西藏湘河水利枢纽工程对黑颈鹤夜宿地影响研究

2021-04-02王旭航，杨乐，缪宁，许高金，施家月，郭坚，王建威

人民长江 2021年3期

王旭航，杨乐，缪宁，许高金，施家月，郭坚，王建威

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122； 2.西藏自治区高原生物研究所，西藏拉萨 850000； 3.四川大学生命科学学院，四川成都 610065)

西藏湘河水利枢纽工程是国家重点水利工程，工程建设将显著改善湘河流域的灌溉条件和社会民生。工程水利枢纽坝址下游约47.5 km分布有西藏雅鲁藏布江中游河谷黑颈鹤国家级自然保护区，主要是保护对象为国家一级重点保护鸟类黑颈鹤。目前，关于黑颈鹤的研究主要集中在对其繁殖、越冬、迁徙、分布等的生物学特性和生态学习性领域，冯科民[1]、Dwyer等[2]、李筑眉等[3]、仓决卓玛等[4]均在不同时期对黑颈鹤的种群分布、生态习性及保护现状等进行了研究。关于工程建设或人类活动对于黑颈鹤或邻近鹤类种群的影响研究相对较少，吴杨[5]对拉日铁路对西藏“一江两河”地区黑颈鹤栖息地影响评价进行了研究，但主要是从工程占地、灯光、噪声等方面展开；Bishop等[6]、颜凤等[7]以及刘胜龙[8]分别从农业耕作活动对黑颈鹤的食性和食物可获得性、围填海对越冬水鸟群落及空间分布、补水对鹤类生态及其生境的影响等角度进行了研究。对于水文条件变化对黑颈鹤夜宿地生境的影响方面，国内尚未有相关报道。本研究基于对生态下泄流量过程的模拟，结合黑颈鹤夜宿习性，研究工程建设水文情势变化对黑颈鹤夜宿地产生的影响。

1 研究区概况

1.1 工程概况

湘河是雅鲁藏布江中游左岸一级支流，又名香曲。湘河发源于冈底斯山脉中段的谢通门县娘热乡卡嘎村吉古勒附近。干流全长182 km，流域面积7 418 km2。西藏湘河水利枢纽工程位于西藏日喀则市南木林县境内，灌区规划范围为湘河水利枢纽坝址以下至雅鲁藏布江汇合口湘河下游河谷两岸。工程为Ⅱ等大(2)型工程，工程任务以灌溉、供水、改善保护区生态环境为主，兼顾发电。水库总库容为1.156亿m3，兴利调节库容为0.69亿m3。水利枢纽拦河坝最大坝高51 m；下游取水共设置5座无坝取水口和1座有坝取水枢纽(央玛取水枢纽)，有坝取水枢纽坝址位于湘河水库水利枢纽下游约39.7 km处，溢流坝高度4.0 m。湘河水利枢纽和央玛取水枢纽坝址处的多年平均流量分别为58.3 m3/s和69.0 m3/s。

1.2 保护区概况及区位关系

西藏雅鲁藏布江中游河谷黑颈鹤国家级自然保护区地跨西藏“一江两河”流域大片河谷湿地、农田和羊卓雍错湖泊湿地，保护区总面积6 143.45 km2。保护区由三大块组成，分别为：日喀则雅鲁藏布江中游河谷区、拉萨河流域河谷区和羊卓雍错湖泊湿地区。该自然保护区是以保护国家一类保护动物黑颈鹤及其越冬栖息地及其他高原水禽为主的自然保护区[9]。近年来，随着生态保护工作的不断推进，保护区日喀则片区的生境适宜性程度总体呈现增加的趋势[10]。

西藏湘河水利枢纽坝址位于保护区日喀则片区上游约47.5 km处，其中央玛取水枢纽坝址位于保护区上游约7.8 km处(见图1)。

图1 西藏湘河水利枢纽工程与西藏雅鲁藏布江中游河谷黑颈鹤国家级自然保护区(日喀则片区)区位关系Fig.1 Location of Xianghe Water Conservarcy Project and Black-necked Crane National Nature Reserve (Shigatse Region)in the middle reaches of the Yarlung Zangbo River in Tibet

1.3 研究对象

黑颈鹤是世界现存15种鹤类中唯一栖息于海拔3 500～4 500 m之间的以青藏高原为中心分布的物种。全世界黑颈鹤约有10 000只，90%以上栖息于我国[11]。冬季在我国西藏南部、四川、云南、贵州等省区高原地区越冬，夏季迁徙至西藏北部、青海、新疆、四川、甘肃等省区的高原湖泊湿地繁殖育雏[11]。黑颈鹤每年10月中下旬至11月结群飞至青藏高原南部和东南部越冬，黑颈鹤在西藏自治区的越冬地集中在雅鲁藏布江中游河谷及其支流拉萨河、年楚河的“一江两河”地区(本工程涉及的区域)，南木林县属于黑颈鹤越冬的重要场所之一[12-14]。

根据研究，黑颈鹤一般选择在浅水沼泽或溪流中间的小岛上夜宿，其对夜宿地的选择具有较高的依赖性，常与斑头雁、赤麻鸭、灰鹤等其他水鸟一起夜宿[15-16]。

2 研究方法

(1) 现场踏勘和走访。通过对湘河流域及湘河汇入雅鲁藏布江河口上下游区域的现场调查和走访，了解黑颈鹤的栖息地分布和主要行为习惯，确定黑颈鹤的主要夜宿地及其环境特征。

(2) 资料总结。从黑颈鹤自然保护区、当地林业部门收集相关资料，并利用近年来相关科研机构在西藏及周边黑颈鹤栖息地开展的研究成果，尽可能还原黑颈鹤在湘河流域的分布和栖息情况。

(3) 模型分析。结合生态流量调度过程，采用DHI MIKE11水动力模型对库区以下至河口段的河流水文情势进行模拟，分析工程建设后湘河河口湿地的变化情况。结合黑颈鹤的生物学特性和生态习性，选择河口区域黑颈鹤自然保护区核心区附近的3处典型河道断面，引入水位等重要夜宿地生境因子，对生境因子的变化进行了定量计算，并采用生态机理法分析工程建设后对黑颈鹤夜宿地的影响变化。

3 结果与讨论

3.1 湘河河口黑颈鹤夜宿地分布特性

Bishop等[15]调查发现，黑颈鹤选择的夜宿地平均水深在15.8 cm左右。彭明春等[17]通过对云南大山包自然保护区的科学考察研究发现，黑颈鹤的夜宿地选择在水深不超过30 cm的浅水区域。雷桂林等[18]对西藏林周县的调查发现，黑颈鹤夜宿地主要选择在临水浅滩、视野开阔的暖河、避风点的湿地等区域。本研究通过对湘河河口区域黑颈鹤夜宿地的调查，发现黑颈鹤夜宿地主要分布于河口区域的河心沙洲及河道浅水区域，部分选择在靠近河道视野较为开阔的河滩地，其夜宿地的生境特性与其他区域的研究成果基本相似(见图2)。从食物链角度，黑颈鹤夜宿地选择与其在湘河流域潜在的敌害如狼、藏狐等肉食性哺乳类动物有关，通过一定水深的隔离可有效减少敌害生物的威胁，为自身留足夜宿所需的安全空间。在云南纳帕海等其他越冬区域夜宿的黑颈鹤也具有类似特点[19]。

图2 分析断面与黑颈鹤夜宿地的位置关系Fig.2 Location of cross sections and roosting site of black-necked crane

3.2 水文情势变化过程

根据对黑颈鹤生态习性的了解，黑颈鹤前往雅鲁藏布江中游河谷越冬的时间主要集中在10月中、下旬至次年3月底。为尽可能保持湘河下游黑颈鹤夜宿地的生境现状，基于径流频率和河道形态的方法进行了生态流量模拟[20]，尽可能使下游河口区域的流量过程与现状的天然过程接近(见图3)。在P=75%偏枯年的情况下，运行后与建成前央玛取水枢纽断面的流量比值在0.76～1.12之间，黑颈鹤越冬期间的下泄流量总体略低于天然情况，最枯的1月份则有所上升。

图3 工程建设前后央玛取水断面下泄流量变化Fig.3 Discharge flow changes at Yangma water intake section before and after project construction

3.3 不同流量工况下黑颈鹤夜宿地变化

3.3.1工况条件设定

从水文情势变化对黑颈鹤夜宿地的影响看，当水量过小时，水流将归向主河槽，不易形成河心洲的局部地形；当水量过大时，由于水位高，淹没后形成的河心洲面积有限；当水量适中时，既可以形成河心洲，又不至于将四周环水的沙洲大量淹没，这种水文条件对黑颈鹤的夜宿是最为有利的。

结合建库前后央玛取水枢纽下泄流量条件，将下泄流量的变化总体归结为三大类工况(见表1)。

表1 央玛取水枢纽断面不同流量工况Tab.1 Different flow conditions at the cross section of Yangma water intake conservancy

3.3.210月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响

对8，10，13号3个黑颈鹤夜宿地的断面进行分析(见表2)表明：10月份3处断面水量变化后，建库前和建库后的水位变幅在-0.04～-0.03 m之间，四面环水适宜黑颈鹤夜宿的沙洲宽(不包含岸边邻水沙地，下同)变幅在7.9～10.9 m之间，水面宽变幅在-18.5～-10.1 m之间，沙洲宽与水面宽的比值变幅(建库后沙洲宽与水面宽的比值减建库前比值，下同)在0.08～0.21之间，建库后水位小幅降低，河槽最深处水深30 cm(见图4)，大于黑颈鹤夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具备作为理想夜宿地的条件。

表2 10月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响Tab.2 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in October

图4 10月8号断面建库前后沙洲与水面资源对比Fig.4 Comparison of sandbar and water resources at the No.8 section before and after the project construction in October

3.3.311月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响

对8，10，13号3个黑颈鹤夜宿地的断面进行分析(见表3)表明：11月份3处断面水量变化后，建库前和建库后的水位变幅为-0.04～-0.03 m，沙洲宽变幅在5.00～10.40 m之间，水面宽变幅在-17.00～-9.10 m之间，沙洲宽与水面宽的比值变幅在0.09～0.21之间，建库后水位小幅降低，河槽最深处水深22 cm(见图5)，大于黑颈鹤理想夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具备作为理想夜宿地的条件。

表3 11月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响Tab.3 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in November

图5 11月10号断面建库前后沙洲与水面资源对比Fig.5 Comparison of sandbar and water resources at the No.10 section before and after the project construction in November

由此可见，建库后11月份流量较建库前略有降低，适宜黑颈鹤夜宿的沙洲规模有所上升，沙洲增加的比例在0.47%～1.52%之间。沙洲的增加，使夜宿地能够容纳更多黑颈鹤。因此，工程建设后，将有利于11月份黑颈鹤的夜宿。

3.3.412月至次年3月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响

12月至次年3月期间，12月份建库前后的水量变化较大(3.0 m3/s)，对应的黑颈鹤夜宿地(四周环水的沙洲)的差别相对明显，故以12月份为代表进行分析。

通过对8，10，13号3个黑颈鹤夜宿地的断面进行分析(见表4)，12月份3处断面水量变化后，建库前和建库后的水位变幅为-0.02 m，沙洲宽变幅在6.17～24.86 m之间，水面宽变幅在-31.99～-10.00 m之间，沙洲宽与水面宽的比值变幅在0.21～0.37之间，建库后水位小幅降低，河槽最深处水深16 cm(见图6)，大于黑颈鹤夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具备作为理想夜宿地的条件，但已接近成为理想夜宿地的15.8 cm的必要水深，如水量继续减少，部分沙洲将失去作为理想夜宿地的生境条件。对于黑颈鹤而言，在下泄11.9 m3/s水文条件下，理想栖息地虽略有增加，但已接近夜宿地功能得以维持的流量阈值，因此，从黑颈鹤生境保护角度，在人工运行调度的情况下，将央玛取水枢纽下泄11.9 m3/s左右的流量作为黑颈鹤夜宿地生境维持所需的生态流量值是合适的。这在生态机理上，与生态水文学方法等计算生态流量的分析过程具有较强的一致性[21]。

表4 12月流量变化对黑颈鹤夜宿地的影响Tab.4 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in December

图6 12月13号断面建库前后沙洲与水面资源对比Fig.6 Comparison of sandbar and water resources at the No.13 section before and after the project construction in December

4 结论

本文在黑颈鹤的夜宿地特性调查和河道水文情势模拟分析的基础上，采用系列生境特性指标对黑颈鹤夜宿地生境的变化进行了研究，为评价水文情势变化对黑颈鹤夜宿地生境适宜性影响提供了新的方法。

(1) 水文情势变化的过程。为尽可能保持湘河下游黑颈鹤夜宿地的生境现状，工程通过对运行调度的控制，尽可能使下游河口区域的流量过程与现状的天然过程接近，P=75%偏枯年的情况下，运行后与建成前央玛取水枢纽断面的流量比值在0.76～1.12之间，黑颈鹤越冬期间的下泄流量总体略低于天然情况。

(2) 不同流量工况下黑颈鹤夜宿地的变化规律。在黑颈鹤越冬季节，湘河水库及央玛取水枢纽下泄流量过程总体与湘河天然情况下的下泄过程保持一致，运行后河口区域的流量略低于天然情况，但通过预测分析可知，流量减少后，湘河河口黑颈鹤的理想夜宿地(四周环水的沙洲)宽度变幅在0.47%～3.52%之间，夜宿地规模和质量总体将维持现状；若下泄流量进一步减少至11.9 m3/s以下时，则可能出现理想夜宿地生境大幅减少的情形。湘河河口区域为树叉状河网，河网形态始终处于动态变化的过程中，上游来水水量在年际间也存在一定的变化，黑颈鹤对夜宿地的要求首选四周环水的沙洲和浅水河滩，但对于河岸边开阔的邻水沙地，若距居民点直线距离达400 m以上时，黑颈鹤也会选择其作为夜宿地[17]，因此，理想夜宿地生境大幅减少也并不意味着相应区域彻底失去夜宿功能，但从环境保护角度，应尽可能避免出现该类情形。