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长江安徽段江湖连通性及生物通道恢复研究

2024-03-09刘宏高熊昱李德旺包琦琳林国义储涛

人民长江 2024年1期
关键词:过鱼鱼道华阳

刘宏高 熊昱 李德旺 包琦琳 林国义 储涛

摘要:江湖阻隔是导致长江中下游江湖复合生态系统衰退的最主要原因,江湖连通和生物通道恢复是流域生态修复的重要措施之一。通过现场调查等方法研究了华阳河湖群、菜子湖、升金湖和安庆西江古道等与长江干流的阻隔现状及连通性特征,在此基础上探讨了技术和管理层面存在的问题并提出对策建议。结果发现:依托涉水工程建设开展恢复河湖生物通道的做法可以有效缓解江湖复合生态系统的衰退,尤其是以“过鱼设施建设、季节性灌江纳苗、生态水网建设”相结合的生物通道恢复方案具有技术可行性。相关成果可为长江中下游江湖连通性及生物通道恢复、国家水网建设提供有益的参考。

摘要:江湖连通; 生物通道; 生态水网; 灌江纳苗; 过鱼设施; 生态修复; 长江中下游

中图法分类号: P333;X143

文献标志码: A

DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.01.010

0 引 言

长江中下游在古河道漫长变迁中形成河道如网、河湖交织、多样复杂的水系连通景观,形成了全球独特的生物多样性中心并成为世界自然基金会保护地球最有价值生态区“全球200”,具有巨大的经济、社会和生态价值[1-2]。但是作为人类文明中心,这一河湖复合生态系统水系连通格局已经被人类显著改变[3]。进入21世纪,鱼类难以形成鱼汛,卵苗密度呈指数下降,喜流水性鱼类和洄游鱼类比例稀少,鱼类普遍呈低龄化、小型化和同质化[4]。一些物种灭绝风险加剧,如水生哺乳动物长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis),爬行动物扬子鳄(Alligator sinensis),两栖动物中国大鲵(Andrias davidianus),鱼类中华鲟(Acipenser sinensis)、鲥鱼(Tenualosa reevesii)、花鳗鲡(Anguilla marmorata)、刀鲚(Coilia nasus)、松江鲈(Trachidermus fasciatus)和暗纹东方鲀(Takifugu fasciatus),以及甲壳类如中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)等[5-6];另一些已经灭绝或功能性灭绝,如白鲟(Psephurus gladius)和白暨豚(Lipotes vexillifer)等。近年长江全流域有140种鱼类没有渔获记录(中下游32种),出现的40余新记录种中有25种已被确认为入侵种[6]。长江中下游河湖生态系统的加速衰退趋势引起了国内外的广泛关注。

闸坝阻隔导致河湖连通性和生物通道破坏被视为长江中下游河湖生态系统退化最主要原因之一[7]。目前,除洞庭湖、鄱阳湖和石臼湖与干流连通之外,其余湖泊全部为闸坝阻隔[8]。由于历史上片面追求防洪、航运、供水、灌溉和生物资源利用等效益,原通江湖泊水系连通的自然规律被极大忽视。河湖连通性改变使通江湖泊失去“连接器”“转换器”和“蓄水器”等功能并显著影响水文情势[9],从而对河湖连通性和水沙输移或交换产生负面效应[10],并破坏了河湖水系适应性自净与污染输移机制,易引发水体污染和富营养化[11]。河湖连通性破坏直接影响部分种群生活史过程、导致遗传漂变,甚至发生灭绝风险,还可能间接通过其他胁迫因子如湖泊面积萎缩、污染等协同作用加剧生态系统衰退进程。国内学者基于累积物种-面积模型,按173种鱼类估算长江中下游河湖最小保护面积约为14 400 km2,几乎要求全部中型湖泊重新连通[2]。江湖生物通道阻隔已成为长江中下游最严峻的生态问题之一,为阻止河湖生态系统的衰退态势,生物通道恢复是当前急需开展的重点工作[12-14]。

国外河湖连通性研究早期代表理论有河流连续体概念(River Continuum Concept),串连非连续体概念(Serial Discontinuity Concept),洪水脉冲概念(Flood Pulse Concept)和潜流廊道概念(Hyporheic Corridor Concept)[15]以及四维框架理论(Four-dimensional Framework) 等[16]。基于这些理论,不少国家或地区在实践中获得了一些成功的范例,如欧洲莱茵河流域、美国密西西比河流域、澳大利亚墨累-达令河流域和日本琵琶湖流域等。国内近10 a涌现大量研究,涉及生态水文、环境、湿地、景观和管理等,从不同视角评价江湖连通的重要性和迫切性[17-20],近年又提出了“三流四维连通性生态模型”[21],以期更好解决当前河湖生态系统面临的问题。长江中下游大型通江湖泊的有关研究已形成较为系统的理论,积累了丰富的数据,并建立起了成熟的技术方法体系[22]。但对于连通性问题最突出、数量众多、总面积和总容积巨大的原通江湖泊群,亟需发展现有的科学理论并提出合適的行动指南以更好地支撑和指导相关修复工作。笔者所在课题组前期通过开展涨渡湖生物通道恢复试点研究,提出了以过鱼设施建设、季节性灌江纳苗、生态水网建设等方式相结合的生物通道恢复框架,论证了相关技术实施的可行性,其适用性还需要在更大尺度、更多案例中深入评价[23]。

迄今,中国河湖连通性和生物通道恢复实践可大致分为3个阶段。第一阶段为新中国成立至20世纪末,主要标志为80年代通过渔业法和水法提出水生生物洄游通道保护的初步要求,政府部门和河湖建设管理单位自发开展水系连通性和生物通道恢复行动。第二阶段从21世纪初至2020年,该项行动由自发逐步走向自觉,主要标志是2004年水利部启动桂林“两江四湖”、武汉“六湖连通”和“大东湖生态水网”等一批河湖连通工程,以及2011年中央水利工作会议及2011年中央一号文件出台。期间出台了一系列政策文件和指南,并实施了数百项河湖连通工程。一些流域如湘江推动了基于过鱼设施建设的干流“全连通”规划。为了加强理论、技术和管理等方面的支撑,2013年水利部启动“我国河湖水系连通重大战略研究”,2017年原环境保护部启动“流域性鱼类洄游通道恢复计划研究”,极大提升了河湖连通工作的科学性,并让越来越多的社会公众认识到其重要性。第三阶段为2020年以后,以2020年长江保护法颁布和2023年《国家水网建设规划纲要》出台为标志,该项行动上升为国家意志,全社会对水生生物保护和水生态修复的关注进一步提升。2022年和2023年全国两会期间,长江中下游河湖连通和生物通道恢复均成为多省市全国政协委员联名提案的重点议题之一。在这些背景下,本文通过现场查勘等方法,对长江安徽段华阳河湖群、菜子湖和升金湖等与长江干流的连通性及生物通道恢复措施进行了深入调查研究,并对有关资料和收集到的数据进行了客观分析,期望能为长江中下游江湖连通及生物通道恢复、国家水网建设提供理论和方法支撑。

1 长江安徽段湖泊连通性及生物通道现状

1.1 华阳河湖群

华阳河湖群位于长江左岸,由龙感湖、黄湖、大官湖、泊湖四大湖泊组成,是地跨安徽、湖北两省的大型湖泊群,常年水面面积621 km2。华阳河湖群与长江仅有两个通道,即杨湾河和华阳河,且分别为杨湾闸、华阳闸阻隔,使华阳河湖群功能由防洪、灌溉、维持生物多样性和提供生态产品等多功能逐步向生产性功能提升、服務性功能衰退的趋势转变[24]。

1.2 菜子湖

菜子湖位于长江左岸,由白兔湖、嬉子湖、菜子湖3个湖区组成,地跨安庆市的桐城市、宜秀区和铜陵市枞阳县,常年水面面积215 km2。菜子湖原来通过长河汇入长江,因枞阳闸建设导致江湖自然连通性受阻,显著影响湖泊鱼类和湿地鸟类等种类、数量和分布及水环境、水生态功能[25]。

1.3 升金湖

升金湖位于长江右岸池州市境内,为国家级自然保护区,常年水面面积102 km2。1960年代黄湓闸修建使升金湖唯一入江通道的自然连通性受损,导致鱼类物种多样性特别是洄游鱼类种类减少,鸟类适宜栖息地面积萎缩,湖泊调蓄能力和湿地面积功能退化[26]。

2 主要的湖泊连通性及生物通道恢复工程

2.1 连通性及生物通道恢复目标与方式

开展连通性及生物通道恢复的目标包括:通过重建江湖复合生态系统的联系,使洄游鱼类种群结构和数量得到部分恢复,同时对其余鱼类、鸟类等涉水野生动植物及其生境保护产生积极影响,并促进水环境改善、水生态修复以及河湖生态服务价值提升。

华阳河湖群依托华阳河蓄滞洪区建设工程,规划建设杨林退洪闸、杨湾闸和华阳闸时同步考虑灌江纳苗条件,并在杨林退洪闸同步建设入湖和入江双向鱼道。

菜子湖作为引江济淮工程的输水线路从新枞阳引江枢纽引水,依托引江济淮工程新建节制闸、引排泵站、船闸并拆除老闸新建双向鱼道等工程。

升金湖依托黄湓闸拆除重建工程,将过闸流量由原来的320 m3/s增加至700 m3/s,并增设排涝泵站和鱼道,既能满足提升防洪除涝标准,又能改善升金湖与长江水系连通条件。

长江与华阳河湖群、菜子湖和升金湖等附属原通江湖泊连通性及生物通道恢复的主要方式是建设过鱼设施和灌江纳苗,结合生态水网建设,依据江湖水位关系和鱼类出入湖需求确定闸和鱼道的调度方式。

2.2 过鱼设施建设

依托华阳河蓄滞洪区建设工程、菜子湖引江济淮工程和升金湖黄湓闸拆除重建工程,分别在华阳河蓄滞洪区杨林退洪闸、长河左汊枞阳闸、重建的黄湓闸处各新建一座鱼道,以恢复长江与华阳河湖群、菜子湖和升金湖的连通性和生物通道,其基本情况见表1。

2.2.1 依托华阳河蓄滞洪区工程建设杨林闸鱼道

分别在杨林退洪闸右岸和左岸布置由江入湖和由湖入江两条鱼道(见图1)。由江入湖鱼道进口(外江侧)布置于坝轴线下游约76 m处,内湖侧3段循环曲线形布置,出口布置在坝轴线上游约 87 m 处,全长约308 m。入江鱼道进口(内湖侧)距闸轴线约87 m,出口(外江侧)距闸轴线约76 m,全长约164 m,采用水下视频监测设备对过鱼类进行计数和鉴别。

根据工程闸址鱼类洄游规律和游泳能力测试,过鱼池采用矩形断面,鱼道净宽3.0 m,池室长度3.6 m,池室平均水深不小于1.0 m。采用同侧导竖式,隔板厚0.2 m,竖缝宽度0.4 m,竖缝法线与鱼道中心线的夹角45°。过鱼池底坡取1∶80。设计采用双向运行通道,分别布置入湖鱼道和入江鱼道,根据水闸调度

运行方式,内湖侧设计水位为9.79~13.26 m,长江侧设计运行水位为7.04~13.92 m。

3~7月,当内湖水位高于长江水位时,右岸入湖鱼道正常运行;若内湖侧水位低于长江水位时,可关闭右岸鱼道开启左岸入江鱼道,亦可继续开启右岸鱼道进行灌江纳苗。

8~11月,当内湖侧水位低于长江侧水位时,左岸入江鱼道正常运行;若内湖侧水位高于长江水位,可关闭左岸鱼道开启右岸入湖鱼道,有江湖连通需求时,亦可利用左岸鱼道起到江湖连通的作用。

2.2.2 依托菜子湖引江济淮工程新建枞阳闸鱼道

枞阳引江枢纽主要由水闸、船闸、泵站、过鱼设施、交通桥等建筑物组成。根据工程闸址鱼类洄游规律,工程设置入湖过鱼设施和入江过鱼设施,满足鱼类江湖双向洄游需求。枞阳闸过鱼设施总体布置如图2所示。

入湖过鱼设施:

枞阳引江枢纽入湖过鱼设施布置在原枞阳闸处长河河道中,由仿自然通道段和竖缝式鱼道段组成,其中原枞阳闸闸下为仿自然通道结构,沿原河道蜿蜒布置,通道段全长670.0 m;穿闸段及闸上端采用竖缝式鱼道,因原枞阳闸已是四类病险闸,为保证工程建设及运行安全,将原枞阳闸拆除,重建堤防,新建竖缝式鱼道,竖缝式鱼道段全长210.4 m。

入江过鱼设施:

入江鱼道在长江水位高于菜子湖水位情况下运行,鱼道布置在长河原枞阳闸处。鱼道进口利用入湖过鱼设施竖缝式鱼道段的2个出鱼口布置,出口位于新建江堤下游,全长约423.0 m。

2.2.3 依托升金湖黄湓闸拆除重建工程新建黄湓闸鱼道

黄湓闸鱼道选用竖缝式鱼道过鱼系统,采用开敞式U形钢筋混凝土结构,进口紧邻闸下,出口顺河岸向闸上游延伸,整体呈“匚”字形绕闸布置(见图3)。鱼道对应黄湓闸右岸引堤段设有3节涵箱,控制闸门位于引堤下游侧,鱼道进出口分别设置一道检修门,以满足鱼道清淤检修。

鱼道总长364 m,其中顺水流向投影长度264 m,下游进口段长度60 m,上游出口段长度40 m。位于下游河道进口底高程为5.0 m、上游河道出口底高程8.5 m,底坡1/80。鱼道池室净宽2.5 m,深度5.5~9.0 m,设计池室水深2.5 m。鱼道内设置池室20个,每个长14.0 m,池室内每隔3.5 m设置3 m高隔板,隔板竖缝宽度0.4 m。鱼道内间隔设置5个休息池,每个池长10.0 m。

2.3 灌江纳苗

依托华阳河蓄滞洪区工程建设,利用杨林华阳闸、杨湾闸、退洪闸每年5~9月份在华阳河湖群实施“灌江纳苗”。拟实施方案如下:

(1) 华阳河闸方案。

华阳河闸建于1956年,共4孔,闸底板高程7.3 m,设计排水流量240 m3/s。根据2000~2019年华阳闸启闭情况统计,近20 a间华阳闸每年开闸天數在91~278 d之间,年平均开闸天数约199.4 d。从各月平均开启闸门天数情况来看,6月和7月每个月闸门开启天数平均少于3 d,5月、8月和9月每个月平均开启天数在8~15 d,5~9月闸门累计开启天数约36 d。因此,华阳闸可通过开启闸门实施灌江纳苗。

(2) 杨湾河闸方案。

杨湾河闸始建于1956年,由于存在安全隐患,2014年进行了重建,共5孔,闸底板高程6.1 m,设计排水流量615 m3/s。根据2013~2019年杨湾闸启闭情况统计,杨湾闸每年开启的天数在92~222 d之间,年平均开闸天数约160 d。从各月平均开启闸门天数情况来看,6~7月闸门开启天数在1 d左右,5月、8月和9月平均开启天数在10~15 d,5~9月闸门累计开启天数约27 d。因此,杨湾闸可以通过开启闸门实施灌江纳苗。

(3) 杨林退洪闸方案。

杨林退洪闸建于1969年,位于同马大堤桩号53+592处,原设计流量80 m3/s,闸底板高程6.1 m,共3孔。1998年汛期因严重渗漏危及同马大堤安全,为保证大堤安全对该闸实施了封堵。该工程规划在原址重建杨林退洪闸,共6孔,孔口宽度8.0 m,闸底板高程7.0 m,设计退洪流量800 m3/s。为恢复江湖水系连通,在杨林退洪闸建设双向鱼道,其中由江入湖鱼道在内湖水位高于长江水位情况下正常运行,当外江水位高于内湖水位时,亦可起到灌江纳苗作用;由湖入江鱼道在长江水位高于内湖水位情况下正常运行,当内湖水位高于外江水位时,亦可起到连通内湖外江的作用。根据杨林退洪闸调度运行方式,在分洪年份当外江水位低于蓄洪水位17.35 m 时,根据长江防总指令开闸退洪;在平常年份根据需要进行调度。因此,杨林退洪闸既可通过开启闸门实施灌江纳苗,又可通过鱼道实施灌江纳苗。

3 存在的问题

3.1 缺乏成熟的生物通道恢复方案和技术体系

针对江湖连通性和生物通道恢复实践先行、倒逼理论发展的现状,亟需建立生物通道恢复方案和技术体系。当务之急是明确生物通道恢复的目标及需求等问题,前提是全面了解江、湖功能定位,水生生物种类、数量与分布、种群生活史、生物学特点、生态习性、种群动态和群落演替规律,以及水利工程建设运行和江湖水文水力学关系历史变化等,才能科学合理确定生物通道恢复的需求和目标[23]。

在此基础上,需要掌握基于通江闸站调度的灌江纳苗调控技术,解决不同季节、水情条件下单个湖泊闸站调度与鱼类卵苗入湖需求的协调性[27],进一步从流域尺度提出以闸站与干支流和湖泊调度相协同、改善江湖复合生态系统连通性的灌江纳苗调控技术方案。

除此之外,实施生物通道恢复还离不开过鱼设施方案设计[28]。通过鱼类洄游习性调查和游泳能力测试,确定过鱼目的、对象、季节、规格、规模和过鱼设施关键水力学参数。针对江湖之间有固定水位差情况,应研究符合国内外最新设计理念、洪水水位和泥沙淤积变化规律以及鱼类对各项生态指标喜好的仿自然通道设计方案。针对因调度运行导致水位差变动的情况,应研究适应大水位变幅的鱼道进出口设计和诱鱼技术,提出简易实用型可拆卸式鱼道方案。

3.2 需要进一步深入研究配套专题技术

生物通道恢复还依赖于配套一系列专题技术,如需要水环境技术解决恢复方案实施过程中水质提升的问题,同时防止因江水入湖引起湖区水体氮和磷等超标、水华以及重金属污染。需要防洪排涝和泥沙控制技术,在保证防洪排涝和泥沙安全的前提下,找到恢复方案与防洪排涝和泥沙调度协调同步实施的途径。需要血吸虫病防控技术,在控制血防风险的前提下,找到有利于鱼类通过的沉螺、阻螺设施和方法,优化调整试点方案[11]。

3.3 需要进一步优化管理体制

生物通道恢复涉及到水位调控的问题,需要统筹调蓄、养殖、灌溉、旅游、航运等多项功能成本效益,这牵扯到多管理部门协调,迫切需要解决管理体制问题。生物通道恢复方案实施可能对当地渔业和渔民生计产生影响,应充分评估需予以生态补偿的损失量、补偿方式以及潜在社会风险。另外,项目实施还涉及资金渠道与实施模式问题。恢复工程与防洪、养殖等具有强制性或能在短期内见效的行为不同,故难以获得资金支持。此外,资金使用的绩效评价也缺乏通行性标准,需要探索项目包确定方法和投融资方式。

4 建议与展望

4.1 建 议

(1) 讲好安徽故事,复苏河湖生态环境。

安徽省各级政府和水利部门贯彻生态文明思想,在长江及其附属湖泊连通和生物通道恢复方面工作积极主动,在充分考虑江湖过鱼和“灌江纳苗”需求的基础上,不仅在华阳河湖群、菜子湖、升金湖、安庆西江等湖泊实施连通性及生物通道恢复工程建设,还在河湖水系连通规划、农村水系连通及巢湖等其他长江附属原通江湖泊连通性和生物通道恢复方面开展了大量工作,这些工作必将产生难以估计的社会和生态效益。建议立足安徽省案例,及时总结经验,做好推广宣传和科普教育。

(2) 依托水利建设,恢复河湖生物通道。

河湖生物通道是一项系统工程,需要水利、农业、林业和生态环境等多部门联合推动。由于这项工作往往面临多头管理和管理真空并存的现象,难以形成合力,导致经费渠道找不到出口,有关工程难以获得批准立项。目前水利部开始启动编制长江流域水系连通实施方案,建议地方水利部门将河湖生物通道恢复纳入水系连通实施方案,复苏河湖生态环境,促进水利高质量发展。

(3) 開展跟踪监测,注重工程实施效果。

过鱼设施的过鱼效果监测评估是其设计优化、功能完善及运行管理的重要参考依据。建议加强黄湓闸、杨林退洪闸、枞阳闸等过鱼设施的运行管理,跟踪监测过鱼设施建设运行情况及实施效果,科学评估其生态效益;在连续多年监测评估的基础上,不断提出优化完善的方案,切实提升生物通道恢复成效。鉴于黄湓闸鱼道即将建成并投入运行,应尽早启动跟踪监测评估计划。

4.2 结论与展望

开展江湖连通性及生物通道恢复是对生态文明建设、长江大保护、流域和区域高质量发展等国家战略以及习总书记讲话精神的响应,是履行长江保护法和水法等法定义务的遵循,是贯彻落实《长江经济带发展规划纲要》、配合实施《长江十年禁渔计划》等的具体行动,也是继长江上游水库针对鱼类自然繁殖实施联合生态调度取得成效后应有的举措和实施《国家水网建设规划纲要》必要的支撑。

“安徽案例”依托涉水工程建设开展恢复河湖生物通道的做法,为解决管理体制困扰提供了很好的解决方案,还印证了以“过鱼设施建设、季节性灌江纳苗、生态水网建设”等方式相结合的生物通道恢复方案的可行性。后续阶段可依托“安徽样板”进行深化研究,构建江湖复合生态系统监测与健康评价技术、江湖连通性恢复与闸坝多目标调度技术、水环境改善与修复技术和生物多样性保护技术等,形成系统、完整的长江中下游江湖连通性恢复技术体系。相关研究成果将推动长江中下游流域尺度的生物通道恢复相关学科理论与技术的发展,为恢复江湖复合生态系统结构和功能的系统性和完整性、实现江湖两大系统的互作互补以及保障国家水网建设规划顺利实施提供科技支撑。

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(编辑:黄文晋)

River-lake connectivity and biological corridors restoration at Changjiang River Anhui reach

LIU Honggao1,XIONG Yu2,LI Dewang1,BAO Qilin3,LIN Guoyi4,CHU Tao5

(1.Institute of Hydroecology,Ministry of Water Resources and Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430079,China; 2.Changjiang Water Resources Protection Institute,Wuhan 430051,China; 3.Bureau of Water Resources of Chizhou City,Anhui Province,Chizhou 247000,China; 4.Bureau of Water Resources of Anqing City,Anhui Province,Anqing 246000,China; 5.Department of Water Resources of Anhui Province,Hefei 230022,China)

Abstract:

The barriers between the rivers and lakes have been acknowledged as the main cause for the decline of the river-lake complex ecosystem in the lower-middle reaches of the Changjiang River.To restore the river-lake connectivity and biological corridors is surely one of the most important measures for its ecological restoration.In this study,on-site investigations were conducted at Huayang River as well as its affiliated lakes,Huayang Lakes,Caizi Lake and Shengjin Lake respectively,in order to investigate their connectivity to the main stream of Changjiang River.It was found feasible to perform the restoration engineering of the river-lake biological corridors by way of water conservancy projects,etc.,which could effectively slow down the decline of the river-lake complex ecosystem.In addition,a framework for biological corridor restoration was verified technically feasible,that is constructing fish passage facilities,building ecological drainage networks and seasonally flooding fries into lakes.Also,the research discusses the technical and managerial troubles that might exist as well as the countermeasures and suggestions.This study can provide useful reference for the restoration for connectivity of rivers and lakes and the biological corridors as well as the “State Water Grid Project” in the lower-middle reaches of Changjiang River.

Key words:

connectivity of rivers and lakes;biological corridors;ecological water grid;flooding fries into lakes;fish passage facilities;ecological restoration;lower-middle reaches of Changjiang River

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