芮建良，盛晟，白福青，施家月，楊彥龍

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 杭州 310014)

安谷水電站魚(yú)類(lèi)棲息地生態(tài)保護(hù)與修復(fù)實(shí)踐

芮建良，盛晟，白福青，施家月，楊彥龍

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 杭州 310014)

安谷水電站所在區(qū)域地處大渡河、青衣江、岷江的三江交匯口，為典型高原河口濕地，具有生物多樣性豐富、人為干擾頻繁、生態(tài)環(huán)境脆弱等生態(tài)特征。針對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)，在系統(tǒng)分析生境條件受損情況的基礎(chǔ)上，提出通過(guò)改善水文條件、提高水系連通性、改造生境組成與結(jié)構(gòu)、修建魚(yú)坡、魚(yú)道等方式進(jìn)行魚(yú)類(lèi)棲息地生態(tài)修復(fù)。

棲息地；產(chǎn)卵場(chǎng)；水文分析；魚(yú)道；生態(tài)系統(tǒng)

河流生境作為河流生物賴(lài)以生存、繁衍的空間和環(huán)境，維系著生物食物鏈及能量流，是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在河流生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。研究表明，河流的生境特征與生物多樣性是緊密相關(guān)的[2]。河流生境的質(zhì)量影響河流生物群落的組成和結(jié)構(gòu)[3]，河流生境的變化是河流生物群落改變的一個(gè)重要決定因素[4- 5]。與此同時(shí)，在河流生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期的演替過(guò)程中，河流生物群落對(duì)于水域生境條件不斷進(jìn)行調(diào)整和適應(yīng)，河流生物群落對(duì)河流生境表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性[6]。

在中觀尺度上，深潭和淺灘是山地河流中最常見(jiàn)的地貌類(lèi)型，由于具有不同的地貌形態(tài)、水力特征和沖淤變化規(guī)律，兩類(lèi)生境中河流生物的豐富度、組成和多度表現(xiàn)出較大差異[7- 8]。在微觀尺度上，水深、流速、坡降、水生植物豐富度、有機(jī)碎屑、底質(zhì)等微生境因素對(duì)河流水生生物群落都有一定影響[9- 10]。Bovee[11]和Gore[12]研究指出，種群多樣性與流速多樣性之間存在著顯著的相關(guān)關(guān)系。對(duì)底棲動(dòng)物來(lái)說(shuō)，河床底質(zhì)的顆粒大小、組成、表面粗糙度、顆粒間隙等因素對(duì)群落多樣性影響極其顯著。

安谷水電站是大渡河水電開(kāi)發(fā)的最后一個(gè)梯級(jí)，工程建設(shè)在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)尤其是魚(yú)類(lèi)棲息生境造成顯著影響。安谷水電站的主要生態(tài)問(wèn)題是由于人為調(diào)控導(dǎo)致濕地水文情勢(shì)發(fā)生改變，以及電站建成后部分河網(wǎng)區(qū)成為庫(kù)區(qū)。如何在現(xiàn)有條件下優(yōu)化區(qū)域河網(wǎng)結(jié)構(gòu)，營(yíng)造適宜的生境條件來(lái)恢復(fù)魚(yú)類(lèi)棲息環(huán)境，是安谷水電站生態(tài)保護(hù)亟需解決的問(wèn)題。

1 安谷水電站概況

安谷水電站地處大渡河、青衣江、岷江的三江交匯口，工程區(qū)河谷開(kāi)闊，河道分汊呈河網(wǎng)狀，水流相對(duì)平緩，邊灘、心灘密布，形成了典型的河口濕地。該區(qū)域水流復(fù)雜、水量豐沛、生境多樣，是大渡河下游重要的魚(yú)類(lèi)越冬場(chǎng)、產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)“三場(chǎng)”分布區(qū)域，對(duì)大渡河、青衣江魚(yú)類(lèi)資源保護(hù)具有重要意義。

安谷水電站工程對(duì)區(qū)域河網(wǎng)魚(yú)類(lèi)棲息地的影響主要包括：(1)生境影響。工程建設(shè)完成并投入運(yùn)營(yíng)后，由于水庫(kù)淹沒(méi)、壩下疏挖以及副壩建設(shè)等，主河道與右支區(qū)域分汊河道將消失，左支及左支區(qū)域分汊河道作為生態(tài)河道被部分保留。由于尾水渠、溢洪道和副壩的建設(shè)，使左右側(cè)河網(wǎng)水系交流受到阻隔，部分支汊水流方向和水動(dòng)力學(xué)特征相應(yīng)發(fā)生變化，甚至少量支汊形成靜水河汊，加上泄放生態(tài)流量過(guò)程與原有水文過(guò)程有差異，左側(cè)河網(wǎng)水文過(guò)程會(huì)有所變化。(2)餌料生物影響。電站建成運(yùn)行后該河段流量較自然狀態(tài)有所減少，底棲動(dòng)物的生境相應(yīng)縮小。(3)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵生境影響。擋水主壩、副壩、溢洪道等建成后，主河道與部分河網(wǎng)支汊的橫向連通性被阻隔，水文情勢(shì)會(huì)發(fā)生明顯變化，不利于流水性魚(yú)類(lèi)繁殖。工程保留左側(cè)河網(wǎng)，在泄放適當(dāng)生態(tài)流量的基礎(chǔ)上，依然維持灘潭交替、緩急相間的河勢(shì)，礫石、沙礫灘以及河漫灘仍較為豐富，生境多樣性較高，并可加大下泄流量，使流量過(guò)程與天然狀況類(lèi)似，從而具備多種魚(yú)類(lèi)繁殖條件。

2 魚(yú)類(lèi)棲息地修復(fù)

魚(yú)類(lèi)棲息地修復(fù)是一個(gè)循序漸進(jìn)的系統(tǒng)工程，需要考慮以下幾個(gè)方面：一是恢復(fù)魚(yú)類(lèi)棲息必需的水文條件，包括合理下泄生態(tài)流量、確保支汊水量、保留河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、恢復(fù)河流連通性等；二是修復(fù)魚(yú)類(lèi)棲息生境，包括修復(fù)河岸生境、濕地生境與產(chǎn)卵場(chǎng)生境等；三是修復(fù)魚(yú)類(lèi)洄游通道，包括設(shè)置魚(yú)道及魚(yú)坡。

2.1 水文條件保障措施

(1)下泄生態(tài)流量

該區(qū)域汊濠縱橫，洲島遍布，安谷水電站建設(shè)后，若左側(cè)河網(wǎng)不考慮泄放生態(tài)流量，區(qū)域整體將逐漸旱化，濕生植被和水生動(dòng)物尤其是魚(yú)類(lèi)在左岸的適宜生境明顯減少，種類(lèi)和生物量將明顯減少，對(duì)左側(cè)河網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)影響嚴(yán)重。通過(guò)研究該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成，分別計(jì)算濕生植物需水、濕地土壤需水、野生生物棲息地需水及工農(nóng)業(yè)取用水等水量需求，然后對(duì)各部分需水量進(jìn)行耦合，確定研究區(qū)域整體的生態(tài)需水量。經(jīng)計(jì)算，為維持左側(cè)河網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)健康，左側(cè)河網(wǎng)需泄放100～600 m3/s的生態(tài)流量。

(2)河網(wǎng)水文模擬分析

首先通過(guò)一維水文水動(dòng)力模型，研究電站建設(shè)對(duì)水文過(guò)程的改變，模擬不同情景下的水流狀態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，采用平面二維水文水動(dòng)力模型，開(kāi)展典型濕地、魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)等重點(diǎn)河段水流流態(tài)的精細(xì)模擬，分析水電開(kāi)發(fā)對(duì)水位變動(dòng)、水深、流場(chǎng)等的影響，并由此分析生境變化情況。研究選取安谷水電站庫(kù)尾彩虹橋處至大渡河鷹嘴崖之間約23.5 km河段作為二維數(shù)學(xué)模型的計(jì)算區(qū)域。二維計(jì)算采用正交曲線(xiàn)網(wǎng)格，本次計(jì)算區(qū)域共劃分成480×180個(gè)網(wǎng)格，其中沿水流方向網(wǎng)格數(shù)為480個(gè)，平均間距為28～79 m，沿河寬方向網(wǎng)格數(shù)為180個(gè)，網(wǎng)格寬度多為5～19 m。流場(chǎng)計(jì)算的驗(yàn)證和糙率系數(shù)的率定采用工程前地形資料。針對(duì)安谷水電站樞紐布置方案，結(jié)合魚(yú)類(lèi)生境保護(hù)需求以及移民造地規(guī)劃，在左側(cè)河網(wǎng)現(xiàn)狀水動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)左側(cè)河網(wǎng)采用相應(yīng)的工程措施，滿(mǎn)足生態(tài)河網(wǎng)過(guò)水以及魚(yú)類(lèi)棲息地適宜生境要求，擬采取的措施主要包括設(shè)置分水堰壩以及連通工程等。

(3)分水堰壩

根據(jù)河網(wǎng)配水規(guī)劃，左側(cè)汊河受到下游取水堰的阻水影響，河段分流較少。在下泄流量為100 m3/s的情況下，進(jìn)入左支汊河流量?jī)H為11 m3/s，受取水堰影響，取水堰下游左側(cè)汊河內(nèi)將出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。為保證自然汊河形態(tài)，以形成多樣化生境條件，根據(jù)水文模擬對(duì)分水口的流量分配要求，需對(duì)分汊口地形進(jìn)行重塑，采用分水措施，在分水處修建寬頂堰，增加左支汊河分流量，分水堰壩位置如圖1所示。采取分水措施后，進(jìn)入左支汊河流量為45 m3/s，取水堰下游河道流量為7 m3/s，確保魚(yú)類(lèi)生境需求。

圖1 分水堰壩設(shè)置位置示意圖Fig.1 Location of the water diversion weir

(4)河道連通工程

由于電站施工以及采砂等原因，造成部分河道被回填，阻斷原有河網(wǎng)的自然順暢。為實(shí)現(xiàn)水系溝通，在水文模擬計(jì)算基礎(chǔ)上，在部分區(qū)域設(shè)置連通工程。連通工程全長(zhǎng)約6 km，寬度10～50 m不等。此外，連通工程建設(shè)結(jié)合生態(tài)護(hù)岸工程，采用大卵石護(hù)腳、1∶3坡比三維植物網(wǎng)護(hù)坡，通過(guò)合理的生境營(yíng)造，成為魚(yú)類(lèi)棲息地修復(fù)的重要組成部分。

2.2 魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)修復(fù)

魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)是魚(yú)類(lèi)棲息地中最重要而敏感的場(chǎng)所之一，其適宜性取決于產(chǎn)卵基床的材料粒徑、礫石孔隙率、水流流速、水深、表面紊流特征、水溫、溶解氧、遮蔽物等諸多因素。產(chǎn)卵場(chǎng)修復(fù)工程必須根據(jù)目標(biāo)物種產(chǎn)卵習(xí)性，營(yíng)造連續(xù)性水流水力條件，確保產(chǎn)卵底質(zhì)材料需求，提供多樣的遮蔽條件。本工程所屬水域絕大多數(shù)魚(yú)類(lèi)為產(chǎn)粘沉性卵類(lèi)群，其產(chǎn)卵季節(jié)多為春夏間，也有部分種類(lèi)晚至秋季，多數(shù)種類(lèi)都需要一定流水刺激。產(chǎn)出的卵或粘附于石礫、水草發(fā)育，或落于石縫間在激流沖擊下發(fā)育。此外，產(chǎn)漂流性卵魚(yú)類(lèi)需要湍急的水流條件，通常在汛期洪峰發(fā)生后產(chǎn)卵，此類(lèi)魚(yú)類(lèi)對(duì)水流刺激要求較高。本工程通過(guò)分析區(qū)域產(chǎn)卵場(chǎng)存在問(wèn)題及其原因，針對(duì)性地選擇修復(fù)策略和相關(guān)修復(fù)技術(shù)，如表1所示。

安谷水電站建成運(yùn)行后，左側(cè)河網(wǎng)通過(guò)放水閘泄水措施提供100 m3/s的生態(tài)流量，豐水期增加流量至600 m3/s，但工程建設(shè)仍會(huì)對(duì)水沙和徑流過(guò)程、洪水脈沖產(chǎn)生較大影響，同時(shí)河道沿線(xiàn)的人為采砂干擾已對(duì)產(chǎn)卵棲息地尤其是產(chǎn)卵墊層產(chǎn)生了嚴(yán)重?cái)_動(dòng)。根據(jù)前期棲息地調(diào)查分析結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際情況，魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵棲息地保護(hù)和修復(fù)以恢復(fù)棲息地天然狀態(tài)為首要原則，對(duì)受干擾或退化嚴(yán)重的8個(gè)河段或節(jié)點(diǎn)，通過(guò)濱水帶修復(fù)、砂礫清洗以及控流、擾流等工程措施營(yíng)造多樣性的流態(tài)特征，以滿(mǎn)足相關(guān)魚(yú)類(lèi)對(duì)產(chǎn)卵生境的需求。

表1 產(chǎn)卵場(chǎng)存在問(wèn)題分析及修復(fù)對(duì)策表

2.3 魚(yú)道工程

大渡河沙灣至河口段主要分布魚(yú)類(lèi)為瓦氏黃顙魚(yú)、泉水魚(yú)等，安谷水電站建成后，大壩將對(duì)這些魚(yú)類(lèi)的洄游繁殖造成較大影響。由于安谷水電站屬于低水頭開(kāi)發(fā)方式，庫(kù)尾放水閘以及主體樞紐區(qū)上下游落差均較小，其中庫(kù)尾放水閘約4～5 m，主體樞紐區(qū)為20～30 m，且樞紐區(qū)兩岸地形較為寬闊。因此，從過(guò)魚(yú)效果、后期運(yùn)行管理角度考慮，安谷水電站過(guò)魚(yú)設(shè)施主要選擇魚(yú)道和仿自然通道。根據(jù)安谷水電站魚(yú)類(lèi)洄游通道構(gòu)建要求，在左側(cè)河網(wǎng)及庫(kù)尾放水閘處建設(shè)1條豎縫式魚(yú)道和1條仿自然通道，在泄洪渠下游建設(shè)1條仿自然通道，構(gòu)建泄洪渠與左側(cè)河網(wǎng)魚(yú)類(lèi)洄游通道。

(1)豎縫式魚(yú)道

魚(yú)道由下至上由進(jìn)口、魚(yú)道池室、觀測(cè)室、出口等組成。魚(yú)道全長(zhǎng)340 m，坡度1.5%，魚(yú)道寬度為2.5 m，魚(yú)道內(nèi)水深1.14～1.79 m，魚(yú)道出口處設(shè)工作門(mén)。魚(yú)道沿放水閘右側(cè)閘墩及下游消力池邊墻右側(cè)布置，由于地形限制，在下游海漫段采取連續(xù)“繞彎”方式布置。魚(yú)道采用單豎縫式結(jié)構(gòu)，凈寬為2.5 m，單個(gè)池室長(zhǎng)度為3.2 m，坡降為1.5%，共102個(gè)池室；由于魚(yú)道坡度較小，不設(shè)休息池；豎縫寬0.4 m，與魚(yú)道軸線(xiàn)呈45°角。隔板數(shù)為103，隔板厚度為25 cm。

>>魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)是魚(yú)類(lèi)棲息地中最重要而敏感的場(chǎng)所之一，其適宜性取決于產(chǎn)卵基床的材料粒徑、水流流速、水深等諸多因素。

(2)1號(hào)仿自然通道

在豎縫式魚(yú)道右側(cè)緊鄰布置1號(hào)仿自然通道，全長(zhǎng)393 m，坡度為1.25%，通道內(nèi)的水深為0.44～1.09 m。通道采用梯形斷面，斷面底寬3 m，高度2 m，兩側(cè)坡度為1∶2～1∶3。在通道內(nèi)間隔布置蠻石檻，以降低流速，營(yíng)造豐富的水流環(huán)境。在通道進(jìn)口段束窄斷面，布置蠻石檻，以營(yíng)造一定的紊動(dòng)，吸引上溯的魚(yú)類(lèi)。在仿自然通道出口處設(shè)置閘門(mén)，控制運(yùn)行，且方便檢修。

(3)2號(hào)仿自然通道

2號(hào)仿自然通道全長(zhǎng)663 m，通道內(nèi)設(shè)置階梯型坡度條件，其中，0～106 m、256～334 m及416～663 m坡度為1%，其余坡度為0.1%，通道內(nèi)水深為0.44 m。通道采用梯形斷面，斷面底寬3 m，高度1 m，兩側(cè)開(kāi)挖坡度為1∶2～1∶3。在通道內(nèi)間隔布置石檻，營(yíng)造豐富的水流環(huán)境。在仿自然通道進(jìn)口處設(shè)置閘門(mén)，防止泄洪渠洪水倒灌。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工程技術(shù)的成熟，水電站建設(shè)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)條件已不再是制約性因素，而移民安置及生態(tài)環(huán)境保護(hù)則是社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)，并成為新的制約性因素。如何在開(kāi)發(fā)中保護(hù)、在保護(hù)中開(kāi)發(fā)是水電工程建設(shè)必須正視并解決的關(guān)鍵問(wèn)題。安谷水電站建設(shè)將占用區(qū)域右側(cè)河網(wǎng)，左側(cè)河網(wǎng)水量也將大幅減少，從而嚴(yán)重影響區(qū)域濕地生態(tài)與水生生態(tài)環(huán)境功能和質(zhì)量。由于安谷水電站所處區(qū)域環(huán)境條件復(fù)雜、工程開(kāi)發(fā)方式特殊，主要擬對(duì)左側(cè)河網(wǎng)實(shí)施一攬子生態(tài)保護(hù)措施，其中魚(yú)類(lèi)棲息地生境保護(hù)是其重要內(nèi)容之一。安谷水電站魚(yú)類(lèi)棲息地的保護(hù)與修復(fù)，既對(duì)本工程生態(tài)保護(hù)具有重大的技術(shù)支撐作用，也對(duì)水電工程生態(tài)保護(hù)具有普遍的示范意義。

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Fish Habitat Protection and Restoration Practices in Angu Hydropower Station

RUI Jian-liang， SHENG Sheng， BAI Fu-qing， SHI Jia-yue， YANG Yan-long

(Powerchina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 310014, China)

Located in the junction of Dadu River, Qingyi River， and Minjiang River, Angu hydropower station was built at a typical plateau estuary wetland with ecological characteristics of rich biodiversity, frequent human disturbance and fragile ecological environment. Targeted at these features and based on a systematical analysis of the damaged ecosystem, the paper puts forward a series of measures to restore the fish habitat, including improving hydrological conditions and connectivity of aqua-system, modifying composition and structure of ecological environment, and building fishways and fish-slopes.

habitat; spawning grounds; hydrological analysis; fishway; ecosystem

2014-12-29

芮建良(1964—)，男，江蘇人，教授級(jí)高級(jí)工程師，本科，主要研究方向?yàn)樗娬经h(huán)境保護(hù)，E-mail：rui_jl@ecidi.com

10.14068/j.ceia.2015.03.005

X171.4

A

2095-6444(2015)03-0018-04