河道采砂對水生生態(tài)的影響與減緩對策

袁 婷，黃道明，陳 鋒，謝文星，李鍵庸

（水利部中國科學院水工程生態(tài)研究所 水利部水工程生態(tài)效應與生態(tài)修復重點實驗室，430079，武漢）

河流水體經(jīng)由陸地流向湖泊和海洋過程中轉(zhuǎn)移和堆積沉積物，這些沉積物經(jīng)過不斷搬運和沖擊最終形成具有一定沉積特征的河道砂石。 河砂是河流生態(tài)系統(tǒng)十分重要的組成部分，有助于維持河道相對穩(wěn)定和水砂動態(tài)平衡，是固著藻類和底棲動物等附著生物生存的物質(zhì)基礎。除了生態(tài)功能外， 河砂還是一種建筑材料，尤以直徑0.1～2.0 mm 的砂石為佳，具有較高的經(jīng)濟價值。大規(guī)模開采砂石作為一種人類活動，會對河流生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響。因此有必要就河道采砂對水生態(tài)系統(tǒng)的影響進行綜合分析，并提出應對策略。

一、采砂對水生生態(tài)的影響

采砂對河流物理環(huán)境和生物環(huán)境的影響并不是相互獨立的，河道形態(tài)結(jié)構(gòu)、河勢河態(tài)、水質(zhì)和生境的改變會影響水生生物的結(jié)構(gòu)和組成，水生生物的變化反過來也可影響地形、水文水質(zhì)和生境。 本文從采砂對河流物理環(huán)境和水生生物結(jié)構(gòu)兩個方面的主要影響進行分析。

1.采砂對河流物理環(huán)境的影響

（1）河道形態(tài)結(jié)構(gòu)和河勢

采砂活動會改變河道河勢及河床演變。 采砂在河床中留下形狀不規(guī)則、深度不一的槽、坑、窩，這些河床采空區(qū)破壞了水流和砂石之間的動態(tài)平衡； 此外大量深坑的出現(xiàn)還會使水體容易形成旋渦，影響水流速度和方向，改變河床結(jié)構(gòu)。 河流生態(tài)系統(tǒng)自身具有一定的抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性，向采砂坑填補來自上游的砂石，使河流水砂達到新的平衡狀態(tài)。 然而通過河流沖刷和淤積補充砂石是一個長期過程，且受河道水利工程建設影響，上游河砂補給量逐年遞減， 而需砂量日益增加，來砂量和需砂量失衡，河床發(fā)生縱向和橫向變形。

縱向變形發(fā)生在河床縱深方向，主要表現(xiàn)為河床下切變形。 采砂作業(yè)破壞了原有的河流泥沙沖淤平衡，形成的采砂坑處河床坡度顯著增大，改變河道比降和演變規(guī)律。 河床下降程度受采砂強度的直接影響，河砂大量開采形成陡坡，水流速加快，切割河床，使得下切點向上游干流和支流延伸，延伸距離可達數(shù)公里，坡度進一步增大。 除上游河勢發(fā)生改變外，下游河勢也可能受到影響。 上游水流中的泥沙大量沉積在采砂坑中，河水輸沙能力過剩，導致下游河床底部受到?jīng)_刷和侵蝕，水位下降，河流蓄水能力下降，年徑流量增加，地下水資源減少。 采砂區(qū)下游形成沖刷坑后水流受阻，流速減慢，懸浮顆粒再沉降，使下游河床底部上升。

橫向變形發(fā)生在與水流方向垂直的兩側(cè)河岸，主要表現(xiàn)為河流彎道變形和河床橫斷面變寬兩個方面。 其一，由于河床下切，上游來水流速增加，水流沖刷凹岸，凸岸泥沙淤積，引起彎道變形， 彎道方向和形狀的改變會影響水流動力軸線和對凹岸的沖擊方向及沖擊力， 可能引起河岸坍塌、河灣遷移等，使河道不穩(wěn)定。其二，河床坡度增加，水流沖刷采砂區(qū)上游，使得上游河道變寬；上游來水經(jīng)過采砂坑后含沙量降低， 貧瘠的水流沖擊下游堤岸， 造成下游河道變寬。 水流對采砂區(qū)上、下游堤岸的沖刷可能波及數(shù)公里， 造成河勢失穩(wěn)。

（2）河流水質(zhì)

采砂通過直接和間接的方式對水體水質(zhì)造成影響。 一是水體濁度升高，透明度降低。 采砂作業(yè)利用挖砂船、抽砂船等機械設備，挖砂船的挖掘裝置直接開采河砂， 通過篩選裝置、提升裝置和傳送裝置等篩選和輸送砂石；抽砂船利用高壓水泵產(chǎn)生的壓力水沖擊河床，再通過抽砂泵和輸送管道來抽集和輸送懸浮起來的泥沙。 這些采砂裝置攪動河床底部，直接導致局部水體懸浮物濃度增加。 二是采砂會導致河流水質(zhì)惡化。 采砂船等機械設備作業(yè)過程中可能產(chǎn)生油污等廢物， 對水質(zhì)具有潛在污染風險。 細泥沙顆粒對重金屬等污染物有較強的吸附能力， 采砂使之再懸浮，細小顆粒物和孔隙水會將這些有害污染物重新釋放到水體，使水體中濃度激增。 采砂破壞河流水生植被，透明度下降導致水下光環(huán)境變?nèi)?，溶氧量降低，水深增加使流水生境轉(zhuǎn)變?yōu)殪o水生境，河底光線進一步減弱，水生植物難以生存， 浮游植物生物量也降低，初級生產(chǎn)者減少，對水體污染物的吸收凈化效率低，自凈能力下降，容易爆發(fā)水華。 四是當采砂點靠近海水區(qū)域時，河床下切，海水向上回溯距離增加，淡咸水交替點上移。

（3）河流生境

河砂開采對生物生存環(huán)境造成了一系列影響。 其一，采砂攪動河底和水層， 水體懸浮物濃度大幅度增加，溶氧量降低。 其二，濁度顯著增加， 受這些懸浮物遮光作用影響，水下光強減弱，光通量減少，不利于初級生產(chǎn)者生存。 其三，采砂區(qū)及其附近水域河床下切，水深增加，水體流速減慢， 可能無法滿足洄游性和流水性魚類生存、 繁殖和漂流性魚卵孵化所需的水流條件。 其四，采砂改變河道河勢， 破壞水生生物原有的棲息場， 部分河段枯水期可能出現(xiàn)水位過低甚至干涸現(xiàn)象， 阻斷魚類洄游通道。 其五，采砂改變了河床形態(tài)，砂石重置，形成的底質(zhì)生境可能不適宜原有固著藻類、 底棲動物和魚類生存和繁殖， 從而改變水生生物群落組成和分布， 河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。

2.采砂對水生生物的影響

河流中的水生生物主要包括浮游生物、底棲動物、水生植物和魚類等水生動物，這些生物對河流的棲息環(huán)境經(jīng)歷了漫長的適應過程，河流物理環(huán)境與水生生物構(gòu)成了相對穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)。 采砂地點一般在河道干流附近， 直接對水生生物產(chǎn)生傷害， 如抽吸和挖砂帶走浮游生物、底棲動物、水生植物和魚類等水生動物的卵苗， 破壞水生植物的莖葉組織；采空區(qū)短時間內(nèi)得不到河砂補給，造成采砂點及附近水體和河床底質(zhì)發(fā)生變化， 改變水生生物的棲息環(huán)境，從而對水生生物的攝食、繁衍及洄游等生命活動造成不利影響。

（1）浮游生物

光是河流生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來源，影響浮游植物的種類組成和生物量。 采砂區(qū)及其附近水域懸浮物濃度增加，透過水層的光線減弱。 河流光強減弱，限制了浮游植物通過光合作用吸收能量，某些對光照要求較高的浮游植物種類消失，導致浮游植物種類減少，生物量降低。 浮游動物主要攝食浮游植物、有機碎屑、細菌及其他懸浮顆粒物， 浮游植物數(shù)量減少，水層懸浮的細小泥沙增加，導致浮游動物生物量也減少。 浮游生物的生物量還會因抽吸帶走而降低。

（2）水生植物

河道采砂會對河流水生植物產(chǎn)生不利影響。 由于水體濁度和水深增加，河底光強減弱，大型沉水植物和固著藻類生物量隨之降低。 此外，采砂造成部分水生植被機械性損失，如損壞其莖葉組織以及直接挖除整顆植株。 采砂機械作業(yè)過程中，大型水生植物和附著在砂石表面的藻類隨著河砂一起被轉(zhuǎn)移，未被轉(zhuǎn)移的水生植物和藻類也可能隨著懸浮砂石和上游來砂沉降而被掩埋。 采砂工程改變了河床基底生境類型，水生植物和固著藻類的群落結(jié)構(gòu)隨之演替。

（3）底棲動物

經(jīng)過采砂作業(yè)后大型底棲動物的生境能在短時間內(nèi)得到恢復，一些軟體動物（如貝類）分布范圍小，更容易受影響，恢復也較慢。 懸浮的泥沙邊沉降邊隨水流向下游轉(zhuǎn)移，下游流速減緩，泥沙沉降快，再沉降的泥沙可能損害或者堵塞底棲動物的呼吸器官和濾食器官， 抑制呼吸作用，干擾攝食行為，還有可能覆蓋掩埋底棲動物，使底棲動物豐度下降。 一些底棲動物因挖砂而被帶走。 采砂攪動河床基底，底質(zhì)生境發(fā)生改變，大量未被帶走的底棲動物無法適應而遷移或消失， 底棲動物的種類和豐度下降，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。 底棲動物遷移的數(shù)量隨著懸浮物濃度的增加而增加，使之更容易暴露在魚類等天敵范圍內(nèi)，被捕食風險增大。 一些底棲動物（如螺類）以固著藻類為食，固著藻類種類和數(shù)量減少也會影響底棲動物群落結(jié)構(gòu)。

（4）魚類及其他大型水生動物

采砂對魚類群落組成和時空分布的影響較為復雜，以負面生態(tài)影響為主，如引起的河床下切變形和河道變寬等河流生境變化甚至破壞了魚類的棲息地和洄游通道，對魚類的不利影響包括對繁殖、 魚卵和魚苗孵化、攝食、洄游等多個方面。

繁殖方面，流水性魚類多產(chǎn)粘沉性卵， 受精卵往往粘附水底砂礫上，或跌落砂礫間，部分魚類甚至還在砂礫灘筑巢產(chǎn)卵，在流水中孵化，因此，挖砂影響最突出的是在流水礫石環(huán)境下產(chǎn)粘沉性卵的魚類。 產(chǎn)漂流性卵的魚類主要在河道彎曲、水流變化較大的敞水中產(chǎn)卵，而這些位置通常也是河砂集聚的地方，在這些區(qū)域采砂可能會改變局部水文動力條件，破壞魚類產(chǎn)卵環(huán)境，產(chǎn)卵規(guī)模萎縮，如果長江多數(shù)采砂江段同時在魚類繁殖期采砂， 會嚴重影響魚類產(chǎn)卵活動，影響魚類資源的補充。

魚卵、魚苗孵化和存活方面，泥沙沉降和底質(zhì)生境的改變是某些魚類（尤其是鮭鱒科魚類）魚卵、魚苗數(shù)量減少的主要原因。 沖刷坑下游水流速度減慢，泥沙沉降增加，對該區(qū)域產(chǎn)沉性卵魚類和以底棲動物為食的魚類影響最大， 使底層魚類的種類和數(shù)量減少。采砂作業(yè)產(chǎn)生的油污、懸浮物及廢水等污染源污染水體，采砂攪動底質(zhì)，使水體變渾濁， 懸浮物等對產(chǎn)卵場以及索餌場的仔、 稚魚以及漂流下來的魚卵、魚苗造成傷害，影響魚類的胚胎發(fā)育，堵塞其呼吸器官導致窒息死亡。水中懸浮顆粒濃度過高， 粘附在魚卵表面，妨礙魚卵的呼吸，降低孵化率和存活率，從而影響魚類繁殖。

河床河勢改變干擾魚類等水生動物的洄游活動。 采砂對洄游性水生動物的影響主要表現(xiàn)為：采砂區(qū)附近河段河道和水文條件發(fā)生變化，產(chǎn)生紊亂的水流， 可能使之迷失洄游方向，有的河段洄游通道被阻隔，導致洄游性動物自然資源銳減；采砂船和采砂作業(yè)系統(tǒng)在洄游通道作業(yè)，影響洄游動物的正常洄游；下游河段的采砂可能直接干擾繁殖活動，并可能直接傷害洄游的幼體如蟹苗等。

采砂會對珍稀水生動物造成負面影響。 江河湖泊有多種珍稀特有水生動物如白鱀豚、中華鱘、長江江豚和胭脂魚等， 分別被列為國家一、二級保護動物。 河道采砂對珍稀水生動物的影響主要表現(xiàn)為：采砂作業(yè)直接破壞珍稀水生動物的棲息和繁殖場；機械噪聲對珍稀水生動物的生存和洄游產(chǎn)生不利影響；采砂導致的水質(zhì)惡化危害珍稀水生動物的健康。 研究發(fā)現(xiàn)洞庭湖和鄱陽湖采砂業(yè)的快速發(fā)展是導致江豚數(shù)目減少原因之一。

二、對策與建議

河流的沖淤特性塑造了河流的形態(tài)結(jié)構(gòu)，泥沙作為孕育河流生境多樣性的關鍵自然材質(zhì)，具有重要的生態(tài)功能。 水生生物生命活動與河流特定多樣性生境長期適應，形成了特定的生態(tài)需求。 如不同水生生物的生長繁衍，對泥沙的粒徑配比、成分和礫石灘水深、流速、坡度等都有特定的要求；魚類繁殖、棲息也有類似的要求，甚至更加嚴苛。 因此，采砂無疑會對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠的影響，而采砂區(qū)域的河流沖淤特性、 采砂地點、采砂規(guī)模與采砂方式等對水生生態(tài)的影響各不相同。 不合理的采砂會破壞河流河勢穩(wěn)定性，進而影響水生生物的生存和繁殖，導致一系列生態(tài)環(huán)境問題。 為保障采砂業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要借鑒國內(nèi)外成功經(jīng)驗，提出相應對策和建議，從技術和政策層面解決我國河道采砂中面臨的問題。

1.加強基礎科學研究

（1）采砂河流水生生物生態(tài)習性和采砂生態(tài)影響研究

一是采砂河流的水環(huán)境和水生生物現(xiàn)狀的調(diào)查研究。 主要調(diào)查河流的水質(zhì)和底質(zhì)等環(huán)境狀況和浮游生物、水生植物、 底棲動物和魚類等生物的群落結(jié)構(gòu)，獲取河流環(huán)境背景值，確定易受采砂影響的重要水生動物品種。

二是完成重要水生動物生活史的調(diào)查研究。 查閱與收集重要水生動物的生物學、生態(tài)學等相關資料，掌握它們的繁殖、發(fā)育、生長、休眠和遷移（洄游）等各種過程的整體格局，尤其在不同生活史階段對外界環(huán)境的依賴性。

三是重要水生生物與采砂區(qū)的關系研究。 從物理、化學以及生物結(jié)構(gòu)特點探討采砂區(qū)的生態(tài)學功能，分析采砂區(qū)與水生生物關聯(lián)性。

四是采砂對水生生物的影響研究。從采砂引起的生境變化，研究水文情勢變化及生物群落結(jié)構(gòu)改變， 分析采砂對水生動物產(chǎn)生的影響。

五是采砂對重要水生物種疊加影響研究。 單個采砂區(qū)域?qū)λ诤佣魏椭車鷧^(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響是局部的， 但河流是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，關聯(lián)度高、整體性強，采砂將引起流域內(nèi)一系列系統(tǒng)性、累積性和長期性的生態(tài)環(huán)境影響。 因此，需要重點研究采砂密集區(qū)和分散區(qū)重要水生生物種類及其分布， 探討采砂區(qū)的分布、布局與水生生物關聯(lián)性，提出相關的生態(tài)保護對策措施。

（2）河流沖淤特性及其生態(tài)學效應研究

重點研究不同河流、不同區(qū)域河流沖淤特性以及提供不同水生生物繁衍、棲息生態(tài)需求條件所產(chǎn)生的生態(tài)學效應，對重要的生態(tài)功能區(qū)域進行界定。

（3）合理采砂量的評估與生態(tài)采砂關鍵技術研究

在研究河流沖淤特性和對河道河勢和水生生物影響的基礎上，調(diào)查可采砂石資源及其分布狀況，建立適宜采砂量評估模型，建立采砂區(qū)域、采砂量評估方法； 研究實踐生態(tài)采砂工藝方法以及排放物收集和處理技術。

（4）施工基地生態(tài)修復關鍵技術研究與實踐

基于采砂工程結(jié)束后的河流地形地貌、水文形勢和生物現(xiàn)狀，根據(jù)不同河流、 不同河段受影響程度，研究并評估相應生態(tài)修復關鍵技術，針對有效技術加以推廣實踐。

2.管理措施

（1）完善河道采砂法律體系

借鑒先進國家河道采砂管理的成功經(jīng)驗，制定適合中國國情的管理方案，由中央頒布全國性河道采砂法律法規(guī)，如《中華人民共和國河道采砂管理條例》， 授予執(zhí)法部門監(jiān)督權(quán)和搜查權(quán)，推行河長制，完善違法違規(guī)采砂的定罪性質(zhì)和量刑標準等法規(guī)，針對非法作業(yè)嚴厲執(zhí)法。 各地方政府結(jié)合國家法規(guī)和本地實際問題制定河道采砂地方性法規(guī)，彌補上位法不足，保護和修復采砂河流。

（2）制定合理的采砂規(guī)劃

一是篩選采砂地點。 根據(jù)河砂可開采性對河流進行類別劃分，選擇開采地點。 根據(jù)河流的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況將其分為禁采河流和不同程度的可采河流。 禁采河流嚴格禁止河道采砂，可采河流依據(jù)級別和形態(tài)設置開采的先后順序， 大河優(yōu)先于小河，彎曲河流優(yōu)先于順直河流。 可采河流設置采砂區(qū)、緩沖區(qū)和禁采區(qū)，將水生動物的產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道以及過度開采河段設置為禁采區(qū)，予以保護和修復。

二是規(guī)定采砂期。 河道采砂的時間應該避開水生動物生活史的關鍵時期，如繁殖期、越冬期和洄游期等，保持河流生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

三是控制采砂規(guī)模。 調(diào)查研究河流的水文學特征，推算河流的自然泥沙輸送量， 再根據(jù)輸沙量限定采砂量，確保河砂能在豐水期得到補充。

四是改進采砂方式，探索環(huán)境友好型采砂技術。 注重檢查采砂設備關鍵部位，防止油污滲漏污染水質(zhì)。 采砂過程中廢水和其他廢棄物不可直接排放，集中處理并經(jīng)過檢驗達標后排放。 懸浮物濃度過高會對水生生物造成損傷甚至致其消失， 應限定采砂時水體懸浮物的最高濃度， 將生態(tài)影響最小化。 針對采砂區(qū)河床深陷和水生植物破壞的情況， 通過回填恢復河床形態(tài)，種植水生植物恢復生態(tài)環(huán)境。

（3）強化采砂管理

我國河道采砂涉及國土、 水利、交通等多個部門，各部門規(guī)章制度和職權(quán)不同，協(xié)調(diào)管理效果不佳，河道采砂亂象橫生，亟待明確各地區(qū)河砂開采管理機關和河砂資源產(chǎn)權(quán)，細化管理權(quán)屬。 可結(jié)合河長制，或落實地方行政管理首長制， 明確主管部門，實行河道采砂許可證和河道采砂資源費的管理制度。 在發(fā)放采砂許可證前聯(lián)合環(huán)評專家現(xiàn)場勘察評估。 除開采前的嚴格審核外，采砂期間有權(quán)進行不定期現(xiàn)場檢查，防止超量、超區(qū)域開采；登記管理采砂工程中的采砂船、挖砂船等采砂設備，防止不合格裝置投入作業(yè)； 設置廢物排放標準，避免廢物超環(huán)境負荷排放造成污染；制定嚴格的河道采砂追責制度，對于有違法違規(guī)操作的采砂企業(yè)，采用責令限期整改和罰款等措施，嚴重的撤銷采砂許可證。 要求采砂企業(yè)在工程結(jié)束后做好采砂區(qū)域砂坑回填等恢復工作，再次聯(lián)合環(huán)評專家評估采砂后的河流生態(tài)系統(tǒng)健康，達到合格標準才可驗收，未能達標則采取督促修復和罰款等措施，嚴重情況下可將該企業(yè)拉入采砂信用黑名單。

各地主管部門或河長制平臺應加快建設河道采砂的自動化監(jiān)管平臺，利用視頻監(jiān)控設施、衛(wèi)星遙感、無人機等技術方法實時監(jiān)控偏僻、敏感河段和重要水域， 保留現(xiàn)場視頻證據(jù)，對采砂區(qū)段的施工狀況實行全程自動監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并制止非法采砂活動。 各地區(qū)監(jiān)管部門加強信息交流和共享，促進實際協(xié)作，有效防控跨時間、跨流域的盜采行為，完善河道采砂自動化和信息化監(jiān)管體系。

（4）實施施工基地生態(tài)修復

采砂工程造成河道河勢改變，生境多樣性降低，繼而對水生生物造成連鎖影響，要恢復河流生態(tài)系統(tǒng)的生境，需要大力開展生境修復工作。 對采砂工程完成后受影響較大的區(qū)域，采用回填采砂坑的方式減輕河床變形程度，在一定程度上恢復底棲生物和魚類生存的基底生境。 疏通水生動物洄游通道，防止洄游性動物生活史被阻斷。 對水生動物產(chǎn)卵場破壞較嚴重的河段，采用自然和仿真材料制作人工魚槽，修復產(chǎn)卵場。 栽種適宜水生植物，促進水體凈化，為水生動物提供棲息、索餌和繁殖等生命活動的重要場所。 對受影響較大、資源快速減少的水生動物，可以采取增殖放流方式恢復其自然種群資源。

（5）提高公民環(huán)保意識

河道采砂亂象很大程度上是人們的環(huán)保意識不強造成的， 采砂過程中過度追求經(jīng)濟效益而忽視了其生態(tài)影響，因此，提高公民尤其是采砂區(qū)民眾環(huán)保意識是河流生態(tài)系統(tǒng)保護和修復的重點。 采砂主管機構(gòu)應積極加強公民尤其是采砂區(qū)民眾環(huán)保教育工作，利用“三微一端”、電視、廣播和水利等相關部門官網(wǎng)等媒體途徑和深入基層開展科學教育活動等手段， 宣傳采砂法律法規(guī)、獎懲措施和生態(tài)環(huán)保理念，學校開設環(huán)境保護公開課程，增強公民環(huán)保意識、維權(quán)意識和法律修養(yǎng)。 針對盜采、濫采和在禁采期采砂等問題，鼓勵河流全流域群眾共同監(jiān)督。