据和技术支持。论文主要工作和结论如下：(1)长江四大家鱼产卵场历史演变分析汇总不同年代不同学者对长江四大家鱼产卵场的调查结果,发现四大家鱼产卵场位置的空间分布变迁主要发生在上世纪80年代和2003年后。除消失和新形成的产卵场,其余产卵场位置虽然历年有一定的变动,但基本保持稳定。(2)建立描述四大家鱼产卵场的地形指标体系,分析了宜都产卵场和非产卵场地形指标的差异本文选取了反映地形沿程变化和地形随流量过程变化的指标。按照指标代表的物理意义分为状态量、变化量和空间特征量,共18个指标。状态量包括河宽、断面面积、湿周、水力半径和断面复杂系数；变化量包括河宽沿程变化率、断面面积沿程变化率、湿周沿程变化率、水力半径沿程变化率和断面复杂系数沿程变化率及河宽受流量变化影响率、断面面积受流量变化影响率、湿周受流量变化影响率、水力半径受流量变化影响率和断面复杂系数受流量变化影响率；空间特征量包括粗糙度、起伏度和高程变异系数。根据建立的地形指标体系,利用统计学方法,统计了各指标的均值和标准差系数。结果表明宜都产卵场的断面复杂系数均值,断面面积沿程变化率离散性相对于非产卵场有明显的差异性。均值的不同：宜都产卵场是比较顺直的河段,在取值大小上,河宽、断面面积和湿周及其沿程变化和受流量变化影响率都小于非产卵场,但宜都产卵场断面复杂系数及其沿程变化和受流量变化影响率的均值大于非产卵场。在变化趋势上,宜都产卵场与非产卵场地形指标平均值趋势差异较大的是断面复杂系数,宜都产卵场断面复杂系数及其沿程变化率随流量增加而增加,断面复杂系数平均为1.016；与之相反的是,非产卵场断面复杂系数及其沿程变化率随流量增加而减小,断面复杂系数平均为1.011。以上结果表明,宜都产卵场河床地形复杂程度高于非产卵场。离散性的不同：无论对于宜都产卵场还是非产卵场,沿程变化指标的离散性相对其他指标较大,说明宜都产卵场和非产卵场地形的沿程变化都比较散乱；而宜都产卵场断面面积沿程变化率在所有指标中离散性最大,为-67.985,明显高于非产卵场,为-8.717。分布规律的不同：非产卵场之间千差万别,所以不同非产卵场与产卵场对比时差异的指标也会千差万别,结果有很大的不确定性,并不能找出明确的具有代表性的差异指标。因此应用秩和检验检验产卵场与非产卵场指标分布是否有明显差异,应用到两个区域指标在特定条件下的对比才有意义。这种方法结果规律性较差,在后续工作中需寻找更好的方法。(3)宜都产卵场地形变化情况宜都产卵场江段深潭浅滩的密度明显大于非产卵场江段,这与目前学者对产卵场特征的定性描述一致,即家鱼产卵场有很多深潭浅滩的交替出现。宜都产卵场在2014年深潭浅滩的密度为0.67比2002年的0.50有明显的增加,且明显大于非产卵场,为0.47。说明宜都产卵场江段有更多深潭浅滩的分布,水流复杂多变,这可能是此江段是家鱼比较稳定产卵场的原因。同时从断面形态和河床地形地貌两个尺度对比了宜都产卵场地形的变化。在断面形态上的变化有：河岸两边均有明显不同程度的崩塌,尤其在弯道处崩塌更为显著；凹岸冲刷下切,最低有1m,最大有10余米,凸岸并没有明显的淤积；该江段上游主河槽地形变化不明显,只有局部淤积以及新深槽形成,但下游河道冲刷明显,河道下切显著；河床形态由较平坦趋于复杂；河床整体展宽,实际过水面积增加。在河床地形地貌上的变化为：宜都产卵场河段地形粗糙度、起伏度和高程变异系数都有明显的增加,河床更加的复杂多变。(4)利用EFDC模型,模拟了宜都产卵场三维流场,并统计分析相关水力因子与家鱼自然繁殖的关系本文选择流速、傅汝德数和涡量作为描述水流特征的指标体系。根据宜都产卵场实测地形和流场,利用EFDC三维水动力模型,计算了不同工况下的流速、傅汝德数。同时,根据EFDC模拟的三维流场,导入Tecplot计算断面平均涡量。对比生态水力因子在不同工况下的取值和对应日期的鱼卵量的变化,结果表明：宜都产卵场江段平均流速、傅汝德数和断面平均涡量取值与流量变化趋势相同；鱼卵量与流速、傅汝德数和断面平均涡量变化有很强的正相关关系；在家鱼产卵期间,宜都产卵场的流速范围为0.97 m/s-1.31m/s,平均流速为1.17m/s;傅汝德数分布范围为0.09-0.11,平均0.10；涡量分布范围为4.12×10-3 s--5.20×10-3s-1,断面平均涡量4.81×10-3s-1。