拋石噪聲特性及其對長江江豚的可能影響

居 濤，張?zhí)熨n，王志陶，謝 燕，鄭超蕙，王克雄，王 丁

(1. 中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北武漢 430072;2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049;3. 交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028)

0 引 言

鯨類動物是高度依賴聲音進(jìn)行導(dǎo)航、交流、覓食等生存活動的水生物種。隨著水環(huán)境中人類活動，諸如航運(yùn)、聲吶、打樁等[1]的加劇，水體噪聲污染對于鯨類等水生哺乳動物的影響正在引起人們越來越多的關(guān)注[2-3]。Bailey[4]等人研究了近岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組施工時的打樁噪聲，結(jié)果表明在距離打樁點 100 m范圍內(nèi)的噪聲可能造成瓶鼻海豚(Tursiops truncatus)的聽覺損傷，即使是在距離打樁點50 km之外的海域，打樁噪聲仍可能會干擾瓶鼻海豚的行為。Tougaard[5]等發(fā)現(xiàn)在打樁噪聲可影響范圍的港灣鼠海豚(Phocoena phocoena)的發(fā)聲行為，其發(fā)聲行為減少，直至打樁結(jié)束后48 h才可恢復(fù)到打樁前的水平。李松海[6]等通過對廣西三娘灣的觀豚快艇噪聲研究發(fā)現(xiàn)，快艇高速行駛時會產(chǎn)生頻率大于100 kHz的高頻噪聲，并可能對中華白海豚(Sousa chinensis)的聲信號造成掩蔽。

長江流域人工水下噪聲研究也已有一些工作，如王振太[7]等報道了洞庭湖內(nèi)作業(yè)中的采砂船噪聲，其聲源級范圍在150～170 dB re 1μPa(后文聲壓級的單位均簡寫為dB)且能量主要集中在1 kHz以下。時文靜[8]等研究了長江洪湖段的打樁噪聲，報道其聲源級可達(dá)205.4±2.6 dB。張?zhí)熨n[9]等研究了石首天鵝洲保護(hù)區(qū)內(nèi)常見的小型快艇噪聲，發(fā)現(xiàn)其在高速航行狀態(tài)下，大于10 kHz的高頻聲壓級可達(dá)130 dB。

長江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)是白鱀豚(Lipotes vexillifer)功能性滅絕后長江中僅存的鯨類[10]，僅分布于長江中下游干流及兩大通江湖泊——洞庭湖和鄱陽湖。2012年底的調(diào)查結(jié)果表明，長江江豚種群數(shù)量大約僅為 1040頭，且呈加速下降：長江干流的江豚種群數(shù)量在2006年之前的年下降速率約為 6.4%，而到了2006～2012年間，年下降速率達(dá)13.7%[11-12]。基于種群動態(tài)模型的預(yù)測結(jié)果顯示，如果長江流域棲息地條件得不到顯著改善，且長江江豚保護(hù)又沒能取得明顯效果，長江江豚在未來 10余年內(nèi)存在較高的滅絕風(fēng)險[13]。長江江豚目前仍屬國家二級保護(hù)野生動物，2014年底，農(nóng)業(yè)部已發(fā)文要求各漁業(yè)主管部門，按照國家一級重點保護(hù)野生動物的保護(hù)要求，對長江江豚實施最嚴(yán)格的保護(hù)和管理措施。

廣義的拋石是指拋投塊石、卵石等人工或天然石料，在指定區(qū)域鋪砌形成符合一定設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)體，并使其具備某種功能的施工方法[14]。在長江航道整治應(yīng)用方面，拋石可表述為在河岸或河底拋填質(zhì)地堅硬、裂隙較少、不易水解風(fēng)化的具備一定體積和重量要求的石塊，減緩水流對于河岸或水下構(gòu)造物沖刷的一種航道整治施工方法。伴隨著人類對于長江流域的大規(guī)模開發(fā)利用，由此產(chǎn)生的大量水下噪聲，很可能會對依賴水下聲探測和聲通訊進(jìn)行生存和繁衍的長江江豚造成愈來愈嚴(yán)重的不利影響。因此，為了更有效地保護(hù)長江江豚，很有必要加強(qiáng)對包括航道整治施工噪聲在內(nèi)的長江涉水工程施工噪聲進(jìn)行監(jiān)測和研究[15]。本研究針對長江航道整治過程中經(jīng)常采用的拋石施工，研究了其水下噪聲特征，分析了其可能對長江江豚造成的不利影響，并提出了相應(yīng)的緩解措施。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域及對象

研究區(qū)域位于長江下游和暢洲北汊江段(見圖1)。和暢洲南汊為主航道，航運(yùn)繁忙，人為噪聲干擾較大；北汊為江蘇鎮(zhèn)江長江豚類省級自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，禁止通航，除航道整治施工外，偶爾有船舶拋錨，人為噪聲干擾較小。北汊水面寬為1 000～1 600 m，最深處可達(dá)60 m，河底較為平緩。北汊河床多為泥沙質(zhì)，岸地類型兼有泥沙質(zhì)岸和人工水泥及石塊固化岸，泥沙質(zhì)地疏松，吸聲性能強(qiáng)，可以有效減弱聲信號的反射干擾，為了確保數(shù)據(jù)的真實性，本研究的噪聲采集位點盡量選擇在泥沙質(zhì)河岸范圍內(nèi)。此外，考慮到北汊受到潮汐的影響，本研究的噪聲采集時間盡量選擇在潮位相近的時間段內(nèi)，以降低潮汐因素對實驗的干擾。采樣點信息見表1。

圖1 拋石水下噪聲采集點(a-斗式拋石，b-挖掘機(jī)拋石，c-網(wǎng)兜沉石，d-網(wǎng)兜拋石)Fig.1 Data collection points for riprapping noise (a-riprapping by bucket, b-riprapping by excavator, c-riprapping with net-bag,d-riprapping by net-bag)

表1 拋石噪聲采樣點基本信息Table 1 Basic information of riprapping noise sampling sites

研究對象為航道整治施工中常用的四種拋石方式，即斗式拋石、挖掘機(jī)拋石、網(wǎng)兜沉石和網(wǎng)兜拋石(見圖2)。不同類型拋石方式的工藝如下：斗式拋石，每次每斗石料重17～18 t，通過吊機(jī)控制斗倉，當(dāng)斗倉接觸水面附近后，通過翻動斗倉，將石塊拋入江中，拋石持續(xù)時間為3～6 s。挖掘機(jī)拋石，挖掘機(jī)在平底貨船上，用抓斗將石塊推入江中或?qū)⑹瘔K鏟起再倒入江中，石塊從距離水面0.5～1.5 m高度落下，每艘運(yùn)石船石量為800～1 000 t，需耗時20～30 min才能拋完，但抓斗每次推入水中或每次鏟起倒入水中的石量差異很大。網(wǎng)兜沉石，每個網(wǎng)兜盛放石料重7～10 t，拋石過程中，每兩袋為一組，通過吊機(jī)緩慢送入水下10～15 m，在接近河床或接觸河床的時候放下，石塊和網(wǎng)兜一起沉入江底，拋石過程持續(xù)約 10～15 s(從網(wǎng)兜接觸水面到放下網(wǎng)兜)。網(wǎng)兜拋石，每個鋼絲網(wǎng)兜內(nèi)石料重約2～3 t，通過吊機(jī)控制網(wǎng)兜，在距離水面2～3 m的時候翻動網(wǎng)兜，讓石料落入江中，持續(xù)時間為2～3 s(從石料最初接觸水面開始到最后一塊巖石落入水中)。四種拋石工藝的主要特征參考表 2。對于本研究中的四種拋石而言，單位時間內(nèi)落入水中的石量差異較大。石塊與水體的碰撞以及相關(guān)拋石設(shè)備的運(yùn)行是形成噪聲的最主要原因，此外，石塊下沉?xí)r與河床的碰撞也會產(chǎn)生噪聲。

圖2 四種拋石施工圖Fig.2 Four types of riprapping

表2 不同類型的拋石特征(*表示數(shù)據(jù)未知)Table 2 Characteristics of different riprapping(* means data unknown)

1.2 數(shù)據(jù)采集

聲學(xué)數(shù)據(jù)的采集平臺為一艘長為15.1 m、噸位為 0.9 t的漁船，數(shù)據(jù)采集時間為 2016年11～12月，此時長江處于枯水期，水流較緩，水流對于數(shù)據(jù)干擾較小且數(shù)據(jù)采集操作易于執(zhí)行；此外，此時北汊航道整治施工接近尾聲，施工點較少且分散，數(shù)據(jù)采集時基本不受其他施工點噪聲的干擾。實驗期間，通過向施工方咨詢以及現(xiàn)場實地勘查，發(fā)現(xiàn)有拋石施工時，則開船行駛至拋石施工點附近，將船掛靠在錨漂或者掛靠在施工浮吊平臺上并關(guān)閉發(fā)動機(jī)。采樣點設(shè)置在漁船上或施工浮吊平臺上，之后對周邊環(huán)境進(jìn)行觀察判斷。當(dāng)方圓1.5 km范圍內(nèi)沒有其他人為噪聲干擾且沒有江豚出現(xiàn)時，則用遙控器啟動聲學(xué)記錄儀(SoundTrap 300HF, Ocean Instruments Ltd, New Zealand)，并將記錄儀垂直浸沒至水下約2 m深處進(jìn)行記錄。聲學(xué)記錄儀的參數(shù)如下：有效工作頻率范圍：20 Hz～150 kHz ；靈敏度：?171.3 dB re 1V/μPa(高增益檔)；采樣率：288 kHz；模數(shù)轉(zhuǎn)換位點數(shù)：16 bit。采樣點環(huán)境背景噪聲的采集選擇在人為噪聲干擾最弱，即采樣點附近1.5 km范圍內(nèi)既無其它施工也無施工船航行的時段進(jìn)行，儀器選擇和參數(shù)設(shè)置與采集施工噪聲相同。聲學(xué)數(shù)據(jù)采集過程中，同時記錄采樣點的位置信息、石塊入水時間以及聲學(xué)記錄儀出、入水的時間(位置和時間信息從 GPS中讀?。篏PS72, Garmin,Schaffhausen, Switzerland)和水深信息。水深信息通過水深儀(Hondex electronics CO., LTD. Aichi, Japan)測量獲得。采樣點和拋石點的間距由激光測距儀(ELITE1500 LRF, Bushnell, Missouri)測量獲得。所有數(shù)據(jù)采集均在蒲氏風(fēng)級<3且無雨無雹的天氣情況下進(jìn)行。需要說明的是，采集噪聲數(shù)據(jù)時，四種拋石方式均為獨(dú)立施工，且每種拋石方式僅是一臺機(jī)械單獨(dú)施工。實驗結(jié)束后，將聲學(xué)記錄儀記錄下的音頻文件(.wav格式)導(dǎo)入電腦并分類存儲。采集拋石施工噪聲現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 采集拋石施工噪聲現(xiàn)場Fig.3 The scene of collecting riprapping noises

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有.wav文件均用 Adobe Audition 3.0軟件(Adobe Systems Inc., San Jose, California)查看波形圖，選擇信噪比較高的文件，截取拋石過程中的 3段時長為4 s的具有代表性的音頻數(shù)據(jù)用作下一步分析。

用Matlab軟件(Math Works, Natick, MA)對截取的聲信號(帶寬為20 Hz～144 kHz)進(jìn)行進(jìn)一步的校準(zhǔn)和分析。測定的聲學(xué)參數(shù)包括均方根聲壓級SPLrms(單位為 dB)、聲暴露級SEL(單位為 dB re 1μPa2·s)以及聲源級SL(單位為 dB)。相關(guān)參數(shù)的計算公式為[16]：

其中，P(t)為t時刻對應(yīng)的聲壓(單位為 Pa)，P(0)為基準(zhǔn)聲壓1 μPa，T為聲信號時長；TL為<50 m的淺水環(huán)境中聲音的傳播損耗，可近似認(rèn)為[17]

其中：R為采樣點與聲源之間的距離(單位為 m)；在計算聲信號的功率譜密度(Power Spectral Density，PSD)、進(jìn)行聲信號的頻譜聲壓級統(tǒng)計和計算聲信號的 1/3倍頻程聲壓級時選用漢寧窗(窗寬 1 s，窗口重疊50%)。

2 結(jié) 果

2.1 不同類型拋石的噪聲強(qiáng)度比較

表3 不同類型拋石的寬頻噪聲Table 3 Broadband noise levels of different riprapping

四個采樣點的環(huán)境背景噪聲強(qiáng)度基本一致。各類拋石的寬頻噪聲數(shù)據(jù)如表3所示。從表3可得，環(huán)境背景噪聲級約為108.1 dB，而所有類型拋石噪聲的寬帶聲源級均高于 151 dB，明顯高于本底噪聲。不同類型拋石按聲源級由大到小排列依次為：網(wǎng)兜拋石>斗式拋石>挖掘機(jī)拋石>網(wǎng)兜沉石。其次，各類拋石噪聲的聲暴露級也明顯高于本底噪聲，由大到小排列依次為：網(wǎng)兜拋石>斗式拋石>挖掘機(jī)拋石>網(wǎng)兜沉石(見表3)。此外，結(jié)合表2可以發(fā)現(xiàn)，不同類型拋石的聲源級大小同石塊自由下落時與水面的距離呈正相關(guān)。

2.2 不同類型拋石的噪聲在不同頻率的能量分布

為了探索不同類型的拋石噪聲所包含的頻率成分的能量分布，進(jìn)一步分析了它們的功率譜密度圖(如圖 4所示)。四個采樣點環(huán)境背景噪聲的特征非常接近。拋石噪聲聲壓級在不同頻率段的分布概率統(tǒng)計如圖5所示，其中，P表示百分位數(shù)。不同施工類型噪聲的均方根聲壓級對比如圖6所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，因傳播損耗，圖4、5和6所示噪聲強(qiáng)弱都是來自采樣點的數(shù)據(jù)，均低于其相應(yīng)的聲源級水平。

由圖4可知，環(huán)境本底噪聲的能量分布在時間上的連續(xù)性較好，其能量主要集中于<1 kHz的低頻部分，1 kHz以上的頻帶所包含的能量較小(<70 dB re 1μPa2·Hz-1)，且呈現(xiàn)頻率越高，所含能量越小的趨勢。拋石噪聲的能量分布在時間上呈現(xiàn)不連續(xù)性，這一點與拋石施工方式吻合。斗式拋石和網(wǎng)兜沉石的噪聲能量主要集中在0.1～10 kHz，而挖掘機(jī)拋石和網(wǎng)兜拋石的噪聲能量在20 Hz～10 kHz的頻段均有分布?？傮w而言，四種拋石的水下噪聲能量主要集中在中低頻段，在>20 kHz的高頻段，能量均小于 80 dB re 1μPa2·Hz-1。

圖4 功率譜密度圖(x軸時間范圍0～12 s)Fig.4 PSD maps (x axis: 0～12 s)

圖 5亦表明，拋石噪聲以高強(qiáng)度的中低頻為主，噪聲的頻帶較寬且高頻成分的聲壓級普遍較低。在>20 kHz的噪聲頻帶，只有網(wǎng)兜拋石和挖掘機(jī)拋石達(dá)到了60 dB。在>200 Hz時，所有拋石的噪聲聲壓級均隨頻率增加而呈下降趨勢；在 20～200 Hz時，斗式拋石和網(wǎng)兜沉石的噪聲聲壓級隨頻率增加而呈增加趨勢；總體而言，所有類型拋石的噪聲聲壓級隨頻率的變化趨勢均較為復(fù)雜，其中以挖掘機(jī)拋石和網(wǎng)兜拋石尤為明顯。就均方根聲壓級而言(見圖 6)，拋石噪聲聲壓級均小于 120 dB。在20 Hz～100 kHz范圍內(nèi)，拋石噪聲聲壓級均大于45 dB。在20～80 Hz以及>3 kHz范圍內(nèi)，網(wǎng)兜拋石的均方根聲壓級最高，在>50 Hz的頻段，網(wǎng)兜沉石的均方根聲壓級最低。對所有類型拋石的噪聲而言，聲壓級在200 Hz～120 kHz頻段內(nèi)隨頻率增加而下降的速率較緩，此后聲壓級隨頻率增高而加速下降。在所有頻段內(nèi)，所有類型的拋石噪聲聲壓級均大于背景噪聲，在200 Hz～10 kHz范圍內(nèi)，拋石噪聲與背景噪聲的聲壓級差值變化不明顯，10 kHz之后，拋石噪聲與背景噪聲的聲壓級差值隨頻率增加而減小。數(shù)據(jù)顯示，各種拋石作業(yè)會在所有頻率范圍內(nèi)提升環(huán)境背景噪聲的聲壓級。

圖5 不同類型拋石工藝在各頻率處的聲壓級統(tǒng)計圖(x軸頻率范圍20 Hz～144 kHz；y軸幅值0～140 dB)Fig.5 Distribution patterns of different riprapping noises at different frequencies (x axis: 20 Hz～144 kHz; y axis: 0～140 dB)

圖6 不同類型拋石的均方根聲壓級對比(x軸幅值20 Hz～144 kHz)Fig.6 Comparison between SPLrms of different riprapping noises (x axis: 20 Hz～144 kHz)

2.3 拋石噪聲1/3倍頻程聲壓級對比

因為哺乳動物聽覺系統(tǒng)的有效濾波帶寬接近1/3倍頻程[18]，所以進(jìn)一步計算了拋石噪聲的1/3倍頻程功率譜來評估拋石對長江江豚的影響(見圖7)。

圖7 不同類型拋石噪音的1/3倍頻程均方根聲壓級與長江江豚聽閾曲線圖的比對(x軸頻率范圍25 Hz～170 kHz, 圖中長江江豚的聽閾曲線引自文獻(xiàn)[19])Fig.7 Comparison of 1/3 octave SPLrms of different riprapping noises and the audiogram of the Yangtze finless porpoise (x axis:25 Hz～170 kHz, the porpoise audiogram is adopted from reference[19])

由圖7顯示，背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級數(shù)值在所有頻率范圍內(nèi)都低于所有類型的拋石噪聲(四個采樣點背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級基本一致)。在<400 Hz的頻段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級呈現(xiàn)隨頻率增高而增加的趨勢，而在>400 Hz頻段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級呈現(xiàn)隨頻率增高而降低的趨勢。在<13.6 kHz、>142.7 kHz這2個頻率范圍內(nèi)，長江江豚的聽覺閾值高于背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級，無法聽到這些頻段的本底噪聲。拋石噪聲絕大部分頻率的1/3倍頻程聲壓級都遠(yuǎn)高于長江江豚對應(yīng)頻率的聽覺閾值，可被長江江豚感知；僅在>158.5 kHz的頻率段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級迅速降低，而長江江豚的聽覺閾值則急劇上升，該頻段的拋石噪聲可能不能被長江江豚聽聞。此外，由于實驗中記錄到的拋石噪聲是噪聲源在水下傳播損耗后的信號，因此拋石噪聲可被江豚感知的距離應(yīng)遠(yuǎn)大于本實驗的 40 m及45 m。

3 討 論

3.1 拋石噪聲對長江江豚棲息地的影響

和暢洲北汊江段屬于江蘇鎮(zhèn)江長江豚類省級自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，相對于南汊主航道，水環(huán)境較為安靜。據(jù)中國科學(xué)院水生生物研究所 2010年和 2012年的考察數(shù)據(jù)以及保護(hù)區(qū)管理處長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在航道整治施工前，北汊水域長期有 20余頭穩(wěn)定的江豚群體活動，這些江豚由于長期在水下環(huán)境較為安靜的水域生活，很可能對北汊的安靜水體產(chǎn)生了一定程度的依賴，對噪聲耐受性較低。長江江豚可以在北汊保持較為穩(wěn)定的種群，說明它們已經(jīng)很好地適應(yīng)了該水域的水下背景環(huán)境。由表3可見，拋石施工噪聲的聲源級和聲暴露級都明顯高于背景噪聲；而圖7更加直觀地表明，拋石噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級在長江江豚聽力曲線頻率范圍內(nèi)均遠(yuǎn)大于背景噪聲，由此推測，拋石噪聲可能會對一定范圍內(nèi)的長江江豚造成水下聲環(huán)境上的明顯不適。北汊航道整治施工前期，各種拋石施工覆蓋范圍較大(大約占據(jù)北汊水域面積的一半)，大規(guī)模的水體施工可能會進(jìn)一步壓縮江豚原有的棲息地甚至造成棲息地的喪失，江豚進(jìn)入和暢洲南汊主航道水域的時間可能被迫增加，隨之而來的是較高的動物被船舶傷害的風(fēng)險。通過在施工水域江豚的目視考察也進(jìn)一步支持了上述的推測：自北汊航道整治施工開始以來，在北汊目擊江豚的頻次明顯減少。綜上所述，拋石所產(chǎn)生的水下噪聲很可能會進(jìn)一步壓縮長江江豚有限的棲息地，對其生存造成不利影響。

3.2 拋石噪聲對長江江豚聲信號的影響

3.2.1 對長江江豚高頻聲信號的影響

長江江豚在巡游和捕食時主要使用高頻回聲定位信號[20]，野外環(huán)境下的成年長江江豚的回聲定位信號中心頻率可達(dá)129 kHz，表觀聲源級可達(dá)176 dB[21]。對比圖5可知，記錄到的拋石施工產(chǎn)生的>100 kHz的噪聲的聲壓級小于80 dB且隨頻率升高而下降，明顯小于長江江豚的回聲定位信號的聲源級。因此可以認(rèn)為，只有在距離施工點很近的情況下，拋石噪聲才有可能掩蔽長江江豚的高頻回聲定位信號，即拋石噪聲對于長江江豚的高頻聲信號造成掩蔽的可能性較小。

3.2.2 對長江江豚低頻聲信號的影響

值得注意的是，長江江豚亦會發(fā)出 2～3 kHz的低頻聲信號。例如，圈養(yǎng)于野外水域以及人工豢養(yǎng)下的長江江豚，在有較多個體一起活動并伴有社交行為時，會發(fā)出<15 kHz的低頻聲信號[22]；人工豢養(yǎng)的長江江豚在巡游、試圖交配和探索水聽器等情況下會發(fā)出1.1～2.4 kHz的低頻聲信號[23]；人工豢養(yǎng)的新生幼年長江江豚只能發(fā)出頻率在 2～3 kHz、聲壓級為130 dB左右的低頻聲信號，在出生約20天后才能發(fā)出>100 kHz的高頻聲信號，但聲壓級只有約150 dB；此外，幼豚出生100天內(nèi)，仍不能熟練發(fā)出高頻聲信號，可能僅依賴低頻聲信號與母親聯(lián)系[24-25]。在小于15 kHz的頻段，拋石噪聲聲壓級較高，均大于80 dB，而在1～3 kHz的頻段，拋石噪聲均大于90 dB，有的甚至大于100 dB(見圖5)，考慮到低頻聲音傳播衰減較慢，影響范圍相應(yīng)較大，因此認(rèn)為，拋石噪聲可能對于長江江豚低頻聲信號具有較強(qiáng)的掩蔽作用。由于長江江豚的低頻聲信號多與個體間的交流通訊和情感表達(dá)有關(guān)[22-23]，因此拋石噪聲可能會對長江江豚個體間的交流造成干擾。對于成年長江江豚而言，由于具備獨(dú)立捕食能力且可以使用不易被掩蔽的高頻聲信號，因此拋石噪聲對其影響較小；然而，對于幼年江豚尤其是剛出生不久的江豚而言，由于不具備獨(dú)立捕食能力、且只能發(fā)出易被掩蔽的低頻聲信號或不能熟練發(fā)出高頻聲信號(出生不到 100天)，因此拋石可能造成幼豚與母豚分離，由于低頻噪聲強(qiáng)度大、影響范圍廣，且幼豚游泳能力及體力較差，失散后的母子豚較難恢復(fù)聯(lián)絡(luò)，幼豚易于發(fā)生意外。研究野外收集的標(biāo)本也表明，在不同年齡段，幼年長江江豚的死亡率較高[26]，正說明其生存能力較弱，更容易受到傷害。

綜上，拋石噪聲對于長江江豚高頻聲信號的掩蔽作用不明顯，對其低頻聲信號的掩蔽可能性較大。因此可以認(rèn)為，拋石對于幼年長江江豚造成傷害的可能性大于成年長江江豚。

3.3 拋石噪聲對長江江豚聽覺的影響

當(dāng)動物暴露在強(qiáng)度高、持續(xù)時間長的噪聲環(huán)境下，容易引發(fā)暫時性聽力閾移(Temporary Threshold Shift，TTS)和/或永久性聽覺閾移(Permanent Threshold Shift，PTS)，Popov[27]等研究了噪聲引起的人工豢養(yǎng)的長江江豚的 TTS和噪聲暴露后的聽覺恢復(fù)。結(jié)果顯示，將長江江豚暴露在強(qiáng)度為 140 dB、頻率為32 kHz的單頻噪聲環(huán)境中3 min，會導(dǎo)致其對45 kHz的測試信號產(chǎn)生高達(dá)25 dB的TTS，且聽覺恢復(fù)時間需要 18 min；將長江江豚暴露在150 dB、23 kHz的單頻噪聲中1 min，動物對32 kHz的測試信號的聽覺閾值上升了 27 dB，恢復(fù)時間需要大約23 min，當(dāng)暴露時間延長至3 min時，其對32 kHz的測試信號的聽覺閾值提高了30 dB，恢復(fù)時間則超過100 min。即隨著噪音暴露時間的增長，長江江豚在不同頻率下的聽覺閾值加速提高，恢復(fù)時間亦隨之延長。

由圖7可見，本實驗中獲得的各類拋石噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級在各頻率處均不超過 130 dB，然而，在距拋石施工點更近的水域，其噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級可能會超過140 dB，在累積效應(yīng)的作用下，可能對長江江豚造成TTS，因此，初步認(rèn)為拋石在近距離下可能對長江江豚的聽覺造成不利影響。

3.4 緩解措施

綜上分析，拋石對長江江豚的可能不利影響主要是壓縮其棲息地和傷害幼年江豚。從拋石類型來看，拋石的噪聲聲源級與石塊開始落水時和水面的距離呈正相關(guān)，而與每次拋石的重量關(guān)系不大。由此提出以下緩解措施：

(1) 減少網(wǎng)兜拋石和挖掘機(jī)拋石的使用強(qiáng)度，或者將其改良，使得石料開始落水的位置距離水面更近，以降低噪聲。

(2) 拋石施工不宜大批量同時作業(yè)。應(yīng)選擇在小范圍內(nèi)小規(guī)模作業(yè)，以減小對長江江豚的棲息地的壓縮。

(3) 施工期應(yīng)該避開長江江豚的交配高峰期和撫幼關(guān)鍵期(3～9月份)[28-29]。

(4) 在拋石施工前和施工過程中，應(yīng)仔細(xì)觀察附近水域有無江豚活動，特別是有無幼豚活動。如果發(fā)現(xiàn)有江豚活動，則應(yīng)暫緩施工或中止施工，待江豚游出視線范圍(約1 000 m)后再行施工。

3.5 本研究的局限和不足

本研究在整個錄音過程中都沒有直接發(fā)現(xiàn)江豚出現(xiàn)在施工附近水域，因此缺乏江豚對施工操作的實際行為反應(yīng)觀察的直接證據(jù)，而僅是在分析了相關(guān)拋石噪音的基礎(chǔ)上，預(yù)測了拋石噪聲對江豚的潛在影響；其次對于拋石噪音強(qiáng)度而言，其強(qiáng)度可能與每次的拋石量、拋石高度都有關(guān)，因此本研究的結(jié)果可能并不能普遍地適用于其它類似方式的拋石作業(yè)。此外，聲源(拋石的落水點)的位置會發(fā)生變動，雖然采樣過程中該變動范圍很小，約在2 m以內(nèi)，但測量點與聲源之間的距離仍然存在一定程度的不確定性。

4 結(jié) 論

(1) 拋石水下噪聲聲源級均大于151 dB，明顯高于環(huán)境背景噪聲；拋石水下噪聲頻帶較寬，以高強(qiáng)度的中低頻為主；能量主要集中在中低頻段。

(2) 拋石產(chǎn)生的水下噪聲會壓縮長江江豚的棲息地；對長江江豚高頻聲信號造成干擾的可能性較小，對長江江豚的低頻聲信號可能造成掩蔽，對幼年長江江豚造成傷害的可能性較大；可能引發(fā)長江江豚的TTS。

(3) 通過改良拋石工藝、進(jìn)行小規(guī)模的拋石作業(yè)、避開長江江豚的繁殖期和加強(qiáng)施工過程中對長江江豚的觀察等措施，可減小拋石作業(yè)對長江江豚的不利影響。

致謝：感謝中國科學(xué)院水生生物研究所鯨類保護(hù)生物學(xué)學(xué)科組全體老師、同學(xué)和工作人員，感謝江蘇鎮(zhèn)江長江豚類省級自然保護(hù)區(qū)朱孝鋒主任等工作人員的大力支持，感謝中交第一航務(wù)工程局有限公司朱成龍安全總監(jiān)對相關(guān)問題的細(xì)心解答，感謝深水航道建設(shè)工程指揮部的佘俊華處長，及交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院的韓兆興博士在工作過程中提供的便利，感謝鎮(zhèn)江漁民朱春榮、宗桂蘭在野外工作生活中的照顧，感謝湖北大學(xué)的葉雷凱和南京師范大學(xué)的居康提供的幫助。

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