陳煉鋼，陳黎明，徐祎凡，賈建偉，欒震宇，施 勇，金 秋，胡騰飛

(1:南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210029)(2:長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，武漢 430010)

鄱陽(yáng)湖作為我國(guó)最大的淡水湖泊，也是當(dāng)前長(zhǎng)江中下游僅存的兩個(gè)大型通江湖泊之一，與長(zhǎng)江共同組成了獨(dú)特的江-湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)；周期性的洪枯水位節(jié)律變化及河湖相交替轉(zhuǎn)換，造就了水陸兼有的獨(dú)特生境，孕育了物種多樣性豐富的濕地生態(tài)系統(tǒng)，在全球候鳥(niǎo)保護(hù)及棲息地保護(hù)方面起著至關(guān)重要的作用，是我國(guó)唯一加入國(guó)際生命湖泊網(wǎng)的湖泊，已列入《濕地公約》國(guó)際重要濕地名錄，在江西、長(zhǎng)江流域、全國(guó)乃至全球生態(tài)安全格局中具有十分重要的戰(zhàn)略地位. 水位和水深是湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，其變化節(jié)律直接影響到湖區(qū)灘地的淹沒(méi)和出露日期及持續(xù)時(shí)間，對(duì)鳥(niǎo)類食物資源植物、魚(yú)類、底棲動(dòng)物等的產(chǎn)量、分布、物種多樣性、群落結(jié)構(gòu)及演替產(chǎn)生直接影響[1-4]. 鄱陽(yáng)湖水位變化受流域“五河”和長(zhǎng)江來(lái)水的雙重影響，長(zhǎng)期以來(lái)形成了固有的豐枯變化節(jié)律；然而，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)受長(zhǎng)江及“五河”上游水庫(kù)群運(yùn)用等的影響，鄱陽(yáng)湖枯水節(jié)律發(fā)生了明顯變化：枯水期提前、枯水歷時(shí)延長(zhǎng)，最低枯水位更枯[5-6]. 為了應(yīng)對(duì)新的枯水情勢(shì)，江西省提出興建鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程按照“調(diào)枯不控洪”的方式保障枯水期的“三生”用水. 該工程建議一提出就引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，其中濕地與越冬水鳥(niǎo)保護(hù)是焦點(diǎn)問(wèn)題之一，如何確定適宜的生態(tài)調(diào)控水位是重點(diǎn)與難點(diǎn).

目前已采用多種方法分析計(jì)算了鄱陽(yáng)湖的生態(tài)水位，包括：水文頻率分析法[7-9]、天然水位資料法[10]、生態(tài)水位系數(shù)法[10]、湖泊形態(tài)法[11]、生物空間需求法[12]、情景分析法[13]. 其中，前4種方法主要基于物理因子分析而生態(tài)學(xué)意義不明顯；后兩種生態(tài)學(xué)意義較強(qiáng)，通過(guò)生境遙感解譯等獲得若干水位下生境面積的變化特征，但由于遙感解譯的數(shù)據(jù)點(diǎn)有限致使所得規(guī)律存在明顯的不確定性. 相比于生境遙感解譯數(shù)據(jù)點(diǎn)有限的不足，生境數(shù)值模擬通過(guò)長(zhǎng)系列連續(xù)模擬可獲得大量生境數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而提高其變化規(guī)律的確定性；但是目前還未見(jiàn)到通過(guò)生境數(shù)值模擬確定鄱陽(yáng)湖生態(tài)水位的相關(guān)研究，此外也未見(jiàn)到從候鳥(niǎo)食物資源和取食可及性兩方面考慮不同時(shí)段生境保護(hù)目標(biāo)的差異來(lái)確定鄱陽(yáng)湖生態(tài)水位動(dòng)態(tài)調(diào)控過(guò)程的研究. 生境數(shù)值模擬將物理生境因子條件和生物本身的需求結(jié)合起來(lái), 模擬河湖水位流量和特定物種或群落適宜生境分布之間的定量關(guān)系, 從而獲得保護(hù)水生生物的生態(tài)水位和流量，為河湖水資源合理開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)；被認(rèn)為是生態(tài)需水計(jì)算中較為可靠的方法，一經(jīng)提出便被各國(guó)廣泛應(yīng)用到工程實(shí)踐中[14]. 因此，本文在構(gòu)建鄱陽(yáng)湖關(guān)鍵物種生境數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)上，以水深為關(guān)鍵生境因子，通過(guò)長(zhǎng)系列的連續(xù)模擬，從候鳥(niǎo)食物資源和取食可及性兩方面建立水位變化與重要生境面積之間的定量響應(yīng)函數(shù)，并據(jù)此量化不同的調(diào)控水位對(duì)重要生境的影響，從而根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)的差異確定擬建鄱陽(yáng)湖水利樞紐適宜的生態(tài)調(diào)控水位過(guò)程，為江湖新水沙條件下鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)保育提供量化依據(jù).

1 重要生境及關(guān)鍵因子確定

鄱陽(yáng)湖是亞洲最大的候鳥(niǎo)越冬地，有“白鶴之鄉(xiāng)”和“候鳥(niǎo)王國(guó)”之稱，是鶴類、鸛類、大鴇、小天鵝等珍禽和眾多水禽的主要越冬棲息地：平均每年有38.4萬(wàn)余只候鳥(niǎo)在此越冬，涉及種類155種，其中112種為國(guó)際濕地公約指定水鳥(niǎo)；是世界上95%的白鶴和75%的東方白鸛等珍稀水禽種群的越冬場(chǎng)所[15]，也是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最大的越冬鴻雁群體所在地，數(shù)量達(dá)3萬(wàn)只以上[16]. 如此多的候鳥(niǎo)與鄱陽(yáng)湖豐富的食物資源密切相關(guān)，根據(jù)食性的不同越冬候鳥(niǎo)分為5個(gè)主要取食集團(tuán)：食植物塊莖集團(tuán)、食苔草集團(tuán)、食植物種子集團(tuán)、食無(wú)脊椎動(dòng)物集團(tuán)和食魚(yú)集團(tuán)[17]. 其中，食植物塊莖的大多數(shù)鳥(niǎo)類列入《世界自然保護(hù)聯(lián)盟》國(guó)際鳥(niǎo)類紅皮書(shū)名錄和我國(guó)一、二級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類，如白鶴、白枕鶴、小天鵝、大天鵝、鴻雁、赤頸鴨等[16]；尤以白鶴為典型，因?yàn)榘Q是除了鄱陽(yáng)湖以外幾乎沒(méi)有其他可替代適宜棲息地的物種[18]. 因此以白鶴為代表的食植物塊莖鳥(niǎo)類可作為鄱陽(yáng)湖越冬候鳥(niǎo)的指示物種，其生境的保育對(duì)于維護(hù)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要. 當(dāng)前長(zhǎng)江流域沉水植被分布范圍日趨狹窄，導(dǎo)致了以塊莖為食的小天鵝、鴻雁和鶴類集中分布在鄱陽(yáng)湖和安徽的幾個(gè)湖泊；而安徽沿江湖群面積相對(duì)較小且濕地環(huán)境正在迅速退化，鄱陽(yáng)湖將是這些水鳥(niǎo)最后的家園. 然而2013年第2次鄱陽(yáng)湖科學(xué)考察卻發(fā)現(xiàn)沉水植物分布面積縮減了37.72%[19]，鄱陽(yáng)湖塊莖資源主要來(lái)自沉水植物優(yōu)勢(shì)種苦草(Vallisnerianatans). 因此，越冬水鳥(niǎo)食物資源——苦草的保育對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)至關(guān)重要；一旦喪失，鶴類、小天鵝、鴻雁等大批水鳥(niǎo)將可能滅絕.

食物資源、水深、人類干擾、湖床底質(zhì)等都會(huì)影響水鳥(niǎo)對(duì)棲息地的選擇，研究發(fā)現(xiàn)苦草冬芽密度和水深的交互作用能夠解釋75%的白鶴覓食區(qū)變化[20]. 每年的3月中下旬-10月底是鄱陽(yáng)湖苦草生長(zhǎng)期，其中7月中旬之前為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，之后為繁殖生長(zhǎng)期. 鶴類等越冬水鳥(niǎo)從10月開(kāi)始飛抵鄱陽(yáng)湖，到次年4月初基本離開(kāi)，其中11月數(shù)量急劇增加、12月和次年1月達(dá)到峰值，然后逐漸遷飛[16]. 苦草的生長(zhǎng)期和候鳥(niǎo)的越冬期在鄱陽(yáng)湖形成一個(gè)完美的交替接力，這也是95%以上的白鶴選擇鄱陽(yáng)湖越冬的原因之一. 水生生物生境模擬的主要因子包括水深、流速、底質(zhì)、含沙量、水溫等, 關(guān)鍵生境因子的遴選是生境模擬準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵[14]. 苦草的生長(zhǎng)受水深、光照強(qiáng)度、透明度、基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽等多種環(huán)境因子的影響[21]，其中水深是最重要的影響因子. 研究表明苦草的株數(shù)、葉片長(zhǎng)度、葉片厚度、地下塊莖——冬芽密度等隨水深變化顯著[22-24]. 長(zhǎng)時(shí)間水淹或干旱均能導(dǎo)致沉水植物種群密度和生物量大大降低,進(jìn)而影響到種群的更新和恢復(fù)[25]，如1998年大洪水過(guò)后苦草大面積死亡并持續(xù)影響到次年的生物量[26]，2003年后長(zhǎng)期的低枯水位導(dǎo)致苦草等沉水植物群落面積大幅縮減[19]. 冬季水深是影響水鳥(niǎo)取食可及性的決定性因子：水位過(guò)高則水鳥(niǎo)不能正常取食苦草等沉水植物的塊莖；水位過(guò)低則苦草等水鳥(niǎo)喜好的食物易枯死，且泥灘表面基質(zhì)干燥也妨礙水鳥(niǎo)正常取食[17, 20]. 因此，本文選擇水深作為苦草生長(zhǎng)期和候鳥(niǎo)越冬期的關(guān)鍵生境因子開(kāi)展模擬及評(píng)估.

2 模型與方法

以鶴類、小天鵝、鴻雁等食植物塊莖水鳥(niǎo)作為鄱陽(yáng)湖越冬水鳥(niǎo)指示物種，從食物資源與取食可及性兩方面，分苦草生長(zhǎng)期和候鳥(niǎo)越冬期兩個(gè)時(shí)段對(duì)其生境進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括物理生境因子時(shí)空分布模擬和生境適宜度評(píng)價(jià)兩部分，量化水位變化對(duì)越冬水鳥(niǎo)潛在生境面積的影響規(guī)律，為鄱陽(yáng)湖水利樞紐生態(tài)調(diào)控水位的確定提供依據(jù).

2.1 物理生境因子模擬

鄱陽(yáng)湖越冬水鳥(niǎo)物理生境因子時(shí)空變化模擬基于環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)，該模型包括水動(dòng)力、溫?zé)?、水質(zhì)和泥沙等模塊. EFDC是美國(guó)國(guó)家環(huán)保署USEPA法定推薦的水系統(tǒng)模擬模型之一[27]，被廣泛用于模擬河流、河口、湖泊、水庫(kù)、濕地系統(tǒng)以及自近岸到陸架的海域一維、二維和三維流場(chǎng)、物質(zhì)輸運(yùn)(包括溫、鹽、粘性和非粘性泥沙的輸運(yùn))、生態(tài)過(guò)程及淡水入流，能同時(shí)考慮風(fēng)、浪、潮、徑流的影響，并可以設(shè)置水工建筑物[28]. 本次物理生境因子模擬主要用到EFDC的水動(dòng)力模塊，其水動(dòng)力學(xué)方程采用垂向靜壓假定，在水平方向上采用曲線正交坐標(biāo)，垂直方向上采用σ坐標(biāo)變換，沿重力方向分層求解三維紊動(dòng)粘性方程，主要模型方程如下[29].

(1)連續(xù)方程：

(1)

(2)動(dòng)量方程：

(2)

(3)

(4)

式中，u和v為曲線正交坐標(biāo)x和y方向上的水平速度分量(m/s)，w為σ坐標(biāo)z方向上的垂直速度分量(m/s)；t為時(shí)間(s);mx和my為水平坐標(biāo)變換因子(m)，m=mxmy；p為壓力(Pa)；H為總水頭(m)，H=h+ζ，h為床底高程(m)，ζ為水面水深(m)；f為科氏力系數(shù)(s-1)；AH為水平紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)，Av為垂向渦粘系數(shù)(m2/s)；Sh為質(zhì)量源匯項(xiàng)(m3/s)，Su和Sv分別為x和y方向上的動(dòng)量源匯項(xiàng)(m2/s2)；cp為植被阻力系數(shù)，Dp為植被占比系數(shù)；g為重力加速度(9.81 m/s2)；ρ為水密度(kg/m3),ρ0為水的標(biāo)準(zhǔn)密度(1000 kg/m3).

圖1 鄱陽(yáng)湖水系概化及地形Fig.1 River network and bathymetry in Lake Poyang

鄱陽(yáng)湖入湖水系較多，模型上邊界設(shè)為五河尾閭?cè)肓?，其中贛江西支、北支、中支和南支依據(jù)外洲站流量和各分支斷面面積進(jìn)行概化分配，撫河采用李家渡站流量，信江東大河、西大河依據(jù)梅港站流量和各分支斷面面積進(jìn)行概化分配，饒河采用渡峰坑和石鎮(zhèn)街站流量疊加，修水采用虬津站和萬(wàn)家埠站流量疊加，下邊界采用湖口水位(位置如圖1所示). 鄱陽(yáng)湖豐枯水期水位及湖面面積變化顯著：枯水期呈現(xiàn)明顯的“河相”，水流只在河道深槽中流動(dòng)，大部分灘地顯露；豐水期呈現(xiàn)明顯的“湖相”，湖面寬廣，水流趨于靜止. 因此，為了能夠精確地模擬鄱陽(yáng)湖年內(nèi)河湖相的交替變化過(guò)程和反映計(jì)算域的特征，采用曲線正交貼體網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)行剖分，網(wǎng)格剖分盡量沿主河槽或堤防，精確地概化出河道、灘地、島嶼等邊界的過(guò)度銜接，使水流方向盡可能真實(shí)地體現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)湖區(qū)內(nèi)主槽中網(wǎng)格進(jìn)行加密處理. 最終得到水平網(wǎng)格14110個(gè)，范圍覆蓋了“五河”下游尾閭地區(qū)和整個(gè)豐水期時(shí)的湖面，且將已與主湖分隔的軍山湖剝離出計(jì)算域，共計(jì)3292 km2，如圖1所示，絕大部分網(wǎng)格尺寸在200～500 m之間，湖區(qū)內(nèi)主槽網(wǎng)格小至150 m左右，部分灘地網(wǎng)格大至1000 m左右. 由于本文主要模擬水深的變化，因此垂向上設(shè)置為1層以提高模型計(jì)算效率. 湖床高程采用鄱陽(yáng)湖2010年1∶1萬(wàn)實(shí)測(cè)水下地形資料(國(guó)家85高程基準(zhǔn))進(jìn)行插值，插值后的地形如圖1所示，可見(jiàn)模型所用網(wǎng)格清晰地描述了深槽、灘地、島嶼等地形的變化.

圖2 星子站水位驗(yàn)證情況Fig.2 Model verification for water level at Xingzi Station

2008年9月28日三峽水庫(kù)開(kāi)始175 m正常蓄水位的試驗(yàn)性蓄水，因此模型從2008年9月開(kāi)始滾動(dòng)計(jì)算直至2017年12月. EFDC水動(dòng)力模塊的關(guān)鍵參數(shù)為床面粗糙高度，經(jīng)率定后取值在0.023～0.03 m之間. 為反映“五河七口”以下20%左右未控區(qū)間產(chǎn)流對(duì)湖區(qū)水量平衡的影響，采用預(yù)估-校正模式進(jìn)行兩次模擬：先僅基于“五河七口”實(shí)測(cè)流量模擬獲得湖口出流計(jì)算值，將其與實(shí)測(cè)湖口流量的差值作為全湖的未控區(qū)間水量；然后將估算的未控區(qū)間水量按照同期五河來(lái)水量比例疊加到邊界入流上進(jìn)行校正計(jì)算. 模型對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)星子站、吳城(修水)站、吳城(贛江)站、棠蔭站、鄱陽(yáng)站、龍口站、康山站和都昌站8個(gè)站的水位進(jìn)行了驗(yàn)證，絕大部分時(shí)段水位誤差控制在0.15 m以內(nèi)；鄱陽(yáng)湖代表性水位控制站星子站水位模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比如圖2所示(1)與吳淞基面高差為-0.09 m，與國(guó)家85高程基面高差為-1.929 m，下同.. 可見(jiàn)，基于EFDC構(gòu)建的湖區(qū)水動(dòng)力模型能很好地模擬鄱陽(yáng)湖水位的時(shí)空分布變化.

2.2 生境適宜度評(píng)價(jià)

生境適宜度評(píng)價(jià)采用全球廣為應(yīng)用的適宜度曲線法[30]. 適宜度曲線以生境因子的數(shù)值為橫坐標(biāo), 以目標(biāo)物種對(duì)此生境因子的適宜度為縱坐標(biāo), 建立目標(biāo)物種對(duì)單個(gè)生境因子的偏好與生境因子之間關(guān)系的連續(xù)曲線，能定量描述物理生境特征與物種在該條件下的生存質(zhì)量. 用0和1之間的數(shù)值定義目標(biāo)物種對(duì)單因子的偏好, 曲線的峰值代表生物對(duì)該因子的最適宜范圍. 針對(duì)影響苦草生長(zhǎng)的關(guān)鍵生境因子水深，相關(guān)研究表明其生長(zhǎng)的適宜水深為1～2 m，水深超過(guò)2 m后由于水下光照過(guò)小導(dǎo)致生物量及冬芽形成數(shù)量迅速下降，水深低于1 m光照過(guò)強(qiáng)造成光損傷，也會(huì)抑制苦草的生長(zhǎng)[23,31-36]；據(jù)此制定苦草生長(zhǎng)的水深適宜度曲線(圖3a). 相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)鶴類、鴻雁、東方白鸛的覓食水深都在50 cm以內(nèi)，小天鵝覓食水深略大，可到80 cm，鸻鷸類覓食水深略淺，為40 cm；其中鶴類、小天鵝、東方白鸛的最適覓食區(qū)水深分別在20～30、15～40、30 cm左右[16, 37]. 綜合后擬定0～60 cm淺水區(qū)作為越冬水鳥(niǎo)的覓食區(qū)、20～40 cm作為其適宜覓食水深，據(jù)此制定鄱陽(yáng)湖越冬水鳥(niǎo)取食的水深適宜度曲線(圖3b).

根據(jù)各網(wǎng)格單元水深及其適宜度指數(shù)采用加權(quán)可用面積法[38]計(jì)算潛在適宜生境面積：

(5)

式中，WUA為加權(quán)可用生境面積(km2)，Ai和SIi為第i個(gè)網(wǎng)格單元的面積(km2)和生境適宜度.

圖3 苦草(a)和水鳥(niǎo)取食(b)水深適宜度曲線Fig.3 Habitat suitablity curves for Vallisneria natans (a) and waterfowls feeding (b)

3 結(jié)果與討論

3.1 生境面積-水位的定量響應(yīng)規(guī)律

以苦草的生長(zhǎng)期3月中旬-10月下旬為分析時(shí)段，根據(jù)星子站實(shí)測(cè)水位和模擬計(jì)算的苦草潛在適宜生境面積相關(guān)圖(圖4a)，采用門限回歸法建立鄱陽(yáng)湖苦草潛在生境面積對(duì)水位變化的定量響應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)公式(6). 以越冬水鳥(niǎo)數(shù)量峰值時(shí)段12月和1月為分析時(shí)段，根據(jù)星子站實(shí)測(cè)水位和模擬計(jì)算的水鳥(niǎo)取食潛在適宜生境面積相關(guān)圖(圖4b)，采用門限回歸法建立水鳥(niǎo)取食潛在生境面積對(duì)水位變化的定量響應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)公式(7).

(6)

(7)

式中，WUA1為苦草潛在適宜生境面積(km2),WUA2為水鳥(niǎo)取食潛在適宜生境面積(km2)，Z為星子站水位(m). 從圖4a可見(jiàn)，苦草潛在生境面積隨水位呈單峰型變化，在星子站水位為14.8 m時(shí)達(dá)到最大，約為1703 km2；當(dāng)水位低于或高于這一臨界點(diǎn)時(shí)，潛在生境面積均下降，高水區(qū)比低水區(qū)下降速率更快，說(shuō)明洪水比枯水對(duì)苦草的損害更大：當(dāng)星子水位低于9 m后，潛在生境穩(wěn)定在700 km2左右；而當(dāng)星子水位漲至19 m時(shí)，枯草潛在生境面積僅剩約190 km2，超過(guò)20 m后全湖苦草生境幾乎全部喪失；2016年和2017年連續(xù)兩年鄱陽(yáng)湖遭遇大洪水，最高洪水位分別為21.36和20.87 m，洪水過(guò)后主湖區(qū)和碟形湖均未發(fā)現(xiàn)沉水植物活體，且2018年尚未恢復(fù)[19]. 從圖4b可見(jiàn)，越冬水鳥(niǎo)取食潛在生境面積隨水位呈三段式變化，在星子站水位為 11.73 m時(shí)達(dá)到最大，為564 km2；隨著水位的升高，取食潛在生境面積急劇下降；而隨著水位的降低，取食潛在生境面積先下降，然后基本穩(wěn)定并略有抬升；在星子站水位為9.56 m時(shí)達(dá)到最小，為476 km2，隨后基本穩(wěn)定在500 km2左右；這一規(guī)律的形成是由于鄱陽(yáng)湖區(qū)存在大量的蝶形子湖且湖底平坦，當(dāng)主槽水位下降到某一閾值后蝶形子湖與主槽分離，湖區(qū)水面面積趨于穩(wěn)定，并隨著水位的進(jìn)一步下降更多的水域變?yōu)闇\水區(qū).

圖4 苦草(a)和水鳥(niǎo)取食(b)潛在生境面積隨水位變化Fig.4 Habitat area vers water level for Vallisneria natans (a) and waterfowls feeding (b)

3.2 擬建鄱陽(yáng)湖樞紐生態(tài)控制水位

擬建的鄱陽(yáng)湖水利樞紐選擇在鄱陽(yáng)湖入江水道的屏峰山與長(zhǎng)嶺山之間建閘，上距星子縣城約12 km，下至鄱陽(yáng)湖入長(zhǎng)江口約27 km(位置見(jiàn)圖1). 論證中的鄱陽(yáng)湖大閘水位調(diào)控按照“調(diào)枯不控洪”的方式分為5個(gè)時(shí)段：江湖連通期(4月1日-8月31日)、下閘蓄水期(9月1日-20日)、長(zhǎng)江上游水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)期(9月21日-10月31日)、補(bǔ)償調(diào)節(jié)期(11月1日-次年2月28日)、低枯水位調(diào)控期(3月1日-31日)[15]. 前3個(gè)調(diào)度期基本覆蓋了苦草的生長(zhǎng)期，其中下閘蓄水期和長(zhǎng)江上游水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)期處于苦草的繁殖生長(zhǎng)期內(nèi)，對(duì)冬芽的生長(zhǎng)至關(guān)重要；后3個(gè)調(diào)度期基本覆蓋候鳥(niǎo)越冬期，其中補(bǔ)償調(diào)節(jié)期內(nèi)候鳥(niǎo)密集遷入和遷離，并在12月-次年1月達(dá)到數(shù)量峰值，為候鳥(niǎo)越冬的關(guān)鍵時(shí)段.

為科學(xué)論證鄱陽(yáng)湖水利樞紐的可行性，江西省政府邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的專家從江湖關(guān)系、泥沙沖淤、防洪、水質(zhì)、濕地與候鳥(niǎo)、水生動(dòng)物等方面開(kāi)展6項(xiàng)專題研究和論證. 其中“濕地與候鳥(niǎo)”專題指出“要使鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程不對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地和水鳥(niǎo)造成災(zāi)難性影響，至少需要保持目前80%以上的草洲、泥沙灘和淺水水域作為水鳥(niǎo)棲息地”. 按照這一判定標(biāo)準(zhǔn)，采用3.1節(jié)建立的生境面積與水位的函數(shù)關(guān)系，量化星子站不同水位下鄱陽(yáng)湖苦草及越冬水鳥(niǎo)潛在生境面積的變化，然后根據(jù)不同調(diào)度時(shí)段內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)的差異確定鄱陽(yáng)湖生態(tài)水位的動(dòng)態(tài)調(diào)控過(guò)程：鄱陽(yáng)湖大閘下閘蓄水期內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)為苦草，水位不宜超過(guò)16 m，苦草潛在生境面積與最大值相比偏小幅度可控制在20%以內(nèi)(空間分布見(jiàn)圖5a)；長(zhǎng)江上游水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)期內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)以苦草為主兼顧越冬水鳥(niǎo)，宜將水位控制在14.0～15.5 m區(qū)間，苦草潛在生境面積與最大值相比偏小幅度可控制在10%以內(nèi)(空間分布見(jiàn)圖5b)，同時(shí)可為少數(shù)飛抵的候鳥(niǎo)保留近25%以上的覓食生境(空間分布見(jiàn)圖6a)；補(bǔ)償調(diào)節(jié)期內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)為越冬水鳥(niǎo)，此間越冬水鳥(niǎo)大量遷入并達(dá)到數(shù)量峰值，可根據(jù)候鳥(niǎo)飛抵的情況從前一調(diào)度期水位逐步下降以增加取食生境面積，在12月-次年1月的越冬候鳥(niǎo)數(shù)量峰值期內(nèi)水位不宜超過(guò)12.5 m，此時(shí)越冬水鳥(niǎo)潛在取食生境面積與最大值相比偏小幅度可控制在20%以內(nèi)(空間分布見(jiàn)圖6b)；低枯水位調(diào)控期內(nèi)候鳥(niǎo)已大量遷離，同時(shí)苦草逐步進(jìn)入萌發(fā)期，兩者對(duì)生境的需求都大幅降低，可延續(xù)前一調(diào)度期的控制水位并逐步過(guò)渡到自然狀態(tài).

圖5 苦草潛在生境分布：(a)星子站水位16 m；(b)星子站水位14 mFig.5 Habitat distribution for Vallisneria natans: (a) Zxingzi=16 m; (b) Zxingzi=14 m

圖6 越冬水鳥(niǎo)取食潛在生境分布：(a)星子站水位14 m；(b)星子站水位12.5 mFig.6 Habitat area distribution for waterfowls feeding: (a) Zxingzi=14 m; (b) Zxingzi=12.5 m

基于三峽運(yùn)用前1953-2002年星子站月平均水位序列，統(tǒng)計(jì)出的鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度期內(nèi)各月5%高水位、50%平水位、95%枯水位見(jiàn)表1[8]. 本文得出的生態(tài)調(diào)控水位與此對(duì)比可見(jiàn)：9月蓄水期內(nèi)最高控制水位16 m略低于當(dāng)月多年平水位；10月長(zhǎng)江上游水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)期內(nèi)最低控制水位14 m稍低于當(dāng)月多年平水位；12月-次年1月越冬候鳥(niǎo)數(shù)量峰值期內(nèi)最高控制水位12.5 m稍高于12月多年高水位；一定程度上說(shuō)明本文得出的生態(tài)調(diào)控水位的動(dòng)態(tài)過(guò)程符合水位的天然波動(dòng)特征. 擾動(dòng)對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的彈性及物種多樣性等具有重要意義，然而按此控制建閘后鄱陽(yáng)湖秋、冬季水位變幅收窄至3.5 m左右，雖可有效保障越冬水鳥(niǎo)潛在生境面積，但其變化趨于穩(wěn)定且擾動(dòng)幅度將顯著減小，是否會(huì)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的不利影響有待更深入的研究.

表1 三峽工程運(yùn)用前星子站水位特征值

4 結(jié)論

以鶴類、小天鵝、鴻雁等食植物塊莖水鳥(niǎo)作為鄱陽(yáng)湖越冬候鳥(niǎo)指示物種，基于EFDC水動(dòng)力學(xué)模型和生境適宜度曲線，構(gòu)建了鄱陽(yáng)湖越冬水鳥(niǎo)生境數(shù)值模擬模型；以水深作為關(guān)鍵生境因子，對(duì)2008年9月三峽水庫(kù)175 m試驗(yàn)性蓄水后鄱陽(yáng)湖重要生境變化進(jìn)行了連續(xù)模擬.

1)從鳥(niǎo)類食物資源與取食可及性2個(gè)方面，分苦草生長(zhǎng)期和候鳥(niǎo)越冬期2個(gè)時(shí)段，建立了星子站水位對(duì)苦草及水鳥(niǎo)取食潛在生境面積的定量影響函數(shù). 苦草潛在生境面積隨水位呈單峰型變化；在星子站水位為14.8 m時(shí)達(dá)到最大，約為1703 km2；越冬水鳥(niǎo)取食潛在生境面積隨水位呈三段式變化，在星子站水位為11.73和9.56 m時(shí)分別達(dá)到最大和最小，約為564和476 km2.

2)針對(duì)擬建的鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程，分析計(jì)算了星子站不同水位下苦草及越冬水鳥(niǎo)取食潛在生境面積的變化，并據(jù)此基于不同調(diào)度分期內(nèi)生境保護(hù)目標(biāo)的差異確定了符合天然水位波動(dòng)特征的生態(tài)水位動(dòng)態(tài)調(diào)控方案：下閘蓄水期內(nèi)水位不宜超過(guò)16 m，后續(xù)根據(jù)越冬候鳥(niǎo)遷入情況逐步下降，在12月-次年1月的越冬候鳥(niǎo)數(shù)量峰值期內(nèi)水位不宜超過(guò)12.5 m，后續(xù)根據(jù)來(lái)水情況逐步過(guò)渡至江湖連通期的自然狀態(tài).

本文提出的生態(tài)水位調(diào)控方案主要滿足鶴類、小天鵝、鴻雁等食植物塊莖水鳥(niǎo)的生境需求，下階段應(yīng)進(jìn)一步研究其他物種生境對(duì)水深的需求，從而制定物種覆蓋面更廣的生態(tài)控制水位，為鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)保育提供更為全面深入的科學(xué)依據(jù).