水利工程对鱼类生存环境的影响

第33卷第8期2011年8月2011，33（8）：1475-1480ResourcesScienceVol.33，No.8Aug.，2011文章编号：1007-7588（2011）08-1475-06水利工程对鱼类生存环境的影响——以近50年白洋淀鱼类变化为例1,2111,211.1001012.100049摘要：50关键词：1我国河流水库和梯级电站建设速度举世瞩目，在过去的50多年中，我国共修建了大小水库十多万座，截至2004年9月我国水电装机容量突破了1亿kW，超过了美国跃居世界首位。而南水北调等大型调水工程也早已通过论证，目前正处于实施当中[1]，西南水电大跃进式开发也已经纳入规划。我国水利水电建设的特点是速度快、数量多，人们关注的是水利、发电等明显的经济效益，缺乏长远生态平衡通盘计划，尤其是小型水库、电站星罗棋布，基本上未考虑过鱼设施，由此对鱼类产生的影响巨大。据记载，全世界共有淡水鱼9966种，而我国有1043种[2]，占10.47%，种类和数量都相当丰富。然而目前许多种类已经灭绝或濒临灭绝，《中国濒危动物红皮书·鱼类》[3]中记载了92种濒危鱼类，其中绝迹的4种鱼类有3种原因为直接筑坝，而“致危因素及现状”中明确将水利水电工程列入的有24种，占27.9%。而初步分析这一比例远低于实际状况[4]。由于鱼类营水域生活的特殊性，直接定量分析水利工程对鱼类的影响存在较大难度，相关研究也比较匮乏。相对比较而言，选择历史资料丰富的典型研究区，对水利工程建设前后鱼类的变化进行对比分析更具可行性。白洋淀作为华北平原重要的湖泊，一直是备受关注的重点区域，有着较完整的鱼类调查资料，是进行相关研究的理想场所，因此，本文首先对水利工程影响鱼类的途径和方式进行总结，然后以白洋淀为案例，通过该地区近50多年来鱼类种类的变化来反应水利工程对该区域鱼类生存环境的影响。2水利工程对鱼类的影响可以概括为直接作用和间接作用。直接作用为工程对鱼类洄游的阻隔；间接作用为由水利工程引起的自然环境，如水文条件等的变化所产生的对鱼类的影响。以下对水利工程主要的影响作用进行分析。2.1阻隔作用，即人为将水域截然分割(未修鱼道)，阻断了鱼类的自由活动，对一些在天然情况下需要通过水利工程所在河段上溯或下行的洄游性鱼类产生不利的影响[5]，使它们的生长、繁殖、摄食等正收稿日期：2011-04-24；修订日期：2011-05-11基金项目：环保部公益性行业科研专项（编号：200909057）。作者简介：陈龙，男，山西临汾人，博士生，主要研究方向为资源生态。E-mail:[e-mail]通讯作者：谢高地，E-mail:[e-mail]第33卷第8期资源科学常活动受到阻碍[1]。阻隔作用是对鱼类最重要的影响，与污染作用不同，它具有非连续性的特点，具有一处阻断、完全隔绝的特征[4]，一直是备受关注的重要方面。根据目的不同，鱼类的洄游可分为产卵洄游、索饵洄游和越冬洄游[6]，这是由鱼类本身的生理要求所决定的，反应了其对饵料丰富水域、适宜的产卵地或越冬场所的追求。而大坝等水利工程彻底改变了天然河道的自然状态，人工设置了不可逾越的屏障，一方面对生活史过程中需要大范围迁移的鱼类种类引起灾难性的后果，如中华鲟；另一方面，在上游则会淹没鱼类的天然产卵场，产浮性卵的鱼类因流速和流程不够沉淀死亡，而产粘性卵的鱼类亦因天然河道水生维管束植物的消亡失去了鱼卵赖以附着的基质而资源枯竭[7]。此外鱼类被水利工程阻隔成两个较小的群体，相互之间不能进行种质交流，遗传多样性降低，导致质量下降[8]。2.2水利工程还会改变江河湖泊的自然环境，使鱼类的生存环境发生变化，对鱼类产生间接影响，主要体现在水文条件、气体过饱和和水温等方面。2.2.1水利工程的建设会改变江河以及下游湿地的水文条件，包括水流状态、涨水过程的变化以及水位等，而鱼类的生存与这些环境条件息息相关。首先河流流速显著减缓，甚至静止，鱼群受水流条件的影响，一些适应流水性的鱼类减少或消失，取而代之的是一些适应缓流或静水的种群[9]，如龙羊峡建坝后当地主要土著鱼类明显减少，而外来鲤和鲫的数量则明显增多[8]。此外，水流变缓，河流的自净能力下降，容易截流氮磷等营养物质，产生水华现象，使鱼类“窒息而亡”[10]。其次，在水库的下游河段，一些在流水中繁殖的鱼类要求有一定程度涨水，而如果此时水库只蓄洪而不溢洪，不出现涨水过程，则会导致这些鱼类难以繁殖而至消失[5]。最后，河流上游大规模兴修水利，拦截蓄水，导致下游的湿地来水量减少，水位下降明显，可能会使鱼类产卵场干涸，影响鱼类数量，对某些深水鱼也会造成影响，如鳟鱼[9]。2.2.2气体过饱和，即水中气体（氮气、氧气等）分压总和超过大气压。水体中气体过饱和可直接导致鱼类气泡病的发生，引起鱼类的大规模死亡。而高坝是引起气体过饱和的主要因素，在泄洪过程中，高速下泄的河水将大气中的气体带入河流中，在流体静力压的作用下，空气以气泡的形式溶解到水中，使下游水域形成气体过饱和状态[11]。通常经过一定的流程后会逐渐释放而恢复到平衡状态。而如果河流上修建了一系列梯级电站，过饱和的水到达下一个梯级时尚未恢复平衡，通过溢洪道又再度溶解了过多的空气，如此反复多次，就会对鱼类产生严重影响[5]。如20世纪60年代哥伦比亚斯内克河（ColumbiaandSnakeRiver）修建了大量蓄水和水电高坝，导致大坝下游水中总气压与大气压的差值高达400mm汞柱，造成鱼类特别是大马哈鱼的大规模死亡[12]。2.2.3在蓄水较深、水流极其缓慢甚至呈静止状态的水库内，往往出现水温分层现象，底层水温低，因此水库下泄水温度比下游河流低，而鱼类的生活与水温息息相关。首先，水温变冷，水体溶氧量和水化学发生变化，影响鱼类和饵料生物的繁衍，致使鱼类区系组成发生变化[7]；其次低温水使饵料生物生长缓慢，直接影响鱼类的生长、育肥和越冬，也直接降低鱼类新陈代谢能力，使鱼类生长缓慢[7]；特别是鱼类的繁殖要求一定的水温条件，如鲤、鲫等鱼类，在春季水温上升到18℃左右时即开始产卵，而四大家鱼则是在18℃时才开始产卵，如果鱼类繁殖所要求的最低水温值出现的时间推迟，相应地鱼类繁殖季节也会推迟，甚至造成鱼类不产卵[5]。33.1白洋淀位于河北省中部（N38°43'-39°02'，E115°38'-116°07'），海河流域大清河水系中游，是我国北方最具典型和代表性的淡水湖泊湿地，总面积366km2，由143个大小不等的淀泊和3700多条沟壕组成，被誉为“华北之肾”（图1）。白洋淀流域属暖温带季风性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，多年平均气温在7.3～12.7℃,平均年积温在2993～4409℃。流域内多年平均降水量为546.2mm，多年平均水面蒸发量为1000～1200mm，蒸发量远大于降水量[13]。历史上白洋淀水域辽阔，生物繁茂，饲料充足，盛产鱼类，最高时有鱼类17科14762011年8月陈龙等：水利工程对鱼类的影响简析种[14]。然而近几十年来，在多种因素作用下，白洋淀生态环境发生了显著的变化，导致湿地生态系统严重受损，生态功能急剧退化，鱼类数量和种类迅速下降，引起了社会各界的高度关注和重视。3.2建国以来，白洋淀流域的水利工程建设，影响较大的有两个阶段[15]。第一阶段是1958年-1963年，在以蓄为主的方针指导下，在山区修建了一大批大、中、小型水库，总库容36.19亿m3，而白洋淀流域多年平均水资源总量为31.1亿m3，即将全流域的水资源全都放在水库里还不能将水库都蓄满；第二阶段为20世纪60年代中期到70年代，平原区以发展灌溉为中心的大规模机井建设，使机并保有量及地下水开采量迅速增加，1987年,年开采量已达26亿m3，比50年代增加十几亿m3。此外，1969年开挖了白沟引河，使大清河北支拒马河的水直接向南引人白洋淀，白洋淀流域面积增加了1/3。经过几十年大规模的水利工程建设，加上气候变化的影响，近20多年来，基本上已无天然径流入淀，究其原因，从流域尺度考虑，气候变化影响占总变化量的43.9%，而人类活动影响则占到56.1%[16]，其中最主要的因素就是水利工程的建设。目前，为了维持白洋淀的生态环境，在白洋淀即将出现干淀危机的时候，只有靠上游水库放水或者外流域调水，如“引黄济淀”、“引岳济淀”，来缓解淀区的生态压力[17]。3.350对白洋淀鱼类近50年的相关调查文献进行整理[18-24]，得到白洋淀鱼类完整的名录（见表1），共11目18科55属63种，以中国江河平原区系复合体为主，其中鲤科38种，占绝对优势。历次调查所得种类数与平均入淀水量见图2，可以看出白洋淀鱼类总数与入淀水量变化趋势几乎一致，总体呈下降趋势。郑葆珊等[18]于1958年调查共得11目17科50属54种，此时因水利工程尚未开始大规模兴建，白洋淀有数条支流，50年代平均入淀水量为18.27亿m3，入淀水量极为丰富，又以大清河作为出口，与海河相通，淀内水生植物、浮游生物和底栖动物繁茂，鱼的种类和数量都很丰富，尚存在洄游性的鱼类，如鲻科(Mullet)、鳗鲡科(Anguillidae)等，反应了上游水库调蓄作用前的情况，比较接近自然状况，调查结果可以作为该区域背景值。由于1958年-1960年在入淀河系上游相继建库拦洪，仅100万m3容量的水库就有10个，如王快、西大洋、横山岭水库等，小型水库134座，总库容量36.19亿m3。超过了流域多年平均径流量23.66亿m3(1956年-2005年)[27]。对建库前后典型年水量比较可以看出（表2），在同样的降水条件下，建库前和建库后的入淀水量有显著区别。在年降水量相似的情况下，1957年入淀水量是1968年的三倍之多，图1白洋淀流域水系及主要水库分布图Fig.1RiversystemandmainreservoirofBaiyangdianwatershed注：图中鱼类种数数据来源于文献[18~24]；入淀水量数据来源于文献[25,26]，并加以整理，为10年平均入淀水量。图2白洋淀近50年来鱼类种数及入淀水量变化Fig.2Thechangeoffishspeciesandwaterquantityflowedintolakeover50yearsinBaiyangdianlake1477第33卷第8期资源科学；而1988年的降水量在近乎两倍于1957年的情况下，其入淀量才与之相当。因此上游的拦洪建库加上大清河下游筑坝和围水造田，已经彻底改变了白洋淀原来的环境条件。不但阻截了顺河入淀的鱼类，切断了洄游鱼类的入淀通道。而且使得白洋淀除汛期排洪外，很少有水入淀，20世纪70年代平均入淀量为11.43亿m3，较50年代下降了37%。因此，在这种情况下，1975年-1976年调查仅得到35种鱼类[19]，所减少的主要是沿海河溯水入淀和上游河流产卵入淀的鱼类，如鰻鲡、梭鱼、银鱼、鳡、赤眼鳟和青鱼等。进入80年代后，上游生活、灌溉用水大幅增加，入淀水量持续下降，平均仅为2.77亿m3，甚至在1983年-1988年连续干淀，导致环境进一步恶化，鱼类资源遭到严重破坏，在1988年8月重新蓄水后，1989年-1991年的两次调查分别仅得到24种鱼类[20,21]，为历次调查最低值；经过数年的恢复，到2001年-2002年调查得到33种[22]，但仍然没有洄游性的鱼类。最近的一次调查为2007年-2009年[24]，仅仅得到鱼类7目11科25种，且很多为人工养殖种类，与1958年调查结果相差甚远，除了洄游性的鱼类，一些大型的经济鱼类也相继消失。为统计淀内现有鱼类种类与灭绝种类的数量，对2000年以来的三次调查结果进行综合统计以避免单次调查的疏漏[22-24]，将结果作为现存鱼类，与整理的名录进行对比，未出现的种类视为在淀内灭绝，结果见附表，