当前位置:首页 治江焦点 焦点释疑 水生态环境 正文
水生态环境

曹文宣:长江上游水电梯级开发的水域生态保护问题

2018年08月14日  来源: 长江技术经济杂志

1 前言

长江是我国第一大河,水力资源十分丰富,主要分布在上游地区。长江宜昌以上干支流水力资源技术可开发量装机容量22246万kW,年发电量10677.3亿kW·h,分别占全流域总量的86.8%和89.9%,是“西电东送”的主要产电区。在2012年12月颁布的《长江流域综合利用规划(2012—2030年)》中,上游的干流和主要支流都布置了若干水电站。有的支流,特别是在一些二级和三级支流,已经大量修建了引水式电站,使原来的天然河道断断续续的脱水干涸。

长江是水生生物的重要聚居地,生物多样性丰富。长江内生活有白鳍豚、长江江豚、扬子鳄、白鲟、中华鲟、达氏鲟、胭脂鱼、川陕哲罗鲑等国家重点保护的水生野生动物。长江的鱼类有400余种,其中纯淡水鱼360余种,过河口洄游性鱼类11种,以及一些常年栖息于河口区的咸淡水鱼类[1]。长江鱼类资源有两个主要特点。一个是以青、草、鲢、鳙即“四大家鱼”为代表的鲤科鱼类东亚类群,在渔业资源中占有重要地位。它们适应于东亚季风气候,在春末夏初水温升到18℃以上,每当江河发生洪汛时繁殖,鱼卵在漂流过程中发育孵化,并随着泛滥的洪水进入沿岸的洼地(即通江湖泊)摄食生长。发生洪水和水温达到适当的温度点是它们进行繁殖所必备的自然条件,而通江湖泊则是其仔、幼鱼及成鱼育肥生长的最适场所。长江鱼类资源的另一个特点是特有种很多。在长江的360余种纯淡水鱼类中,有155种是长江的特有种,并且局限分布于长江上游的特有鱼类多达124种。上游的特有种绝大多数常年栖息于江河流水中,对其栖息生境有高度的适应性和强烈的依赖性,是长江上游水域生态系统的代表性物种,也是维护上游生物多样性的主要保护对象。

由于水域生态系统本身的脆弱性,易受自然因素变化和各种人类活动干扰的影响。著名的国家一级重点保护动物白鳍豚,已在长江消失了20年,被宣告为“功能性绝灭”;另一种一级保护动物白鲟,在2003年最后一次见到1尾误捕的个体以后,至今再未见到。国家二级保护动物长江江豚,2006年调查有1800头,到2012年调查仅有1040头,种群数量减少的速率很快,濒危状态加剧。中华鲟在宜昌葛洲坝下的产卵场,自2003年三峡水库蓄水后,产卵期后延约20天,并且从每年产两次减为只产一次卵,甚至到2013年至2015年,没有监测到坝下产卵的情况;2016年又发现有少数亲鱼产卵。三峡水库蓄水运行后,四大家鱼的繁殖期也滞后了2~3周。这些征兆应当引起我们的警觉和重视。

如何协调水电开发和物种保护之间的矛盾,实现水电可持续发展和物种永续繁衍,是需要认真探讨的课题。本文就长江上游已建、在建和拟建的一些大型水电工程的生态环境影响及其目前采用的物种保护措施的效用作一些分析。

2 长江上游特有鱼类所适应的栖息生境

在长江上游的124种特有鱼类中,除十几种分别分布于滇池、泸沽湖等几个湖泊,适应于静水环境的物种外,绝大多数种类适应于急流环境,在河流中生活。常年在长江上游干流及其主要支流下游的特有鱼类有40余种,其它的几十种特有鱼类,则分布在各支流的中、上游,并且有少数的特有种仅分布于某一条河流。

这里的河流,无论干流或支流,通常是河道蜿蜒曲折,滩潭相接,在河道两侧流速、流态、底质、水深等水文要素随主流走向而交替变化。在砾石的河滩,河水奔腾湍急,浪花翻滚。砾石表面普遍生长着生藻类(主要为硅藻,其次为绿藻),并有大量的水生昆虫的幼虫或稚虫爬附在砾石表面或吐丝作巢于石缝中,它们多以着生藻类为食。在河流弯曲处,受主流冲刷而形成的潭(当地叫“沱”),水较深,常被岩石部分遮被,是鱼类白天隐匿的场所。这里的底质多为沙砾或泥沙,在漩水处常积聚有半腐烂的植物碎屑。另外,在河边岩石上,也生长有大片着生藻类,还会见到营固着生活的软体动物淡水壳菜。

在这样的河流环境中,上游的特有鱼类形成了一系列的适应性特征。它们多数是营底栖生活,有一些类群的胸、腹鳍或口唇部分还形成了吸盘等附着器官,可吸附于石上。针对河流中饵料生物的组成,特有鱼类的食性主要分为以下五大类:(1)主要摄食着生藻类的。它们的口裂较宽,近似横裂,下颌前缘具有锋利的角质,用来刮取生长于石上的着生藻类。(2)主食底栖无脊椎动物的。它们的口部常具有发达的触须或肥厚的唇,用以探寻和吸取食物。这一类食性的鱼种数最多,约60种。(3)杂食性鱼类。它们通常是在水量较大、水较深的干支流栖息,摄食底栖动物(包括淡水壳菜),也摄食藻类及植物碎屑、种子等。(4)主要捕食别种鱼类的。(5)主要摄食浮游动物的。

3 长江上游特有鱼类的繁殖习性

任何一个物种都必须通过繁殖后代延续生命。在个体的生活史周期中,繁殖是最重要的一个环节。鱼类繁殖习性的形成是与其栖息水域气候、水文等环境要素周年变化的自然节律相适应的。上游特有鱼类繁殖习性大体可以分为以下几个类型。

在砾石河滩产沉性或黏性卵:具这种类型产卵习性的特有种较多,每年3月,当水温升到15℃时,便开始产卵。鱼卵黏附于砾石表面或散布于砾石间的缝隙中。这时的河水径流平稳,悬移质极少,避免泥沙黏附在鱼卵上,影响胚胎呼吸。一般在15-16℃时,受精卵经5-6天孵化,水温较高时,孵化期相应缩短。孵化的仔鱼待到5、6月份发生洪汛时,已长成具有较强游泳能力的稚鱼,能够游到浅滩、岔流或支流觅食。

 在挖掘的浅坑中产沉性卵:裂腹鱼亚科分布于长江上游各个属的特有种(约20种),具有相似的繁殖习性。亲鱼(主要是雄鱼)在底质为沙砾、水流较平顺、水深约40~60cm的近岸处,靠尾部的摆动刨出一个浅坑,将鱼卵产在坑中。开始繁殖的水温,在裂腹鱼属约10℃,在裸鲤属和裸裂尻鱼属约4~5℃。此外,属于国家二级重点保护动物的川陕哲罗鲑,在长江上游目前仅局限于大渡河河源段的脚木足河和麻柯河,其繁殖习性与裂腹鱼类相似,繁殖水温也很低。

在江河涨水时产漂流性卵:在4、5月内,水温升到18℃时,圆口铜鱼、长鳍吻鮈、长薄鳅、中华金沙鳅等特有种,当发生洪汛时便在江河中产卵。受精卵迅速吸水膨胀,卵膜直径可达5.1~7.8mm(圆口铜鱼),小的也有3.7~4.0mm(长薄鳅)。鱼卵在顺水漂流的过程中发育。初孵仔鱼仍随水漂流一段时间,待卵黄囊完全吸收后,才能主动游动。由于江水流速较大,一般要被动漂流600-700km距离。圆口铜鱼、长薄鳅等鱼类的产卵场主要在金沙江中下游观音岩至乌东德江段,距宜昌1500km以上,其仔鱼漂流到长江中游的几率很小。漂流性鱼卵的比重略大于水,流速大于0.2m/s时,可以悬浮在水中漂流,但当流速小于0.2m/s时,则会下沉,被泥沙掩盖或缺氧死亡。

产黏草性鱼卵:只有极少数的特有鱼类将黏性卵产在水草上。黑尾近红鲌在5、6月份,水温达到20℃时,在缓流处或支流有水草生长的地方产卵。

4 水电工程对水域生态影响

大型水利枢纽工程一般具有多项功能。目前在金沙江、雅砻江和大渡河等河流已建和在建的水电站,都未建船闸,其主要功能是发电,而其航运功能仅限于水库内。这些电站大多为拦河筑坝,坝高多在100m以上。水电站建成运行后,将奔腾的河流改变为缓流的水库,砾石河滩被数十米乃至100m以上的深水所淹没并逐渐被泥沙覆盖,该河段水生生物原有的栖息生境完全消失;深水水库径流调节和水温层化,也使水域生态的自然节律发生变化。这些变化,对上游特有鱼类的生存带来了影响[2] [3]。

4.1 河流的连通性受到阻隔,影响鱼类洄游

鱼类在进行觅食、繁殖、越冬等活动时,常在江河里作距离长短不等的洄游。拦河大坝阻挡了鱼类上溯的洄游通路。受阻隔影响最为严重的是那些具有强烈的回归性、必须返回到原来出生地去繁殖的鲑科鱼类。

大坝对鱼类下行也产生影响。处于鱼类早期生活史阶段的鱼卵和仔鱼(俗称“鱼苗”)游泳能力弱,常被动地被水流带至坝前,随着下泄水流降落。从高处下泄的水流能量巨大,冲入消能池时产生的高压,使溶于水中的气体处于过饱和状态。仔鱼吸入了这种过饱和气体,当其随水流溢出消能池后,周围环境恢复常压状态,血管中仍保持过饱和状态的溶氧迅即形成气泡,危及鱼体生命。这就是通常说的气体过饱和引起的气泡病。也有一部分仔鱼是死于下泄水流冲击而产生的机械损伤。

4.2 水文情势显著改变,流水性鱼类栖息生境消失

在山区河流修建拦河大坝形成的水库,都是河道型水库。一般坝高在100m以上的水库,蓄水很深,水面增宽,过水断面面积大大增加,因而流速显著变慢。深水水库,即便是性能为周调节或月调节的水库,蓄水后由于流速显著减缓,泥沙会大量沉积,库水变清,透明度常常大于1m,甚至可达数米深。库水透明度大,加之从河流中带来的面源污染的磷、氮以及水库淹没的农田土壤中释放出的磷、氮等营养元素,有利于浮游植物大量生长,直接或间接以浮游植物为食的浮游动物也相应增多。这些是深水水库中饵料生物资源的重要部分。

另一方面,原来河道内急流河滩的砾石表面生长的着生藻类,因泥沙覆盖,缺乏所需的水流、光照、溶氧等生存条件而消失。直接或间接以着生藻类为食的水生昆虫的幼虫或稚虫,因食物缺乏和栖息生境消失,也不复存在。这就意味着,原来在库区江段急流中营底栖或在底层生活的特有鱼类,在水库蓄水运行后,导致其饵料资源缺乏,栖息生境消失,水库内已不具备它们基本的生存条件。

4.3 水温层化,下泄水温升降滞后,鱼类繁殖时期延迟

深水水库水流缓慢,底层水基本处于停滞状态。在水库中部到坝前的深水区,通常水温会出现分层现象。表层水温随气温而变化,往下逐渐降低,在距表面15-20m之间的某一水层时,水温降低的幅度较之其他各层间的差幅显著为大,这一水层被称为“温跃层”。温跃层以下,仍然是随深度增大水温逐渐降低。到最深的底部,水温一般保持在10℃以下。

水温分层现象在多年调节性水库最为明显。浙江新安江水电站是一座多年调节水库,据实测数据,月平均水温7月降低15.78℃,8月降低15.13℃。但在冬季,12月高3.43℃,1月高4.15℃。

水温滞后直接影响鱼类的繁殖和水生生物的生长。三峡水库自2003年开始试验性蓄水至139m,2004年春末宜昌-宜都四大家鱼繁殖开始时间因达到18℃水温滞后,推迟约3周。据历年监测结果,长江中游四大家鱼繁殖期平均推迟25天。

4.4 河流的自然径流过程改变,影响鱼类繁殖

四大家鱼等鲤科东亚类群中产漂流性卵鱼类,繁殖所要求的外在条件是水温达到18℃和江河发生洪水。鱼类繁殖要求洪水越大越好,而人类为了生命财产安全,需要防洪减灾,控制洪水。随着上游不断增加的大型水电站的建成,上游产生的洪水渐次被这些水库调蓄,使洪水过程坦化。

对于在河滩产卵场产沉性卵或黏性卵的鱼类,由于电站调峰(日调节)引起的下游河道水文情势改变,而受到严重的不利影响。产在河滩上的鱼卵,必须在水中发育,受精卵通常经2~3天孵化。如果水位下降,鱼卵暴露于空气中,风吹日晒,几分钟后便会干燥死亡。水位的频繁变动,同样不利于在岸边或支流杂草、树根上产黏草性卵的鱼类。

5 已采取的水电工程鱼类救护措施

我国在20世纪50年代末,已经开始进行水电工程“救鱼”问题的研究和实践。20世纪80年代以来,拟建的水电工程在“可行性研究报告”和“环境影响报告书”中,都要求写明需要保护的鱼类名录和打算采取的保护措施。

5.1 建立珍稀特有鱼类自然保护区

在《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》(1991)中,提出了为长江上游特有鱼类建立自然保护区的建议。20世纪90年代,四川省在屏山至合江段建立了长江上游珍稀鱼类省级自然保护区(现为国家级保护区)。2005年,因金沙江下游向家坝、溪洛渡水电站获准建设,保护区范围再次调整,上游端移至向家坝大坝下1.5km处,下游端延至重庆市马桑溪大桥,增加了整条赤水河和岷江河口段等相邻河段,保护区名称改为“长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区”。

5.2 进行人工繁殖放流

在我国,出于物种保护目的,弥补受水电工程不利影响而开展的鱼类人工繁殖放流活动,始于20世纪80年代中期。当时葛洲坝工程局建立了中华鲟人工繁殖放流站。

20世纪70年代中期,四川省水产研究所等单位使用从金沙江中华鲟产卵场捕到的亲鱼,人工催产促进产卵,人工授精并成功孵出仔鱼,突破了中华鲟人工繁殖技术。1983年,中国水产科学院长江水产研究所等单位,利用从葛洲坝下捕到的中华鲟亲鱼,人工催产、人工孵化也获得成功。

自1984年以来,进行了长江中华鲟人工繁殖放流活动。据监测资料,中华鲟人工放流的贡献率已达到10%,虽有较显著效果,但主要还是依靠自然繁殖维持野生种群。

5.3 建造过鱼设施

水电大坝的建设,阻隔了鱼类上溯的通道,使一些回归性很强、必须返回上游原出生地产卵的鱼无法完成繁殖活动。修建过鱼设施的目的,就是为这些鱼类提供上溯通路。

在欧洲,许多河流流经多个国家,每个国家都享有利用鱼类资源的权利,因此,在河流上修建水电站时,必须建造过鱼设施,为溯河洄游的鲑鱼、鲱鱼和鲟鱼,以及为降河洄游的欧鳗提供通道。这些梯级水电站一般都是低坝,水头不高。在这些水电站修建的过鱼设施,过鱼效果都比较好[4]。

我国在20世纪60年代末修建的水电站附建了鱼道,这些鱼道是否已顺利通过了原来设计的主要过鱼对象,尚未见报道。目前在长江上游修建的梯级水电站,是否也需要附设过鱼设施呢?对于这个问题,社会上存在不同的认识。由于高坝深库建成后,水库内已经没有这些需要保护鱼类的生存条件。水电站修建的鱼道成为一些鱼类的“生态陷阱”[5]。

现在又兴起采用集运鱼船作为水电工程的鱼类保护措施。集运鱼船原来是国外用来在河流中诱集成群溯游的洄游性鱼类的一种设施,可随河流水位、流速变化和鱼群洄游路径移动位置,船底几乎接触河底,以利于底层鱼类进入集鱼槽。现在我国在深水水库中使用的集运鱼船,漂浮在水库表层,没有需要上溯的鱼群(需要保护的特有鱼类),自动进入集运鱼船。

6 对于长江上游水电开发和水域生态保护协调发展的建议

6.1 对青衣江、安宁河、水洛河和藏曲等河流实施生态修复工程,建立特有鱼类自然保护区

长江上游的这几条支流,同赤水河相似,流程较长,水量较大,鱼类种数多,有较多的特有鱼类。但是,在这些支流上修建的许多引水式小水电站,使河流断断续续脱水,水域生态系统遭到严重损害,河流净化水质功能大为减弱,鱼类的产卵场和栖息地减少或消失,水生生物多样性下降,一些特有种已处于濒危状态。建议对上游各支流已建水电站的生态环境影响进行一次后评估,估算其生态补偿额度。如果将这些支流的生态系统加以修复,建立自然保护区,即可使那几条大河因修建大型水电站而遭受不利影响的特有鱼类得到有效的保护[6][7]。

对这些支流实施重大生态保护修复工程,要从河源开始,将水电站大坝和引水式电站的壅水堰和引水管道等设施拆除,清理河道,使水流畅通无阻,恢复河流自然流态。在整个支流水系建立自然保护区后,安排渔民转产转业,监督污水达标排放,适当进行特有鱼类人工繁殖放流。待自然种群恢复到较大规模,即停止放流,以自然恢复为主。

6.2 健全生态补偿机制

河流水生生物自然保护区所保护的虽然是水中的水生生物,特别是珍稀特有鱼类,但是保护区的管理要求沿岸居民不得在保护区内从事一些有损保护功能的生产建设活动,这就会对当地的经济社会发展带来一定的影响。因保护区建设使经济发展受到影响的地区,应当给予生态补偿。

6.3 加强水域生态健康状况监测和研究

对于长江的水域生态系统来说,加强监测尤为重要。因为每修建一个大型水电站,其引起水温、径流过程等环境要素的变化,又会叠加到原来已经产生了变化的这些环境要素上。水电站数量不断增加,环境要素相应不断变化。生物都具有适应性,但每种生物的适应度都有一定的阈值,超过了阈值,将对其生命活动不利。

长江上游梯级水电开发对水域生态的影响有必要进行长期的监测和深入的研究。须着重对上游自然保护区内的达氏鲟、白鲟、胭脂鱼等珍稀鱼类自然繁殖的水温下限的研究;葛洲坝下中华鲟产卵场环境要素变化对其繁殖影响的研究;四大家鱼繁殖要求的下限水温18℃,最晚滞后到什么时候出现才不至于影响当年幼鱼生长和安全越冬问题的研究。长江上游水电梯级开发规模,需要以珍稀水生动物生存安全和四大家鱼等重要渔业资源长盛不衰为前提,划出生态红线,确定开发的“度”。

对于长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区,以及本文建议新设的青衣江、安宁河、水洛河和藏曲等河流自然保护区,同样需要加强监测。在保护区内设置监测站,对珍稀特有鱼类进行全天候监测,对河流生态学进行深入研究,以保障自然保护区可持续发展。

作者:
相关文章