靳會姣,韓艷利,李 勇,孫曉娟
(黃河水資源保護科學研究院,鄭州 450004)
河流水利水電開發(fā)會對水生態(tài)產(chǎn)生不同程度的影響[1],尤其是流域水電梯級開發(fā)產(chǎn)生的影響更為顯著,對流域水生生態(tài)及其相關(guān)聯(lián)的陸生生態(tài)完整性、穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、生物多樣性等均會產(chǎn)生累積、復雜的不利影響[2]。黑河流域是我國西北干旱地區(qū)重要的內(nèi)陸河流域之一,全長928km,流域面積11.6萬km2,橫跨3種不同的自然環(huán)境單元[3]。黑河流域水資源匱乏,近年來隨著流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,人口增加,污染物排放增加,導致流域中下游地區(qū)水資源供需矛盾尖銳、水環(huán)境污染問題、經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)保護用水問題日趨嚴峻[4]。黃藏寺水利樞紐工程為《黑河流域綜合規(guī)劃》(2012~2030年)確定的核心工程,2014年已經(jīng)列入國務院重點推進的172項重大水利工程,主要通過水庫調(diào)度運行,優(yōu)化水資源配置,促進流域生態(tài)環(huán)境改善,但工程施工、水庫淹沒、大壩阻隔和水文情勢變化,也會對局部生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
黑河黃藏寺水利樞紐工程環(huán)境專項試驗水生生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及觀測研究工作自2016年3月黃藏寺開工建設以來已開展并持續(xù)5年,已掌握豐富的調(diào)查成果資料。文章擬通過分析近幾年來的水生生物和魚類資源監(jiān)測成果及變化情況,及時了解掌握黃藏寺水利樞紐工程建設對黑河不同河段水生生態(tài)系統(tǒng)的影響,提出有效減緩措施,為后續(xù)持續(xù)開展水生生態(tài)調(diào)查與監(jiān)測以及工程建成運行后實施的生態(tài)調(diào)度等提供理論和技術(shù)支撐。
黑河是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸河,發(fā)源于青藏高原北部的祁連山區(qū),流經(jīng)青海、甘肅和內(nèi)蒙古三省(區(qū)),以及我國重要的國防科研基地,南起祁連山分水嶺,北止居延海。根據(jù)黑河流域的自然環(huán)境特征,以鶯落峽、正義峽為界,將黑河干流分為上、中、下游三個河段。黃藏寺水利樞紐工程地處青海省海北藏族自治州祁連縣境內(nèi),位于黑河上游東(八寶河)西(黑河干流)兩岔交匯處以下11km的黑河干流上,上距青海省祁連縣城約19km,下距鶯落峽80km。
黃藏寺壩址上游23km黑河支流八寶河河段,已建成天橋山水電站(徑流式),開發(fā)任務為發(fā)電;黃藏寺壩址上游15km黑河干流河段,2004年建成地盤子水電站(引水式),開發(fā)任務為發(fā)電,無任何徑流調(diào)節(jié)能力;黃藏寺至鶯落峽峽谷河段梯級水電開發(fā)密度大,已建成寶瓶河(徑流式)、三道灣(徑流式)、二龍山(引水式)、大孤山(引水式)、小孤山(引水式)、龍首二級(徑流式)、龍首一級(徑流式)等7座梯級電站,開發(fā)任務均為發(fā)電。已建電站首尾相連,且均為徑流式或引水式發(fā)電,不具備流域水資源調(diào)蓄能力,均未配套建設過魚設施,均未配套建設生態(tài)流量設施。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,發(fā)現(xiàn)枯水期已建成的引水式電站壩下存在嚴重減脫水河段,大面積河床裸露,河床周邊植被覆蓋度低,水體面積嚴重縮減,水生生物的生存空間進一步減小。
黑河水電梯級開發(fā)對魚類資源影響顯著,主要表現(xiàn)為生境阻隔和魚類棲息環(huán)境的破壞或消失[5],這對于需要在大范圍內(nèi)遷徙來完成生活史的魚類,往往是毀滅性的;對于需要在局部水域內(nèi)能完成生活史的種類則可能影響不同水域群體之間的遺傳交流,從而導致種群整體遺傳多樣性喪失[6]。黑河上游梯級水電站建設已產(chǎn)生了魚類阻隔環(huán)境影響問題,高原保護性冷水魚類生境的壓縮和破碎化問題突出,黃藏寺水利樞紐工程實施的生態(tài)調(diào)度對壩下河段魚類產(chǎn)卵環(huán)境可起到改善作用,但會加劇對上游及施工影響區(qū)域祁連裸鯉等保護物種棲息地的脅迫作用和不利環(huán)境影響。
2016年為黃藏寺水利樞紐工程施工的第一年,主要施工活動為施工供電干線、變電站和場內(nèi)道路施工;2017年主要施工活動包括左右壩肩開挖、場內(nèi)道路施工、導流洞開挖和對外道路、橋梁及涵洞的開挖和澆筑等;2018年導流洞已實現(xiàn)貫通,主要施工活動包括左右壩肩開挖、對外道路、橋梁及涵洞的開挖和澆筑等;2019年大壩已經(jīng)截流,主要施工活動為大壩邊坡開挖、基坑開挖和壩基清理、橋梁及涵洞的開挖和澆筑等;2020年主要施工內(nèi)容為大壩混凝土澆筑、廠房工程、進場交通洞、永久道路邊坡治理以及砂石料加工系統(tǒng)與混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)等;2021年繼續(xù)大壩混凝土澆筑、帷幕灌漿、廠房工程,預計2022年安裝機組、導流洞下閘、水庫開始蓄水。
根據(jù)黃藏寺水利樞紐工程2016~2020年施工進展情況,根據(jù)每年施工導流、截流等不同情況,增設不同的代表性斷面。截止到2020年黃藏寺水生生物(包括浮游植物、浮游動物、底棲動物)采樣共布設9個有代表性的斷面,其中上游從野牛溝濕地至鶯落峽口,共布設6個斷面,除野牛溝濕地為正常河段,黃藏寺壩址為施工、導截流影響河段外,其余4個斷面均為庫區(qū)或庫尾河段;中游鶯落峽至正義峽河段,共布設2個斷面,均為正常河段;下游東居延海為河流尾閭,布設1個斷面,水體特征參照湖庫。調(diào)查斷面布設情況圖1。
采樣時間為2016~2020年,每年5月底~7月中旬。
圖1 調(diào)查斷面位置示意圖Fig.1 Location schematic of survey sections
浮游生物是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)及能量流動的重要環(huán)節(jié),在水域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中擔任著重要的角色。浮游植物作為水域環(huán)境中的初級生產(chǎn)者[7],其組成和豐度是水域生態(tài)系統(tǒng)中的重要生物學指標之一;浮游動物作為生物鏈中重要的次級生產(chǎn)者,為中上層魚類和其他經(jīng)濟動物等高級消費者提供物質(zhì)和能量來源,同時也決定了高級消費者的種類組成、分布及豐度[8];河流及湖庫浮游生物群落結(jié)構(gòu)與其水生生境關(guān)系密切,外界環(huán)境條件的改變會直接或間接的影響浮游生物的組成、分布和豐度,對水生態(tài)環(huán)境的變化有指示性作用,水生生態(tài)評價可間接反映水質(zhì)狀況[9]。相較于浮游生物等對環(huán)境變化響應快速的生物類群,底棲動物運動能力弱,遷移能力弱,生活周期長,常被用于指示生態(tài)系統(tǒng)的變化,尤其是受到的人為干擾的影響[10],可以更為穩(wěn)定地反映生態(tài)系統(tǒng)的變化及其受到的影響因素[11]以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和變異性[12]。
通過近幾年來開展的水生生態(tài)調(diào)查,可以確定浮游動植物、底棲動物的種群組成、密度與生物量和分布等變化情況;開展魚類現(xiàn)場調(diào)查,同時對當?shù)厮a(chǎn)部門及市場進行走訪,可以掌握調(diào)查區(qū)域魚類的資源情況,魚類區(qū)系組成、種類、生態(tài)習性、“三場一道”分布,保護性魚類的種類、分布、生態(tài)習性等;據(jù)此分析黑河黃藏寺壩址及上下游河段的魚類種類、區(qū)系組成、資源量、珍稀瀕危與土著魚類變化情況及主要原因。
水生生物樣品的采集包括定性采集和定量采集。按照“河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)指南”要求進行監(jiān)測區(qū)域樣品中大型底棲生物和/或藻類的定性(或定量)采集和鑒定分析,記錄定性定量分析數(shù)據(jù)。以浮游植物樣品采集為例,定性采集采用25號篩絹制成的浮游生物網(wǎng)在水中拖曳采集;定量采集則采集充分混合的2 000mL水樣,加入魯哥氏液固定,經(jīng)過48h靜置沉淀,濃縮至約30mL,保存待檢;魚類資源調(diào)查采用現(xiàn)場地籠、刺網(wǎng)捕撈調(diào)查與走訪當?shù)厮a(chǎn)部門及市場相結(jié)合。
目前我國生物監(jiān)測中經(jīng)常用到的生物評價方法主要有Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、Hilsenhoff指數(shù)、Palmer藻類污染指數(shù)、IBI指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)等,可選擇其中一種或幾種評價方法對監(jiān)測河流進行評價。文章選擇在我國有比較長的應用歷史的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)進行水生生物評價。
通過2016~2020年連續(xù)5年對黃藏寺水利樞紐工程影響河段的水生生物及魚類資源調(diào)查和監(jiān)測,充分掌握了黑河上中下游不同河段的水生生態(tài)概況及變化情況,尤其是鶯落峽以上的上游河段和鶯落峽-正義峽之間的中游河段,以下重點對上述兩個河段的浮游植物、浮游動物、底棲動物及魚類資源變化情況進行對比分析。
2016~2020年鶯落峽以上河段分別檢出浮游植物4門45種、3門29種、3門27種、5門28種、4門101種,種類組成均以硅藻為主,其次是藍藻和綠藻;鶯落峽-正義峽河段分別檢出浮游植物5門46種、3門31種、5門33種、5門20種、7門93種,種類組成同上游河段一致。浮游植物種類、生物量和密度調(diào)查結(jié)果詳見圖2(a)、(b)。
圖2 浮游植物調(diào)查結(jié)果Fig.2 Survey results of phytoplankton
2016~2020年鶯落峽以上河段分別檢出浮游動物3類11種、2類3種、1類7種、2類11種、3類37種,種類組成均以原生動物為主,其次是輪蟲類;鶯落峽-正義峽河段分別檢出浮游動物3類18種、3類13種、4類18種、2類10種、3類22種,種類組成同上游河段一致。浮游動物種類、生物量和密度調(diào)查結(jié)果詳見圖3(a)、(b)。
圖3 浮游動物調(diào)查結(jié)果Fig.3 Survey results of zooplankton
2016~2020年鶯落峽以上河段分別檢出底棲動物19種、0種、13種、5種、8種,種類組成均以節(jié)肢動物為主;鶯落峽-正義峽河段分別檢出底棲動物12種、10種、9種、4種、9種,種類組成同上游河段一致,均以節(jié)肢動物為主。底棲動物種類、生物量和密度調(diào)查結(jié)果詳見圖4(a)、(b)。
圖4 底棲動物調(diào)查結(jié)果Fig.4 Survey results of benthic animals
2016~2020年鶯落峽以上河段分別檢出魚類資源4種134尾、4種867尾、4種781尾、7種557尾、6種398尾。魚類種類前3年保持不變,2019年新增短尾高原鰍、東方高原鰍、祁連高原鰍3種,捕獲數(shù)量和重量呈先增加后減少趨勢;2020年未捕撈到新疆高原鰍,新增黃河裸裂尻、斯氏高原鰍、擬硬刺高原鰍3種;漁獲物的組成以高原鰍和祁連裸鯉為主;鶯落峽-正義峽河段分別檢出魚類資源5種56尾、8種80尾、6種78尾、9種54尾、17種391尾。2016年、2017年漁獲物的組成以高原鰍為主;2018年、2019年調(diào)查到祁連裸鯉,漁獲物的組成以高原鰍和祁連裸鯉為主,2020年漁獲物的組成中新增硬刺高原鰍,祁連裸鯉捕撈數(shù)量有所減少。魚類資源種類、數(shù)量和重量等調(diào)查結(jié)果詳見圖5(a)、5(b)。
圖5 魚類資源調(diào)查結(jié)果Fig.5 Survey results of fish resources
整體上2016~2020年近5年水生生物的種類、數(shù)量呈先下降后上升的趨勢,其中浮游植物2020年種類數(shù)量為近5年最多;浮游動物和底棲動物種類和數(shù)量2018~2020年較2017年增幅較大,但仍達不到2016年水平;近5年調(diào)查到的魚類種類、數(shù)量及重量總體呈增加趨勢,其中2020年調(diào)查到的魚類種類、數(shù)量和重量均為最多。從上游到下游各斷面漁獲物種類、數(shù)量和重量變化規(guī)律不明顯,總體上中下游河段魚類種類較上游豐富,庫區(qū)河段及居延海較一般河段漁獲物種類相對豐富。
水生生物是江河中重要的自然資源,影響水生生物生存、繁衍和棲息的因素有很多,主要有水文情勢、地理經(jīng)緯度和海拔高度、水溫、光照、透明度、水質(zhì)等水體理化環(huán)境的非生物因素以及水生生物之間賴以生存的生物環(huán)境因素[13],以上因素均有可能對水生生物的繁衍造成不利影響。2016~2020年黑河上中游代表性河段浮游動植物、底棲動物以及魚類的種類與數(shù)量監(jiān)測結(jié)果存在一定的差異,這和黃藏寺水利樞紐工程施工活動的增加有一定的關(guān)系,同時也與水生生物個體特征、降水、上游來水、泥沙等因素有關(guān)。
河流水利水電工程的建設可以進行水資源的有效調(diào)配并保障能源的可持續(xù)利用,但水利水電工程在修建時也會改變江河及周邊的水文情勢,對重要水生生物的繁衍造成不利影響,影響機理主要為物理阻隔和水文水質(zhì)條件的改變[14]。目前黃藏寺水利樞紐工程大壩尚未建成,未形成完全阻隔,主要是導截流改變了黑河的天然徑流,導致壩址上下游的徑流條件在時空分布、水沙條件等發(fā)生變化,會對水生生物的繁衍和豐度產(chǎn)生不利的影響。
4.1.1 汛期日均流量變化分析
根據(jù)近幾年黑河上游札馬什克站、支流八寶河祁連站、黃藏寺壩址站、下游鶯落峽和正義峽5個水文站在調(diào)查期間的日均流量均值及日均流量過程線的變化情況,上述水文站2016~2019年調(diào)查期間日均流量均呈現(xiàn)逐年增加趨勢,2020年有所減小,日均流量均值與2017年相差不大;從上下游來看,除八寶河祁連站外,黑河上游札馬什克站至黃藏寺站、鶯落峽站流量因上下游來水關(guān)系,呈遞增趨勢,鶯落峽至正義峽河段因農(nóng)田灌溉用水量增加,正義峽站流量呈下降趨勢。結(jié)合近幾年來水生生態(tài)調(diào)查斷面的生境概況來看,水體流速整體表現(xiàn)為2016年、2020年較小,2019年最大,2017年和2018年流速居中,這主要與2017年~2019年調(diào)查期間正值汛期,降水增多及支流來水增加有關(guān)。上述5個水文站汛期(5月~9月)日均流量變化過程線如圖6所示。
圖6 上中游5個水文站2016~2020年日均流量變化過程Fig.6 Change process of the average daily flow on the five hydrological stations in the upper and middle reaches from 2016 to 2020
4.1.2 水生生物變化分析
以中游鶯落峽-正義峽河段水生生物變化趨勢分析為例,黑河臨澤濕地、黑河濕地高臺保護區(qū)核心區(qū)2個調(diào)查斷面所在的中游河段區(qū)間沒有水庫和大壩等水利工程,僅考慮上游鶯落峽來水和降水即可。水文資料顯示2016~2020年調(diào)查期間“鶯落峽站”流量均值依次為49.2m3/s、92.9m3/s、133m3/s、162.1m3/s、100.1m3/s,前4年呈逐漸遞增趨勢,且增幅明顯,2020年流量降幅較大;據(jù)水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果來看,黑河臨澤濕地、黑河濕地高臺保護區(qū)核心區(qū)2個調(diào)查斷面2016~2019年浮游生物和底棲動物種類逐年減少,2020年種類大幅增加,密度和生物量有增有減,總體上還是較2016年有所減少。有研究表明,水流是河流生境的主要決定因素,也是水生生物組成的重要決定性因素[15]。王慶等研究表明珠江豐水期的高徑流量導致各種輪蟲數(shù)量大幅減少,輪蟲密度在豐水期一直較低,生物量兩次高峰期時段均為枯水期[16];曾輝等對長江和三峽庫區(qū)浮游植物的研究表明,雨季藻類優(yōu)勢種為隱藻類,旱季藻類優(yōu)勢種為硅藻類,長江干流的藻類數(shù)量與水流量呈負相關(guān)[17]。以上研究表明,河流徑流量、流速等的增加,可能會造成水生生物種類和數(shù)量的減少,雨量的多少,優(yōu)勢種也有所不同。
地理經(jīng)緯度和海拔高度主要通過氣溫影響水溫,從而間接影響水生植物生長,在同一溫度帶內(nèi)氣候因素對水生生物的影響比較小。由于近5年來調(diào)查斷面的位置基本一致,地理經(jīng)緯度和海拔高度均沒有改變,2016年、2017年調(diào)查日期分別為5月底和6月初,較2018~2020年提早30天左右,黃藏寺壩址及以上河段氣溫和水溫較低,根據(jù)2016年、2017年調(diào)查結(jié)果顯示,氣溫、水溫并未對水生生物造成較大影響;龍首一級水電站庫尾及臨澤濕地、高臺濕地這3個監(jiān)測斷面近5年來水溫相差很小,未造成水生生物多樣性和生產(chǎn)力發(fā)生較大改變。
光照強度會影響水生生物的生長、繁殖速度以及抗病能力;同時與透明度的變化也不無關(guān)系,光照強度高,水體透明度高,才使得水體底層有足夠強度的光照,滿足某些特定水生生物的生長需求[13];根據(jù)調(diào)查期間水體顏色及實測透明度數(shù)據(jù)來看,鶯落峽以上河段由于地處峽谷河段,河寬較窄,水深較大,再加之上游降水、泥沙含量大,水體呈泥黃色,透明度較低,近5年平均透明度在13.8cm~28.5cm之間;其中壩址河段由于壩肩開挖產(chǎn)生的砂石碎屑,防護不當會落入黑河中,可能會造成局部河段水體渾濁呈泥黃色,透明度降低,2018~2020年透明度在8cm~20cm之間,影響壩址河段水生生物的棲息和繁殖;鶯落峽以下河段,黑河出山后地勢平坦,河寬水淺,臨澤濕地近5年平均透明度為72.5cm,水色為淺綠色,高臺濕地近5年平均透明度為33.5cm,水體呈淺黃色,水體透明度整體高于上游河段,水生生物種類和數(shù)量明顯高于上游河段。
基于上述調(diào)查結(jié)果之間存在的差異,本次結(jié)合工程建設情況和黑河流域水情及水溫、透明度等變化趨勢,綜合分析如下:①工程建設活動對壩址河段的水生生物的種類和數(shù)量造成了一定程度的影響;對遠離壩址的干流河段及其支流河段基本未產(chǎn)生影響;②由于2017~2019年調(diào)查期間正值汛期,降雨量較大,日均流量呈現(xiàn)逐年增加趨勢。受壩址上游降雨以及工程大壩截流施工的影響,壩址及上游河段的懸浮物含量和泥沙含量增大,透明度較低,不利于浮游動植物的生長繁殖,導致浮游動植物資源貧乏;③水體泥沙含量及流速是影響調(diào)查區(qū)域底棲動物種類、數(shù)量分布的制約因子。黃藏寺壩址河段工程擾動巨大,原有河床形態(tài)已基本不再,現(xiàn)有河床多大型礪石,水流湍急,底棲生物在該河段較難留存;龍首一級庫尾因水庫運行調(diào)度,水位變幅較大且頻繁,調(diào)查時段庫區(qū)水位抬升,淹沒消落帶,消落帶不適宜底棲生物生存;以上原因造成黃藏寺壩址和龍首一級庫尾2個斷面未采集到底棲動物;④水生生物密度和生物量從2016~2020年整體有增有減,甚至2017年、2020年浮游動物和底棲動物在定量樣品檢測中出現(xiàn)未檢出的情況;從生物學角度上來看,由于浮游動植物和底棲動物類別不多,個體、大小、重量等相差很大,上述變化屬正?,F(xiàn)象。
近幾年來黃藏寺水利樞紐工程施工建設整體上尚未對黑河水生生態(tài)系統(tǒng)造成較大影響,但隨著大壩混凝土澆筑的完成,導流洞開始下閘、水庫開始蓄水發(fā)電,將會對黑河干流上下游的水生態(tài)系統(tǒng)進行分割,致使河道阻隔,阻斷魚類上溯的自然通道,對魚類覓食洄游和生殖洄游會產(chǎn)生一定程度的影響;水庫蓄水后水生生物生境面積擴大、水文條件的改變引起水生生物及魚類資源種類和分布的變化。為使黑河流域水生生態(tài)得以修復及養(yǎng)護水生生物資源,除了持續(xù)開展水生生態(tài)保護、下游調(diào)水區(qū)生態(tài)影響與保護觀測和專項研究工作外,還應在以下幾個方面繼續(xù)深入研究。
5.1 根據(jù)祁連山國家級自然保護區(qū)、黑河濕地自然保護區(qū)、黑河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)等不同生態(tài)功能區(qū)的開發(fā)與保護定位、生態(tài)保護目標要求等;以黑河整個流域為單元,統(tǒng)籌考慮干支流、上下游之間的水力聯(lián)系,從滿足生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性和功能可持續(xù)性保護的角度出發(fā),開展科學系統(tǒng)的長遠規(guī)劃研究[6,18]。
5.2 全面考慮河流水電開發(fā)與生態(tài)保護之間的關(guān)系,通過分析水利水電工程運行方式、流量、流速、水溫、水質(zhì)等要素對重要水生生物棲息及繁殖的影響機理[14],選取工程要素、水生生境、水生生態(tài)、水環(huán)境質(zhì)量等多種指標[19],開展黃藏寺水利樞紐工程生態(tài)調(diào)控研究,建立面向重要水生生物產(chǎn)卵棲息地的生境評價體系及模型,探索能夠滿足黑河流域重要水生生物棲息繁殖需求的水庫調(diào)控方法[20-21]。同時針對上游梯級水電開發(fā)比較密集,考慮到水利水電工程群對部分珍稀特有魚類會產(chǎn)生累積影響,非常有必要實施流域梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度研究。
5.3 在庫區(qū)及大壩下游河段繼續(xù)開展祁連裸鯉、黃河裸裂尻等重要魚類的增殖放流;開展增殖放流標志跟蹤監(jiān)測和評估研究,根據(jù)長期監(jiān)測結(jié)果調(diào)整增殖放流對象及規(guī)模。
5.4 結(jié)合我國及黑河流域水生態(tài)環(huán)境法律保護的發(fā)展進程及要求,充分調(diào)研黃藏寺水利樞紐工程施工對黑河某些河段的水體干擾及污染的范圍和影響程度,分別從法律規(guī)范、裁判適用等方面保障黑河水生態(tài)環(huán)境損害賠償措施的真正落實[22]。