戴凌全，王 煜，湯正陽(yáng)，戴會(huì)超,，任玉峰，常曼琪，吳 倩，毛勁喬

(1:中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司智慧長(zhǎng)江與水電科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，宜昌 443133)(2:中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境工程研究中心，北京 100038)(3:三峽大學(xué)三峽水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)湖北省野外科學(xué)觀測(cè)研究站，宜昌 443002)(4:河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098)

洞庭湖處于東亞-澳大利西亞遷飛區(qū)上，廣袤的濕地是越冬水鳥(niǎo)的理想棲息地，可為水鳥(niǎo)提供充足的食物資源以保證其生存的基本條件[1-2].區(qū)域內(nèi)水鳥(niǎo)具有種類多、數(shù)量大、珍稀瀕危程度高等特點(diǎn)，目前已知越冬水鳥(niǎo)共有7目12科53種，其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類3種，二級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類4 種[3].鶴類是洞庭湖區(qū)重要的瀕危越冬水鳥(niǎo)，目前存在白鶴(Grusleucogeranus)、白頭鶴(G.monacha)、白枕鶴(G.vipio)、灰鶴(G.grus)和蓑羽鶴(G.virgo)5種鶴類.對(duì)以沉水植物為主要食物來(lái)源的鶴類而言，湖泊水深是影響鶴類攝食可及性的決定性因子之一.鶴類作為大型水禽，其攝食對(duì)水深變化非常敏感，高水深下鶴類的攝食范圍、頻率將有不同程度的降低，而過(guò)低水深條件下鶴類喜好的食物易枯死，且泥灘表面基質(zhì)干燥也妨礙鶴類正常取食.此外，水深變化節(jié)律直接影響到洲灘濕地淹沒(méi)和出露日期及持續(xù)時(shí)間，對(duì)鶴類食物資源的產(chǎn)量和分布產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而對(duì)鶴類的數(shù)量和分布構(gòu)成較大影響[4].進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，受氣候變化、水利工程運(yùn)行、楊樹(shù)(Populusdeltoides)大面積種植等多重因素的影響，洞庭湖水文節(jié)律發(fā)生了明顯變化[5-9]，枯水期湖泊水位下降、水域面積縮小、調(diào)蓄能力減弱，對(duì)越冬水鳥(niǎo)生境造成不利影響[10-12]，因此采取有效措施保障越冬水鳥(niǎo)水位需求已成為棲息地保護(hù)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題[13].維持洞庭湖適宜水位可采取工程方案和非工程方案，其中工程方案包括城陵磯建閘、三口建閘等[14-15]，但工程方案是否對(duì)洞庭湖生態(tài)產(chǎn)生不利影響，目前仍在論證階段[16-17].非工程方案包括保護(hù)區(qū)核心區(qū)楊樹(shù)的清理，截止2020年底核心區(qū)楊樹(shù)清理完畢，同時(shí)清理跡地的生態(tài)修復(fù)工作也正在逐步開(kāi)展，主要包括封溝育洲、恢復(fù)洲灘植被、種植沉水植物等.此外，隨著三峽水庫(kù)調(diào)度規(guī)程的逐步完善，通過(guò)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)控對(duì)洞庭湖補(bǔ)水的非工程方案正受到各方的高度重視，然而由于三峽水庫(kù)不同出庫(kù)流量條件下洞庭湖珍稀水鳥(niǎo)攝食棲息地面積演變規(guī)律尚不明確，因此，量化三峽水庫(kù)不同出庫(kù)流量對(duì)水鳥(niǎo)攝食棲息生境的影響是開(kāi)展補(bǔ)水調(diào)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié).

洞庭湖水鳥(niǎo)越冬棲息地主要分為兩類：休息棲息地和攝食棲息地[18]，水鳥(niǎo)找到合適的生存環(huán)境時(shí)，不僅要考慮環(huán)境是否適合休息嬉戲，更要考慮能否方便的獲得食物資源[19].國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于休息棲息地開(kāi)展了卓有成效的研究，多通過(guò)遙感解譯獲得不同水位下的生境面積，如關(guān)蕾等以衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，運(yùn)用遙感技術(shù)解譯洞庭湖內(nèi)泥灘、草洲等水鳥(niǎo)休息棲息地分布狀況[20]，周延等采用衛(wèi)星圖片提取東洞庭湖不同時(shí)期濕地景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)，分析了鶴類種群動(dòng)態(tài)與濕地景觀格局之間的關(guān)聯(lián)[21]，梁婕等在洞庭湖適宜生態(tài)水位的基礎(chǔ)上，基于中分辨率成像光譜儀(MODIS)影像數(shù)據(jù)分析了洞庭湖水體濕地和洲灘濕地的面積變化趨勢(shì)[22].洞庭湖濕地為越冬水鳥(niǎo)提供了豐富的食物和休息場(chǎng)所，從食性分析來(lái)看，鶴類的主要食物為沉水植物的冬芽，湖泊水深是鶴類攝食可及性的決定性因子之一[23].棲息地面積可以反映生物平面生存空間，但無(wú)法表征不同區(qū)域水深空間分布特征及獲取食物的概率，因此在評(píng)判湖泊棲息地質(zhì)量時(shí)，不僅要關(guān)注面積的大小，還應(yīng)考慮不同生物對(duì)水深的需求[24-26].相比于遙感解譯的不足，考慮目標(biāo)物種攝食對(duì)水深需求的物理?xiàng)⒌啬Ｐ?PHABSIM模型)可獲得不同水文條件下大量的生境水動(dòng)力特征數(shù)據(jù)，從而提高棲息地生境變化規(guī)律的確定性，但目前采用物理?xiàng)⒌啬Ｐ蛷乃B(niǎo)攝食可及性所需的水動(dòng)力條件角度確定洞庭湖候鳥(niǎo)棲息地面積方面的成果還較少.

本文以越冬白鶴重要的棲息地洞庭湖為研究區(qū)域，構(gòu)建白鶴攝食水動(dòng)力生境需求的物理?xiàng)⒌啬Ｐ?，闡明三峽水庫(kù)枯水期不同補(bǔ)水流量下洞庭湖白鶴攝食棲息地面積變化規(guī)律.研究成果有助于更深入了解白鶴的攝食行為和水動(dòng)力因子的關(guān)系，可為改善洞庭湖白鶴攝食棲息地的三峽水庫(kù)枯水期補(bǔ)水調(diào)度方案的制定提供理論基礎(chǔ)，進(jìn)而為珍稀候鳥(niǎo)的保護(hù)和管理提供參考資料.

1 研究區(qū)域概況

洞庭湖屬于季節(jié)性湖泊，4月水位開(kāi)始上漲，7-8月達(dá)到最高，最大水域面積超過(guò)2500 km2，11月-次年3月為枯水期，最小水域面積不足500 km2，城陵磯站多年最大水位變幅達(dá)18.77 m[27].當(dāng)城陵磯水位降至28.0 m時(shí)，自西南向東北逐漸形成一個(gè)傾斜的水面，當(dāng)城陵磯水位低于24.0 m時(shí)，洞庭湖形成西洞庭湖、南洞庭湖(包含橫嶺湖)、東洞庭湖3個(gè)不同的湖區(qū)[28]，研究區(qū)域如圖1所示.

圖1 洞庭湖位置及自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)示意

洞庭湖年內(nèi)巨大的水位差異為洲灘濕地的發(fā)育提供了良好的水文條件，為越冬水鳥(niǎo)提供了豐富的食物來(lái)源，每年冬季有大量來(lái)自西伯利亞和蒙古等地的水鳥(niǎo)來(lái)此越冬[29].為維持洞庭湖適宜的濕地面積，共建立了4個(gè)不同級(jí)別的自然保護(hù)區(qū)[30]：東洞庭湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、西洞庭湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、南洞庭湖省級(jí)自然保護(hù)區(qū)和橫嶺湖省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(圖1)，保護(hù)對(duì)象均以濕地生態(tài)系統(tǒng)和珍稀水禽為主，保護(hù)區(qū)基本情況如表1所示.

表1 洞庭湖自然保護(hù)區(qū)基本情況

2 材料與方法

2.1 物理?xiàng)⒌啬Ｐ?/h3>

物理?xiàng)⒌啬Ｐ?physical habitat simulation model，PHABSIM模型)分為水動(dòng)力模型(hydrodynamic model)和棲息地模型(habitat model)兩部分，水動(dòng)力模型計(jì)算棲息地水位、水深及流速分布，棲息地模型將目標(biāo)物種對(duì)棲息地的偏好性和生境因子之間的關(guān)系進(jìn)行量化，根據(jù)不同流量下計(jì)算得到的水動(dòng)力分布特征找出對(duì)應(yīng)的棲息地生境適宜度指數(shù)(habitat suitability index，HSI)，賦予各自權(quán)重后計(jì)算出可使用的棲息地面積.與其他方法相比，PHABSIM模型考慮了生物本身對(duì)物理生境的要求，被認(rèn)為是生態(tài)流量計(jì)算中最具科學(xué)依據(jù)的方法之一.具體步驟如下：

1)收集目標(biāo)物種棲息時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)量以及對(duì)應(yīng)的水動(dòng)力條件；2)遴選關(guān)鍵生境因子，將棲息地適宜性指標(biāo)與目標(biāo)物種生境的水動(dòng)力影響因子關(guān)聯(lián)，量化目標(biāo)物種對(duì)棲息地水動(dòng)力因素的偏好程度，繪制目標(biāo)物種水動(dòng)力生境適宜性曲線；3)建立目標(biāo)物種棲息地的水動(dòng)力學(xué)模型，以不同流量為邊界條件模擬目標(biāo)物種棲息地水動(dòng)力分布的空間特征；4)將目標(biāo)物種生境適宜性曲線輸入棲息地模型，得到影響因子的棲息地適宜度指數(shù)，結(jié)合水動(dòng)力模型模擬的水動(dòng)力分布特征計(jì)算棲息地的加權(quán)可利用面積，計(jì)算方法如下：

(1)

式中,WUA為目標(biāo)物種的加權(quán)可利用面積，km2；n為網(wǎng)格單元的數(shù)量；HSIi是第i個(gè)網(wǎng)格單元的棲息地生境適宜度指數(shù)；Hi是第i個(gè)網(wǎng)格單元水體的水深，m；Ai是第i個(gè)網(wǎng)格單元水域的面積，km2.

2.2 白鶴攝食生境適宜性曲線的構(gòu)建

攝食生境適宜度曲線的構(gòu)建采用棲息地模型，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)生境因子的偏好與生境因子之間關(guān)系的連續(xù)曲線，定量描述物種在該條件下的生存質(zhì)量.目標(biāo)物種對(duì)生境因子的偏好設(shè)定在0～1之間，曲線峰值代表生物對(duì)該因子的最適宜值[31].白鶴又名西伯利亞鶴(Siberian crane)，全球數(shù)量?jī)H有3500～4000只，已被世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)紅色名錄列為極瀕等級(jí).白鶴僅在西伯利亞靠近北極圈附近繁殖[32]，在長(zhǎng)江中下游及以南地區(qū)越冬，其中在中國(guó)越冬的白鶴數(shù)量約占全球的90%[6,33]，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的通江湖泊鄱陽(yáng)湖是白鶴主要的越冬棲息地，而洞庭湖也是白鶴重要的棲息地之一[34-35].根據(jù)自然保護(hù)區(qū)管理局、公開(kāi)權(quán)威報(bào)道及已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[36]，每年在洞庭湖均能發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的白鶴(表2)，根據(jù)對(duì)白鶴出現(xiàn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，白鶴越冬時(shí)間為10月-次年4月，一般在1月中旬達(dá)到峰值，因此研究時(shí)間集中在1月中旬.

表2 洞庭湖2006-2020年白鶴數(shù)量變化及分布

白鶴攝食棲息地選擇與水深、食物數(shù)量密切相關(guān)，其中水深不但決定攝食棲息地是否可以被白鶴利用，還能影響白鶴的取食行為和取食能耗，因此選擇水深作為白鶴攝食的關(guān)鍵水動(dòng)力因子.根據(jù)對(duì)白鶴食性的觀察和分析，沉水植物苦草(Vallisnerianatans)的冬芽是白鶴越冬的主要食物來(lái)源.苦草隸屬于沉水植物的水鱉科，是多年生、蓮座型沉水草本植物.苦草是洞庭湖濕地分布范圍最廣、面積最大的典型沉水植物種類之一，主要分布在淺水洼地[37].白鶴取食時(shí)通過(guò)喙部高頻率挖掘底泥尋覓冬芽，對(duì)于基質(zhì)干燥的區(qū)域，白鶴需消耗太多體力或無(wú)法取食.根據(jù)白鶴身體各部位的平均長(zhǎng)度和取食時(shí)喙、頭、頸沒(méi)入水中的比例估算白鶴取食適宜的水深是20～30 cm，當(dāng)水深超過(guò)30 cm時(shí)取食效率與水深呈反比，當(dāng)水深超過(guò)60 cm時(shí)白鶴發(fā)現(xiàn)食物非常困難且無(wú)法落腳[24]，根據(jù)白鶴攝食水動(dòng)力條件[38-39]，制定洞庭湖白鶴攝食的水深適宜度曲線(圖2).

圖2 洞庭湖白鶴攝食水深-適宜度曲線

2.3 白鶴棲息地水動(dòng)力模型的構(gòu)建與驗(yàn)證

為分析白鶴棲息地水動(dòng)力分布特征，基于MIKE Flood構(gòu)建了涵蓋長(zhǎng)江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾閭河段的江湖一體化耦合水動(dòng)力模型.長(zhǎng)江干流、三口河系、四水尾閭河段采用一維模型，洞庭湖及江湖交匯區(qū)采用二維模型，長(zhǎng)江干流河段5～10 km布設(shè)一個(gè)斷面，三口河系及四水尾閭河段平均10 km布設(shè)一個(gè)斷面.根據(jù)洞庭湖歷史水文資料確定湖區(qū)最高水位淹沒(méi)邊界，據(jù)此設(shè)定二維模型的計(jì)算范圍.根據(jù)邊界和地形數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格，洞庭湖枯水期呈現(xiàn)明顯的“河相”，水流只在河道深槽中流動(dòng)，大部分洲灘濕地顯露[40]，為了精確反映洞庭湖特殊的地形，提高模型的精度，二維模型采用非結(jié)構(gòu)不規(guī)則的三角形網(wǎng)格對(duì)湖區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小根據(jù)地形的空間分布等確定，對(duì)湖區(qū)主河槽網(wǎng)格進(jìn)行加密.地形邊界采用長(zhǎng)江干流、三口、四水尾閭河道地形(2018年)和洞庭湖1∶5000 實(shí)測(cè)水下地形(2011年)，洞庭湖地形及網(wǎng)格劃分示意圖如圖 3所示，可見(jiàn)模型所用網(wǎng)格清晰地描述了河槽(藍(lán)色)、灘地(淺黃色)、島嶼(紅色)等地形的變化.根據(jù)上述原則并兼顧計(jì)算時(shí)間，網(wǎng)格按最大面積不超過(guò)0.1 km2生成，最終生成網(wǎng)格數(shù)量49164個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量27189個(gè).

圖3 洞庭湖地形及網(wǎng)格劃分示意圖

由于研究時(shí)段集中在枯水期1月份，因此采用2020年1月1日-31日實(shí)測(cè)的長(zhǎng)江干流及洞庭湖水位數(shù)據(jù)對(duì)水動(dòng)力模型的參數(shù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證.模型邊界包括水文邊界和地形邊界，其中水文邊界包括三峽水庫(kù)出庫(kù)流量、清江流量(高壩洲站)、四水入湖控制站流量(湘潭、桃江、桃源和石龜山)，上游邊界采用各水文站點(diǎn)日平均流量過(guò)程(圖4)，下游邊界條件采用2010-2020年螺山站水位-流量關(guān)系曲線(圖 5).因此只需給定三峽水庫(kù)下泄流量、清江流量、四水流量即可計(jì)算出整個(gè)區(qū)域內(nèi)部的水位、流量、流速等水動(dòng)力參數(shù)的時(shí)空變化過(guò)程.綜合考慮模型穩(wěn)定性及計(jì)算效率等因素，設(shè)定一維模型時(shí)間步長(zhǎng)為10 s，二維模型最大計(jì)算步長(zhǎng)為5 s、最小計(jì)算步長(zhǎng)為0.1 s，步長(zhǎng)可根據(jù)流量與地形條件自動(dòng)調(diào)整.

圖4 上游邊界流量過(guò)程

圖5 螺山站水位-流量關(guān)系曲線

模型的主要參數(shù)為曼寧糙率系數(shù)，糙率是水動(dòng)力學(xué)模型最重要且較為敏感的計(jì)算參數(shù)，反映了河湖底部及岸坡、湖區(qū)地表影響水流阻力的綜合系數(shù).以長(zhǎng)江干流及洞庭湖主要站點(diǎn)水位為特征值率定模型，長(zhǎng)江干流選取宜昌、枝城、沙市、監(jiān)利為率定點(diǎn)，洞庭湖選取城陵磯、鹿角、楊柳潭、南咀為率定點(diǎn)(圖3).主要水文站點(diǎn)水位率定結(jié)果如圖6所示，從圖可以看出各站點(diǎn)水位計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)水位基本一致，一維模型計(jì)算的長(zhǎng)江干流4個(gè)水文站的水位模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)水位吻合較好，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的平均絕對(duì)誤差(mean absolute error,MAE)為0.18 m，最大絕對(duì)誤差為0.29 m，相對(duì)誤差(relative error,RE)不超過(guò)5.0%.洞庭湖出口城陵磯站和西洞庭湖南咀站模擬效果較好，而東洞庭湖鹿角站、南洞庭湖楊柳潭站模擬效果略差，分析其

圖6 長(zhǎng)江干流及洞庭湖水文站點(diǎn)實(shí)測(cè)水位與計(jì)算水位對(duì)比

原因是城陵磯水位受長(zhǎng)江干流水位影響明顯，干流流量在枯水期保持穩(wěn)定，南咀站水位主要受澧水及三口之一的松滋河影響，在枯水期流量較小且穩(wěn)定，而洞庭湖內(nèi)部站點(diǎn)受四水影響更為復(fù)雜，因此離干流較遠(yuǎn)的鹿角站和楊柳潭站模擬效果相對(duì)較差，但相對(duì)誤差也控制在8.0%以內(nèi).總體來(lái)看所建立的水動(dòng)力模型的計(jì)算誤差均在可接受范圍內(nèi)，滿足計(jì)算要求.通過(guò)率定和驗(yàn)證，河道糙率取值在0.023～0.029之間，湖底糙率在0.029～0.041之間.

3 結(jié)果與討論

根據(jù)《三峽(正常運(yùn)行期)-葛洲壩水利樞紐梯級(jí)調(diào)度規(guī)程》(2019年修訂版)規(guī)定：1月三峽水庫(kù)增大下泄流量，水庫(kù)水位從正常蓄水位175 m開(kāi)始下降，6 月上旬降至防洪汛限水位145 m.為分析三峽水庫(kù)不同出庫(kù)流量對(duì)洞庭湖水位及白鶴攝食棲息地的影響，分別計(jì)算水庫(kù)蓄水前后不同代表性出庫(kù)流量條件下的棲息地加權(quán)可利用面積.根據(jù)1988-2002年三峽水庫(kù)蓄水前宜昌站1月中旬流量統(tǒng)計(jì)：最小流量為3740 m3/s(1997年)，最大流量為5280 m3/s(2001年)，平均流量為4300 m3/s.2010年三峽水庫(kù)首次蓄水至正常蓄水位175 m，根據(jù)2011-2020年出庫(kù)流量統(tǒng)計(jì)，1月中旬出庫(kù)流量最小值為5960 m3/s(2015年)，最大值為9227.5 m3/s(2019年)，平均出庫(kù)流量為7000 m3/s，據(jù)此設(shè)定三峽水庫(kù)運(yùn)行后可能出庫(kù)流量范圍為5500～9500 m3/s，并以500 m3/s為流量間隔作為模擬出庫(kù)流量.根據(jù)1988-2002年清江及四水1月中旬流量統(tǒng)計(jì)，清江、湘江、資水、沅江、澧水1月中旬最小流量分別為37.52、636.14、188.74、520.53、158.92 m3/s，平均流量分別為77.18、1000.80、446.40、754.60、228.50 m3/s，最大流量分別為95.42、1630.15、786.57、1213.62、295.97 m3/s.取3種典型工況進(jìn)行對(duì)比展示：(1)長(zhǎng)江干流宜昌站流量為3740 m3/s，代表三峽水庫(kù)運(yùn)行前1月中旬最小出庫(kù)流量，對(duì)應(yīng)的清江及四水流量取1月中旬最小流量；(2)長(zhǎng)江干流宜昌站流量為5280 m3/s，代表三峽水庫(kù)運(yùn)行前1月中旬最大出庫(kù)流量以及三峽水庫(kù)運(yùn)行后1月中旬最小出庫(kù)流量，對(duì)應(yīng)的清江及四水流量取1月中旬同頻率流量；(3)三峽水庫(kù)出庫(kù)流量為9500 m3/s，代表三峽水庫(kù)運(yùn)行后1月中旬最大出庫(kù)流量，對(duì)應(yīng)的清江及四水流量取1月中旬最大流量.

3.1 三峽水庫(kù)不同出庫(kù)流量下洞庭湖水位空間分布格局

三峽水庫(kù)不同典型工況出庫(kù)流量下洞庭湖水位的空間分布如圖7所示，當(dāng)水庫(kù)出庫(kù)流量為3740 m3/s時(shí)，城陵磯、鹿角、楊柳潭、南咀的水位分別為20.31、21.63、27.43、31.58 m.當(dāng)水庫(kù)出庫(kù)流量為5280 m3/s時(shí)，城陵磯、鹿角、楊柳潭、南咀的水位分別為20.64、22.26、27.64、31.28 m.當(dāng)出庫(kù)流量為9500 m3/s時(shí)，城陵磯、鹿角、楊柳潭、南咀的水位分別為21.64、22.46、27.94、31.67 m.從水位增幅的空間分布來(lái)看，三峽水庫(kù)運(yùn)行后增加下泄流量對(duì)洞庭湖水位的提高主要集中在東洞庭湖北部，城陵磯水位最大提高1.33 m，而鹿角、楊柳潭、南咀水位最大分別提高0.83、0.51、0.39m.由此可見(jiàn)，枯水期1月中旬三峽水庫(kù)增加出庫(kù)流量時(shí)，洞庭湖水位比水庫(kù)運(yùn)行前有所升高，但受洞庭湖西高東低地形的影響，水庫(kù)增加出庫(kù)流量對(duì)東洞庭湖北部的水位提升起到明顯的作用，而對(duì)于南洞庭湖楊柳潭站和西洞庭湖的南咀站作用較小，因此可以認(rèn)為三峽水庫(kù)枯水期增加下泄流量對(duì)于維持東洞庭湖水位作用明顯，但對(duì)南洞庭湖和西洞庭湖而言作用有限.

圖7 三峽水庫(kù)不同典型出庫(kù)流量下洞庭湖水位空間分布

3.2 洞庭湖水深變化對(duì)白鶴攝食棲息地適宜度指數(shù)的影響

圖8顯示了三峽水庫(kù)不同典型出庫(kù)流量下洞庭湖白鶴攝食棲息地適宜度指數(shù)空間分布特征，其中顏色越接近于紅色表示適宜度越大，越接近藍(lán)色表示適宜度越小.三峽水庫(kù)運(yùn)行前長(zhǎng)江宜昌站流量為 3740 m3/s，洞庭湖白鶴攝食棲息地平均水深為1.03 m，不同區(qū)域的平均適宜度指數(shù)為0.034；當(dāng)水庫(kù)出庫(kù)流量為5280 m3/s時(shí)，攝食棲息地平均水深為1.21 m，不同區(qū)域的適宜度指數(shù)較小，平均值為0.040；當(dāng)出庫(kù)流量為9500 m3/s時(shí)，棲息地平均水深為1.50 m，水深適宜度指數(shù)平均值達(dá)到0.043.從空間分布來(lái)看，適宜度指數(shù)較高的區(qū)域主要分布在南洞庭湖南部和西洞庭湖南部，此區(qū)域地勢(shì)平坦，形成了大面積的淺水區(qū)域，而東洞庭湖在枯水期呈“河相”，水流只在河槽中流動(dòng)，水深增加對(duì)棲息地適宜度指數(shù)影響較小.

圖8 三峽水庫(kù)不同典型出庫(kù)流量下洞庭湖適宜度指數(shù)空間分布

3.3 三峽水庫(kù)不同出庫(kù)流量對(duì)白鶴攝食棲息地面積的影響

適宜度指數(shù)直接影響白鶴攝食棲息地加權(quán)可利用面積的大小，基于構(gòu)建的PHABSIM模型得到不同出庫(kù)流量對(duì)應(yīng)的洞庭湖白鶴攝食棲息地加權(quán)可利用面積如圖9所示.由圖可知三峽水庫(kù)運(yùn)行后出庫(kù)流量由小變大的過(guò)程中，洞庭湖白鶴攝食棲息地的加權(quán)可利用面積總體呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢(shì).三峽水庫(kù)出庫(kù)流量為3740 m3/s時(shí)，棲息地加權(quán)可利用面積101.40 km2；三峽水庫(kù)出庫(kù)流量為5280 m3/s時(shí)，棲息地加權(quán)可利用面積113.44 km2；當(dāng)出庫(kù)流量在6000～9500 m3/s之間時(shí)，加權(quán)可利用面積逐步增大；出庫(kù)流量為9500 m3/s，加權(quán)可利用面積為121.84 km2.由此可見(jiàn)三峽水庫(kù)運(yùn)行后洞庭湖白鶴攝食棲息地面積最大增加20.44 km2，對(duì)應(yīng)的增幅為20.16%，說(shuō)明水庫(kù)運(yùn)行后洞庭湖枯水期白鶴潛在的攝食棲息地適宜生境面積隨著三峽水庫(kù)出庫(kù)流量的增加呈增大的趨勢(shì)，從而印證了三峽水庫(kù)補(bǔ)水調(diào)度的積極作用.

圖9 三峽水庫(kù)出庫(kù)流量與棲息地加權(quán)可利用面積的關(guān)系

洞庭湖不同湖區(qū)攝食棲息地加權(quán)可利用面積對(duì)三峽水庫(kù)出庫(kù)流量的響應(yīng)關(guān)系如圖10所示，不同湖區(qū)加權(quán)可利用面積總體保持相對(duì)穩(wěn)定并呈逐步增大的趨勢(shì).三峽水庫(kù)蓄水前當(dāng)長(zhǎng)江宜昌站流量為3740 m3/s時(shí)，東洞庭湖攝食棲息地加權(quán)可利用面積僅為7.49 km2，當(dāng)三峽水庫(kù)出庫(kù)流量為5280 m3/s，攝食棲息地加權(quán)可利用面積持續(xù)增大，達(dá)到9.28 km2，隨著出庫(kù)流量的繼續(xù)增大，加權(quán)可利用面積逐步增大，當(dāng)流量為9500 m3/s 時(shí)，加權(quán)可利用面積達(dá)到9.86 km2.對(duì)于南洞庭湖(含橫嶺湖)，加權(quán)可利用面積變化趨勢(shì)與東洞庭湖一致，當(dāng)流量為3740 m3/s時(shí)，南洞庭湖白鶴攝食棲息地加權(quán)可利用面積為47.37 km2，當(dāng)出庫(kù)流量為9500 m3/s時(shí)，棲息地加權(quán)可利用面積達(dá)到最大，為60.34 km2.西洞庭主要由沅江、澧水及三口河系的松滋河匯聚而成，隨著三峽水庫(kù)出庫(kù)流量的增加，松滋口分流量增加幅度較小，根據(jù)水動(dòng)力模型計(jì)算結(jié)果：出庫(kù)流量由5280 m3/s增加至9500 m3/s時(shí)，松滋河分流量增加20.8 m3/s，達(dá)到63.2 m3/s，白鶴攝食所需的加權(quán)可利用面積呈緩慢增大的趨勢(shì).由圖 10也可看出，洞庭湖白鶴攝食棲息地加權(quán)可利用面積主要分布在南洞庭湖和西洞庭湖，兩者之和占總面積的90%以上，從白鶴數(shù)量分布來(lái)看，主要分布在南洞庭湖和西洞庭湖濕地，也正說(shuō)明廣袤的淺水區(qū)域?yàn)榘Q攝食提供了良好的條件.

圖10 洞庭湖不同湖區(qū)白鶴攝食棲息地面積變化趨勢(shì)

4 結(jié)論

本文以洞庭湖珍稀越冬水鳥(niǎo)——白鶴作為指示性候鳥(niǎo)，以水深作為白鶴攝食的關(guān)鍵生境因子，構(gòu)建針對(duì)洞庭湖枯水期越冬白鶴攝食的物理?xiàng)⒌啬Ｐ?，?duì)三峽水庫(kù)運(yùn)行前后不同出庫(kù)流量條件下洞庭湖枯水期白鶴潛在生境面積變化進(jìn)行模擬.

1)三峽水庫(kù)運(yùn)行后1月中旬出庫(kù)流量范圍在5280～9500 m3/s，洞庭湖城陵磯、鹿角、楊柳潭、南咀水位最大提高分別為1.33、0.83、0.51、0.39 m，說(shuō)明三峽水庫(kù)增加出庫(kù)流量對(duì)洞庭湖水位的影響主要集中在東洞庭湖北部，對(duì)其它湖區(qū)影響相對(duì)較小.

2)三峽水庫(kù)出庫(kù)流量由小變大的過(guò)程中，白鶴攝食棲息地的加權(quán)可利用面積總體呈現(xiàn)逐步增大的趨勢(shì)，棲息地面積維持在101.40～121.84 km2之間，最大值與最小值差值為20.44 km2，對(duì)應(yīng)的增幅為20.16%.

3)不同湖區(qū)加權(quán)可利用面積隨著三峽出庫(kù)流量的增加均呈逐漸增大的趨勢(shì)，洞庭湖白鶴攝食棲息地主要分布在南洞庭湖和西洞庭湖，兩者之和占總面積的90%以上.

維持洞庭湖枯水期適宜水位的措施除了三峽水庫(kù)補(bǔ)水調(diào)度外，還應(yīng)在楊樹(shù)清理工作完成后持續(xù)開(kāi)展?jié)竦厣鷳B(tài)恢復(fù).此外，白鶴在數(shù)量還受歷史棲息地選擇、忠誠(chéng)度、食物資源、人類干擾、湖床底質(zhì)等多種因素共同影響，水深僅是白鶴攝食棲息地的限制性生境因子之一，后續(xù)的研究將沿著“水文、氣候等脅迫-棲息地生境(食物、攝食可及性)-水鳥(niǎo)數(shù)量及分布”這一思路，構(gòu)建多種關(guān)鍵生境因子共同作用下的棲息地模型，詳細(xì)全面評(píng)估棲息地質(zhì)量的演變特征，可為通過(guò)三峽水庫(kù)生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度改善白鶴等更多洞庭湖越冬水鳥(niǎo)的棲息地生境提供重要的科學(xué)依據(jù).