熊尉宏

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院,重慶 400074)

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)速度加快，基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)砂石料的需求量急劇增加，用沙量的劇增導(dǎo)致整個(gè)長(zhǎng)江范圍內(nèi)出現(xiàn)了大量采挖河床泥沙的現(xiàn)象。據(jù)2006年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，重慶江段的采砂船共有約40只，總噸位約9290t，年采砂量426.6萬(wàn)t[1]。采砂作業(yè)停止后，會(huì)在河床上遺留多個(gè)散亂的深坑，采砂坑的發(fā)展是采砂坑內(nèi)及其附近的水流與采砂坑邊界相互作用的結(jié)果，采砂坑內(nèi)的水壓力和絮流強(qiáng)度發(fā)生變化，其中的橫向次生螺旋流在采砂坑和河床交界處產(chǎn)生切應(yīng)力，致使橫斷面擴(kuò)寬，采砂坑向堤岸靠近，深潭面積擴(kuò)大，增大了淺灘之間的距離；而采砂坑附近的水體會(huì)在垂直方向上產(chǎn)生水流墜落現(xiàn)象，進(jìn)而使水流速度大幅提升，同時(shí)其中攜帶的大量砂石，增強(qiáng)了其對(duì)河床的沖刷能力，進(jìn)而使得河床出現(xiàn)明顯的侵蝕現(xiàn)象,河道的局部地形發(fā)生突變導(dǎo)致河床穩(wěn)定性被破壞[1-4]，采砂作業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生不利影響，采砂會(huì)導(dǎo)致水體濁度增加，降低水體透明度，破壞底棲動(dòng)物棲息地,致使遷移率上升[5,6]。研究表明[7,8]，采砂活動(dòng)導(dǎo)致采砂區(qū)的底棲動(dòng)物生物量下降了99%以上，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究結(jié)果都明確表明了采砂活動(dòng)會(huì)破壞采砂區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，造成采砂區(qū)內(nèi)各項(xiàng)生態(tài)指數(shù)顯著下降[9-12]。我國(guó)對(duì)河道采砂作業(yè)的相關(guān)研究主要關(guān)注于對(duì)航道和生態(tài)環(huán)境的影響，但是對(duì)于采砂行為終止之后采砂區(qū)域生境恢復(fù)情況的研究較為匱乏。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

采砂作業(yè)的影響不是持續(xù)的，采砂作業(yè)停止之后，生態(tài)環(huán)境也會(huì)逐漸恢復(fù)，為了準(zhǔn)確評(píng)估采砂坑對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和岸線形態(tài)的相關(guān)影響，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其恢復(fù)時(shí)間至關(guān)重要，采砂坑的演變，尤其是其遷移和補(bǔ)給速度，在很大程度上取決于其沉積物類型、底質(zhì)類型和周邊水域的水動(dòng)力特征。通常根據(jù)采砂深度將采砂坑分為淺層采砂和深層采砂，絕大多數(shù)文獻(xiàn)將采砂深度<10m的認(rèn)為是淺層采砂，>10m則認(rèn)為是深層采砂。Goncalves等[13]調(diào)查了近海沙坑在采砂終止后4a內(nèi)的演變，該處采砂深度為5m，在采砂結(jié)束的最初4a內(nèi)其自然填充量約為17%，通過(guò)模型和觀測(cè)預(yù)測(cè)的沙坑恢復(fù)速率隨時(shí)間而下降，估計(jì)整個(gè)沙坑的恢復(fù)期約為38a；Maarten[14]認(rèn)為，當(dāng)采砂深度為2～5m時(shí)，大型底棲動(dòng)物(物種組合、豐富度、生物量)恢復(fù)到采砂前的時(shí)間為4～6a，而對(duì)于深層采砂，可能需要幾十年。Mielck[15]對(duì)采砂作業(yè)停止10a以上的地區(qū)進(jìn)行了物種調(diào)查，調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的物種數(shù)量恢復(fù)到了與對(duì)照地點(diǎn)一樣高的水平，但是由于采砂船只會(huì)吸走細(xì)沙，因此最初都是粗砂和石頭留在底層，在采砂作業(yè)停止之后，細(xì)沙會(huì)覆蓋粗砂和粗砂和石頭，采砂坑內(nèi)流速大幅下降，導(dǎo)致懸浮的泥沙得以沉積，最后形成淤積，采砂坑內(nèi)的石塊也會(huì)被淤泥掩埋，固著生物失去棲息地，由于采砂前后沉積物的差異，深層采砂的采砂坑無(wú)法依靠自然回填恢復(fù)到采砂前的生境。

2 長(zhǎng)江上游采砂坑生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 洛磧河段采砂坑現(xiàn)狀

洛磧河段位于三峽水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)長(zhǎng)壽至銅鑼?shí){河段，航道里程610～595km，洛磧河段是寬淺、多灘的典型河段之一，河床主要由淤沙組成，分為上、下洛磧。采砂坑主要分布在下洛磧，共有4個(gè)采砂作業(yè)停止后遺留下來(lái)的采砂坑，其中位于長(zhǎng)江航道里程600～601的采砂坑內(nèi)連續(xù)3次監(jiān)測(cè)均發(fā)現(xiàn)魚群存在，該采砂坑緊鄰洛磧鎮(zhèn)，由一個(gè)發(fā)育完整的磧壩逐漸形成而來(lái)，逐漸形成了一個(gè)連通的、最大水深達(dá)20m的內(nèi)池[16]。其采砂面積為151800m2，采砂坑內(nèi)平均挖深7.10m，最大挖深14.55m，底質(zhì)多為淤泥。整體上，采砂坑由上游至下游寬度逐漸增大，采砂坑的底部高程范圍為143～148m，但前端收窄處向下凹起，形成了一個(gè)最低點(diǎn)高程為128m的深潭。

2.2 采砂坑內(nèi)魚類現(xiàn)狀

洛磧河段屬于長(zhǎng)江重慶段魚類國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)內(nèi)魚類資源尤其豐富，有記錄199種魚類，其中70種屬長(zhǎng)江上游特有魚類，洛磧江段主要有瓦氏黃顙魚、圓口銅魚、長(zhǎng)鰭吻鮈、蛇鮈、圓筒吻鮈等。

三峽大壩蓄水運(yùn)行后，庫(kù)區(qū)的通航條件得到了較大的改善，但是大壩阻斷了河流上下游的連通性，形成了通道受阻，使得中華鱘和白鰭豚等的棲息地破碎化，幾近滅絕。自然水文的節(jié)律改變，水溫分層，水質(zhì)發(fā)生改變，水位變動(dòng)，都對(duì)魚類的生存和繁殖帶來(lái)不利影響。

洛磧河段的采砂行為在2017年被取締，但是由于采砂作業(yè)造成河道內(nèi)下泄水量減少，河道內(nèi)魚類生存的水力生境發(fā)生變化，河段水面縮窄，水深變淺，流速趨小，從而使魚類需求的急流水河段消失，供魚類產(chǎn)卵、索餌、越冬的淺灘和深潭消失，魚類的生存空間和生存環(huán)境受到嚴(yán)重影響，采砂區(qū)域的魚類幾近消失。

于2019年5月、8月和2020年1月利用BiSonics DT-X魚測(cè)儀對(duì)洛磧河段進(jìn)行水聲學(xué)探測(cè)，垂直向下發(fā)射200kHz的裂波，波束夾角為6.8°，每秒發(fā)射5次ping，脈沖寬度為0.1ms，TS的閾值為-70dB，并使用Visual Acquisition 5.0記錄聲學(xué)數(shù)據(jù)，3次探測(cè)都顯示采砂坑內(nèi)有魚類聚集，采砂坑內(nèi)全年有魚表明魚類已經(jīng)回遷該采砂坑。

3 長(zhǎng)江上游采砂坑的生態(tài)修復(fù)方案

河道生態(tài)修復(fù)通常需要選擇未受到干擾的河段作為參考河段，研究其水力學(xué)要素和地質(zhì)條件，再采用一定的生態(tài)水利工程措施，對(duì)“三場(chǎng)”進(jìn)行再修復(fù)[17]。而“三場(chǎng)”的修復(fù)需要選擇有魚類存在的水域作為修復(fù)點(diǎn)，“三場(chǎng)”中越冬場(chǎng)和索餌場(chǎng)不難修復(fù)，僅需滿足一定的水深即可，因此“三場(chǎng)”修復(fù)的難點(diǎn)在于產(chǎn)卵場(chǎng)的修復(fù)。

由于下洛磧采砂坑已經(jīng)對(duì)航道條件產(chǎn)生了一定的影響，并導(dǎo)致了一系列消落帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如土壤侵蝕、岸坡失穩(wěn)等，原修復(fù)方案擬將炸礁的棄渣拋填于采砂坑內(nèi)，用于填補(bǔ)采砂坑，但在對(duì)洛磧采砂坑漁業(yè)資源進(jìn)行了連續(xù)3次的監(jiān)測(cè)后，發(fā)現(xiàn)下洛磧采砂坑內(nèi)均有魚類聚集，表明魚類已經(jīng)回遷采砂區(qū)域。因此，新修復(fù)方案需要結(jié)合炸礁拋填需要，既恢復(fù)破壞的邊灘形態(tài)，又營(yíng)造有利魚類棲息洄游與覓食的環(huán)境，選擇采用特拉錨墊岸坡修復(fù)技術(shù)和生態(tài)潛壩，特拉錨生態(tài)河道工程系統(tǒng)的工程結(jié)構(gòu)主要由草皮增強(qiáng)墊、反濾墊層和特拉錨系統(tǒng)3部分構(gòu)成，可以增強(qiáng)河道抗侵蝕能力和減少植物的抗沖蝕疲勞，而生態(tài)潛壩可以在壩后形成大面積的緩流區(qū)，營(yíng)造急流和緩流交替的生境，壩后垂向水流強(qiáng)度大，有利于物質(zhì)摻混。

此外，已有研究顯示，在工程區(qū)域采用透水結(jié)構(gòu)的人工魚礁有利于魚類、底棲動(dòng)物和浮游動(dòng)物的棲息和繁殖，其形成的上升流、加速流等流態(tài)不僅擾動(dòng)底層水體，形成營(yíng)養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境，也提供緩變的流速條件供水生生物棲息，在下洛磧采砂坑的生境修復(fù)中，也可以在深潭處拋填2層人工魚礁，考慮到洛磧河段中魚類資源以4大家魚為主，魚礁設(shè)計(jì)的空腔結(jié)構(gòu)主要滿足4大家魚的棲息和活動(dòng)需求。

4 結(jié)論與建議

過(guò)去通常認(rèn)為河道采砂會(huì)對(duì)航運(yùn)和生態(tài)都造成不利影響，而通過(guò)對(duì)洛磧河段采砂坑的連續(xù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，底棲動(dòng)物和魚類都在采砂坑內(nèi)再定殖，開采地點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)得到了一定程度的恢復(fù)。由此可見，河道采砂對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響可能是局部并且短暫的，采砂作業(yè)在初期對(duì)水生生物的打擊是毀滅性的，底棲動(dòng)物和魚苗通過(guò)吸泥船之后難以存活[18]，但在經(jīng)歷采砂作業(yè)之后，底棲動(dòng)物基本都可以在坑內(nèi)重新生存繁衍，偏好淺灘生境和粗糙底質(zhì)的魚類可能會(huì)減少，但偏好精細(xì)底質(zhì)、喜靜水或低流速、淤泥耐受性強(qiáng)的魚類物種可能會(huì)增加[2,19]。但淤泥底質(zhì)使得微生境的差異性降低，物種豐富度明顯較少。

魚類能夠回遷至洛磧江段的采砂坑，主要在于采砂形成深潭，坑內(nèi)的低流速能夠滿足魚類的要求，采砂坑成為魚類的“避難所”。長(zhǎng)江上游有著充足的凋落物，岸帶向河流輸入大量的有機(jī)物，低流速使得懸浮沉積物可以隨采砂坑內(nèi)的水柱下落，成為了魚類絕佳的食物，此時(shí)河道內(nèi)的水力應(yīng)力和基質(zhì)移動(dòng)性增加，由于岸帶的水力應(yīng)力和基質(zhì)轉(zhuǎn)移性仍然較低，將會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物分布從河道向岸帶轉(zhuǎn)移[20]，魚類大多躲在采砂坑側(cè)面邊坡，這里不僅水流流速較低，并且是有機(jī)物的轉(zhuǎn)移目的地。

我國(guó)在全面禁止了長(zhǎng)江干流的采砂作業(yè)之后，采砂作業(yè)遺留下來(lái)的采砂坑仍然散布在河床上，過(guò)去對(duì)采砂坑的處理方法多為工程填埋，但這種做法實(shí)際上是對(duì)生境的二次打擊，結(jié)合洛磧江段采砂坑的調(diào)查結(jié)果和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究可知，被采砂作業(yè)破環(huán)的生境是可以自然恢復(fù)的，但恢復(fù)速度緩慢，采砂坑的自然回填可能長(zhǎng)達(dá)百年[13]。由于采砂會(huì)吸走河底的細(xì)沙，僅留下粗砂和石頭，細(xì)沙隨后會(huì)覆蓋粗砂和石頭，采砂坑內(nèi)流速大幅下降，懸浮的泥沙得以沉積，淤泥又掩埋了粗砂和石頭，導(dǎo)致采砂坑內(nèi)缺乏硬基質(zhì)，固著生物失去棲息地，生境類型恢復(fù)成采砂前已不太可能，因此需要通過(guò)人為措施來(lái)加速和幫助恢復(fù)，如今常見的生態(tài)修復(fù)方法包括構(gòu)建生態(tài)河床、構(gòu)建深潭淺灘、構(gòu)建生物棲息地等，對(duì)于已形成的采砂坑，可以結(jié)合影響魚類選擇棲息地的關(guān)鍵因子，利用現(xiàn)存采砂坑構(gòu)造出滿足魚類生存需求的生境以進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，對(duì)于這類魚類棲息地的相關(guān)研究，對(duì)于理解、構(gòu)建和維持這類棲息地的生態(tài)有著重要意義。

此外，為了預(yù)測(cè)、評(píng)估和模擬河沙開采對(duì)河道和生態(tài)環(huán)境的影響，以及開采停止后開采區(qū)的生態(tài)恢復(fù)狀況，開展中長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)計(jì)劃至關(guān)重要。