長江上游水電梯級開發(fā)的水域生態(tài)保護(hù)問題

曹文宣

（中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072）

1 前言

長江是我國第一大河，水力資源十分豐富，主要分布在上游地區(qū)。長江宜昌以上干支流水力資源技術(shù)可開發(fā)量裝機(jī)容量22246萬kW，年發(fā)電量10677.3億kW·h，分別占全流域總量的86.8%和89.9%，是“西電東送”的主要產(chǎn)電區(qū)。在2012年12月頒布的《長江流域綜合利用規(guī)劃（2012—2030年）》中，上游的干流和主要支流都布置了若干水電站。有的支流，特別是在一些二級和三級支流，已經(jīng)大量修建了引水式電站，使原來的天然河道斷斷續(xù)續(xù)的脫水干涸。

長江是水生生物的重要聚居地，生物多樣性豐富。長江內(nèi)生活有白鰭豚、長江江豚、揚(yáng)子鱷、白鱘、中華鱘、達(dá)氏鱘、胭脂魚、川陜哲羅鮭等國家重點(diǎn)保護(hù)的水生野生動物。長江的魚類有400余種，其中純淡水魚360余種，過河口洄游性魚類11種，以及一些常年棲息于河口區(qū)的咸淡水魚類[1]。長江魚類資源有兩個主要特點(diǎn)。一個是以青、草、鰱、鳙即“四大家魚”為代表的鯉科魚類東亞類群，在漁業(yè)資源中占有重要地位。它們適應(yīng)于東亞季風(fēng)氣候，在春末夏初水溫升到18℃以上，每當(dāng)江河發(fā)生洪汛時繁殖，魚卵在漂流過程中發(fā)育孵化，并隨著泛濫的洪水進(jìn)入沿岸的洼地（即通江湖泊）攝食生長。發(fā)生洪水和水溫達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟赛c(diǎn)是它們進(jìn)行繁殖所必備的自然條件，而通江湖泊則是其仔、幼魚及成魚育肥生長的最適場所。長江魚類資源的另一個特點(diǎn)是特有種很多。在長江的360余種純淡水魚類中，有155種是長江的特有種，并且局限分布于長江上游的特有魚類多達(dá)124種。上游的特有種絕大多數(shù)常年棲息于江河流水中，對其棲息生境有高度的適應(yīng)性和強(qiáng)烈的依賴性，是長江上游水域生態(tài)系統(tǒng)的代表性物種，也是維護(hù)上游生物多樣性的主要保護(hù)對象。

由于水域生態(tài)系統(tǒng)本身的脆弱性，易受自然因素變化和各種人類活動干擾的影響。著名的國家一級重點(diǎn)保護(hù)動物白鰭豚，已在長江消失了20年，被宣告為“功能性絕滅”；另一種一級保護(hù)動物白鱘，在2003年最后一次見到1尾誤捕的個體以后，至今再未見到。國家二級保護(hù)動物長江江豚，2006年調(diào)查有1800頭，到2012年調(diào)查僅有1040頭，種群數(shù)量減少的速率很快，瀕危狀態(tài)加劇。中華鱘在宜昌葛洲壩下的產(chǎn)卵場，自2003年三峽水庫蓄水后，產(chǎn)卵期后延約20天，并且從每年產(chǎn)兩次減為只產(chǎn)一次卵，甚至到2013年至2015年，沒有監(jiān)測到壩下產(chǎn)卵的情況；2016年又發(fā)現(xiàn)有少數(shù)親魚產(chǎn)卵。三峽水庫蓄水運(yùn)行后，四大家魚的繁殖期也滯后了2～3周。這些征兆應(yīng)當(dāng)引起我們的警覺和重視。

如何協(xié)調(diào)水電開發(fā)和物種保護(hù)之間的矛盾，實現(xiàn)水電可持續(xù)發(fā)展和物種永續(xù)繁衍，是需要認(rèn)真探討的課題。本文就長江上游已建、在建和擬建的一些大型水電工程的生態(tài)環(huán)境影響及其目前采用的物種保護(hù)措施的效用作一些分析。

2 長江上游特有魚類所適應(yīng)的棲息生境

在長江上游的124種特有魚類中，除十幾種分別分布于滇池、瀘沽湖等幾個湖泊，適應(yīng)于靜水環(huán)境的物種外，絕大多數(shù)種類適應(yīng)于急流環(huán)境，在河流中生活。常年在長江上游干流及其主要支流下游的特有魚類有40余種，其它的幾十種特有魚類，則分布在各支流的中、上游，并且有少數(shù)的特有種僅分布于某一條河流。

這里的河流，無論干流或支流，通常是河道蜿蜒曲折，灘潭相接，在河道兩側(cè)流速、流態(tài)、底質(zhì)、水深等水文要素隨主流走向而交替變化。在礫石的河灘，河水奔騰湍急，浪花翻滾。礫石表面普遍生長著生藻類（主要為硅藻，其次為綠藻），并有大量的水生昆蟲的幼蟲或稚蟲爬附在礫石表面或吐絲作巢于石縫中，它們多以著生藻類為食。在河流彎曲處，受主流沖刷而形成的潭（當(dāng)?shù)亟小般保^深，常被巖石部分遮被，是魚類白天隱匿的場所。這里的底質(zhì)多為沙礫或泥沙，在漩水處常積聚有半腐爛的植物碎屑。另外，在河邊巖石上，也生長有大片著生藻類，還會見到營固著生活的軟體動物淡水殼菜。

在這樣的河流環(huán)境中，上游的特有魚類形成了一系列的適應(yīng)性特征。它們多數(shù)是營底棲生活，有一些類群的胸、腹鰭或口唇部分還形成了吸盤等附著器官，可吸附于石上。針對河流中餌料生物的組成，特有魚類的食性主要分為以下五大類：（1）主要攝食著生藻類的。它們的口裂較寬，近似橫裂，下頜前緣具有鋒利的角質(zhì)，用來刮取生長于石上的著生藻類。（2）主食底棲無脊椎動物的。它們的口部常具有發(fā)達(dá)的觸須或肥厚的唇，用以探尋和吸取食物。這一類食性的魚種數(shù)最多，約60種。（3）雜食性魚類。它們通常是在水量較大、水較深的干支流棲息，攝食底棲動物（包括淡水殼菜），也攝食藻類及植物碎屑、種子等。（4）主要捕食別種魚類的。（5）主要攝食浮游動物的。

3 長江上游特有魚類的繁殖習(xí)性

任何一個物種都必須通過繁殖后代延續(xù)生命。在個體的生活史周期中，繁殖是最重要的一個環(huán)節(jié)。魚類繁殖習(xí)性的形成是與其棲息水域氣候、水文等環(huán)境要素周年變化的自然節(jié)律相適應(yīng)的。上游特有魚類繁殖習(xí)性大體可以分為以下幾個類型。

在礫石河灘產(chǎn)沉性或黏性卵：具這種類型產(chǎn)卵習(xí)性的特有種較多，每年3月，當(dāng)水溫升到15℃時，便開始產(chǎn)卵。魚卵黏附于礫石表面或散布于礫石間的縫隙中。這時的河水徑流平穩(wěn)，懸移質(zhì)極少，避免泥沙黏附在魚卵上，影響胚胎呼吸。一般在15-16℃時，受精卵經(jīng)5-6天孵化，水溫較高時，孵化期相應(yīng)縮短。孵化的仔魚待到5、6月份發(fā)生洪汛時，已長成具有較強(qiáng)游泳能力的稚魚，能夠游到淺灘、岔流或支流覓食。

在挖掘的淺坑中產(chǎn)沉性卵：裂腹魚亞科分布于長江上游各個屬的特有種（約20種），具有相似的繁殖習(xí)性。親魚（主要是雄魚）在底質(zhì)為沙礫、水流較平順、水深約40～60cm的近岸處，靠尾部的擺動刨出一個淺坑，將魚卵產(chǎn)在坑中。開始繁殖的水溫，在裂腹魚屬約10℃，在裸鯉屬和裸裂尻魚屬約4～5℃。此外，屬于國家二級重點(diǎn)保護(hù)動物的川陜哲羅鮭，在長江上游目前僅局限于大渡河河源段的腳木足河和麻柯河，其繁殖習(xí)性與裂腹魚類相似，繁殖水溫也很低。

在江河漲水時產(chǎn)漂流性卵：在4、5月內(nèi)，水溫升到18℃時，圓口銅魚、長鰭吻鮈、長薄鰍、中華金沙鰍等特有種，當(dāng)發(fā)生洪汛時便在江河中產(chǎn)卵。受精卵迅速吸水膨脹，卵膜直徑可達(dá)5.1～7.8mm（圓口銅魚），小的也有3.7～4.0mm（長薄鰍）。魚卵在順?biāo)鞯倪^程中發(fā)育。初孵仔魚仍隨水漂流一段時間，待卵黃囊完全吸收后，才能主動游動。由于江水流速較大，一般要被動漂流600-700km距離。圓口銅魚、長薄鰍等魚類的產(chǎn)卵場主要在金沙江中下游觀音巖至烏東德江段，距宜昌1500km以上，其仔魚漂流到長江中游的幾率很小。漂流性魚卵的比重略大于水，流速大于0.2m/s時，可以懸浮在水中漂流，但當(dāng)流速小于0.2m/s時，則會下沉，被泥沙掩蓋或缺氧死亡。

產(chǎn)黏草性魚卵：只有極少數(shù)的特有魚類將黏性卵產(chǎn)在水草上。黑尾近紅鲌在5、6月份，水溫達(dá)到20℃時，在緩流處或支流有水草生長的地方產(chǎn)卵。

4 水電工程對水域生態(tài)影響

大型水利樞紐工程一般具有多項功能。目前在金沙江、雅礱江和大渡河等河流已建和在建的水電站，都未建船閘，其主要功能是發(fā)電，而其航運(yùn)功能僅限于水庫內(nèi)。這些電站大多為攔河筑壩，壩高多在100m以上。水電站建成運(yùn)行后，將奔騰的河流改變?yōu)榫徚鞯乃畮?，礫石河灘被數(shù)十米乃至100m以上的深水所淹沒并逐漸被泥沙覆蓋，該河段水生生物原有的棲息生境完全消失；深水水庫徑流調(diào)節(jié)和水溫層化，也使水域生態(tài)的自然節(jié)律發(fā)生變化。這些變化，對上游特有魚類的生存帶來了影響[2][3]。

4.1 河流的連通性受到阻隔，影響魚類洄游

魚類在進(jìn)行覓食、繁殖、越冬等活動時，常在江河里作距離長短不等的洄游。攔河大壩阻擋了魚類上溯的洄游通路。受阻隔影響最為嚴(yán)重的是那些具有強(qiáng)烈的回歸性、必須返回到原來出生地去繁殖的鮭科魚類。

大壩對魚類下行也產(chǎn)生影響。處于魚類早期生活史階段的魚卵和仔魚（俗稱“魚苗”）游泳能力弱，常被動地被水流帶至壩前，隨著下泄水流降落。從高處下泄的水流能量巨大，沖入消能池時產(chǎn)生的高壓，使溶于水中的氣體處于過飽和狀態(tài)。仔魚吸入了這種過飽和氣體，當(dāng)其隨水流溢出消能池后，周圍環(huán)境恢復(fù)常壓狀態(tài)，血管中仍保持過飽和狀態(tài)的溶氧迅即形成氣泡，危及魚體生命。這就是通常說的氣體過飽和引起的氣泡病。也有一部分仔魚是死于下泄水流沖擊而產(chǎn)生的機(jī)械損傷。

4.2 水文情勢顯著改變，流水性魚類棲息生境消失

在山區(qū)河流修建攔河大壩形成的水庫，都是河道型水庫。一般壩高在100m以上的水庫，蓄水很深，水面增寬，過水?dāng)嗝婷娣e大大增加，因而流速顯著變慢。深水水庫，即便是性能為周調(diào)節(jié)或月調(diào)節(jié)的水庫，蓄水后由于流速顯著減緩，泥沙會大量沉積，庫水變清，透明度常常大于1m，甚至可達(dá)數(shù)米深。庫水透明度大，加之從河流中帶來的面源污染的磷、氮以及水庫淹沒的農(nóng)田土壤中釋放出的磷、氮等營養(yǎng)元素，有利于浮游植物大量生長，直接或間接以浮游植物為食的浮游動物也相應(yīng)增多。這些是深水水庫中餌料生物資源的重要部分。

另一方面，原來河道內(nèi)急流河灘的礫石表面生長的著生藻類，因泥沙覆蓋，缺乏所需的水流、光照、溶氧等生存條件而消失。直接或間接以著生藻類為食的水生昆蟲的幼蟲或稚蟲，因食物缺乏和棲息生境消失，也不復(fù)存在。這就意味著，原來在庫區(qū)江段急流中營底棲或在底層生活的特有魚類，在水庫蓄水運(yùn)行后，導(dǎo)致其餌料資源缺乏，棲息生境消失，水庫內(nèi)已不具備它們基本的生存條件。

4.3 水溫層化，下泄水溫升降滯后，魚類繁殖時期延遲

深水水庫水流緩慢，底層水基本處于停滯狀態(tài)。在水庫中部到壩前的深水區(qū)，通常水溫會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。表層水溫隨氣溫而變化，往下逐漸降低，在距表面15-20m之間的某一水層時，水溫降低的幅度較之其他各層間的差幅顯著為大，這一水層被稱為 “溫躍層”。溫躍層以下，仍然是隨深度增大水溫逐漸降低。到最深的底部，水溫一般保持在10℃以下。

水溫分層現(xiàn)象在多年調(diào)節(jié)性水庫最為明顯。浙江新安江水電站是一座多年調(diào)節(jié)水庫，據(jù)實測數(shù)據(jù)，月平均水溫7月降低15.78℃，8月降低15.13℃。但在冬季，12月高 3.43℃，1月高 4.15℃。

水溫滯后直接影響魚類的繁殖和水生生物的生長。三峽水庫自2003年開始試驗性蓄水至139m，2004年春末宜昌-宜都四大家魚繁殖開始時間因達(dá)到18℃水溫滯后，推遲約3周。據(jù)歷年監(jiān)測結(jié)果，長江中游四大家魚繁殖期平均推遲25天。

4.4 河流的自然徑流過程改變，影響魚類繁殖

四大家魚等鯉科東亞類群中產(chǎn)漂流性卵魚類，繁殖所要求的外在條件是水溫達(dá)到18℃和江河發(fā)生洪水。魚類繁殖要求洪水越大越好，而人類為了生命財產(chǎn)安全，需要防洪減災(zāi)，控制洪水。隨著上游不斷增加的大型水電站的建成，上游產(chǎn)生的洪水漸次被這些水庫調(diào)蓄，使洪水過程坦化。

對于在河灘產(chǎn)卵場產(chǎn)沉性卵或黏性卵的魚類，由于電站調(diào)峰（日調(diào)節(jié)）引起的下游河道水文情勢改變，而受到嚴(yán)重的不利影響。產(chǎn)在河灘上的魚卵，必須在水中發(fā)育，受精卵通常經(jīng)2～3天孵化。如果水位下降，魚卵暴露于空氣中，風(fēng)吹日曬，幾分鐘后便會干燥死亡。水位的頻繁變動，同樣不利于在岸邊或支流雜草、樹根上產(chǎn)黏草性卵的魚類。

5 已采取的水電工程魚類救護(hù)措施

我國在20世紀(jì)50年代末，已經(jīng)開始進(jìn)行水電工程“救魚”問題的研究和實踐。20世紀(jì)80年代以來，擬建的水電工程在“可行性研究報告”和“環(huán)境影響報告書”中，都要求寫明需要保護(hù)的魚類名錄和打算采取的保護(hù)措施。

5.1 建立珍稀特有魚類自然保護(hù)區(qū)

在 《長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書》（1991）中，提出了為長江上游特有魚類建立自然保護(hù)區(qū)的建議。20世紀(jì)90年代，四川省在屏山至合江段建立了長江上游珍稀魚類省級自然保護(hù)區(qū) （現(xiàn)為國家級保護(hù)區(qū)）。2005年，因金沙江下游向家壩、溪洛渡水電站獲準(zhǔn)建設(shè)，保護(hù)區(qū)范圍再次調(diào)整，上游端移至向家壩大壩下1.5km處，下游端延至重慶市馬桑溪大橋，增加了整條赤水河和岷江河口段等相鄰河段，保護(hù)區(qū)名稱改為“長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)”。

5.2 進(jìn)行人工繁殖放流

在我國，出于物種保護(hù)目的，彌補(bǔ)受水電工程不利影響而開展的魚類人工繁殖放流活動，始于20世紀(jì)80年代中期。當(dāng)時葛洲壩工程局建立了中華鱘人工繁殖放流站。

20世紀(jì)70年代中期，四川省水產(chǎn)研究所等單位使用從金沙江中華鱘產(chǎn)卵場捕到的親魚，人工催產(chǎn)促進(jìn)產(chǎn)卵，人工授精并成功孵出仔魚，突破了中華鱘人工繁殖技術(shù)。1983年，中國水產(chǎn)科學(xué)院長江水產(chǎn)研究所等單位，利用從葛洲壩下捕到的中華鱘親魚，人工催產(chǎn)、人工孵化也獲得成功。

自1984年以來，進(jìn)行了長江中華鱘人工繁殖放流活動。據(jù)監(jiān)測資料，中華鱘人工放流的貢獻(xiàn)率已達(dá)到10%，雖有較顯著效果，但主要還是依靠自然繁殖維持野生種群。

5.3 建造過魚設(shè)施

水電大壩的建設(shè)，阻隔了魚類上溯的通道，使一些回歸性很強(qiáng)、必須返回上游原出生地產(chǎn)卵的魚無法完成繁殖活動。修建過魚設(shè)施的目的，就是為這些魚類提供上溯通路。

在歐洲，許多河流流經(jīng)多個國家，每個國家都享有利用魚類資源的權(quán)利，因此，在河流上修建水電站時，必須建造過魚設(shè)施，為溯河洄游的鮭魚、鯡魚和鱘魚，以及為降河洄游的歐鰻提供通道。這些梯級水電站一般都是低壩，水頭不高。在這些水電站修建的過魚設(shè)施，過魚效果都比較好[4]。

我國在20世紀(jì)60年代末修建的水電站附建了魚道，這些魚道是否已順利通過了原來設(shè)計的主要過魚對象，尚未見報道。目前在長江上游修建的梯級水電站，是否也需要附設(shè)過魚設(shè)施呢？對于這個問題，社會上存在不同的認(rèn)識。由于高壩深庫建成后，水庫內(nèi)已經(jīng)沒有這些需要保護(hù)魚類的生存條件。水電站修建的魚道成為一些魚類的“生態(tài)陷阱”[5]。

現(xiàn)在又興起采用集運(yùn)魚船作為水電工程的魚類保護(hù)措施。集運(yùn)魚船原來是國外用來在河流中誘集成群溯游的洄游性魚類的一種設(shè)施，可隨河流水位、流速變化和魚群洄游路徑移動位置，船底幾乎接觸河底，以利于底層魚類進(jìn)入集魚槽。現(xiàn)在我國在深水水庫中使用的集運(yùn)魚船，漂浮在水庫表層，沒有需要上溯的魚群（需要保護(hù)的特有魚類），自動進(jìn)入集運(yùn)魚船。

6 對于長江上游水電開發(fā)和水域生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的建議

6.1 對青衣江、安寧河、水洛河和藏曲等河流實施生態(tài)修復(fù)工程，建立特有魚類自然保護(hù)區(qū)

長江上游的這幾條支流，同赤水河相似，流程較長，水量較大，魚類種數(shù)多，有較多的特有魚類。但是，在這些支流上修建的許多引水式小水電站，使河流斷斷續(xù)續(xù)脫水，水域生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重?fù)p害，河流凈化水質(zhì)功能大為減弱，魚類的產(chǎn)卵場和棲息地減少或消失，水生生物多樣性下降，一些特有種已處于瀕危狀態(tài)。建議對上游各支流已建水電站的生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行一次后評估，估算其生態(tài)補(bǔ)償額度。如果將這些支流的生態(tài)系統(tǒng)加以修復(fù)，建立自然保護(hù)區(qū)，即可使那幾條大河因修建大型水電站而遭受不利影響的特有魚類得到有效的保護(hù)[6][7]。

對這些支流實施重大生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程，要從河源開始，將水電站大壩和引水式電站的壅水堰和引水管道等設(shè)施拆除，清理河道，使水流暢通無阻，恢復(fù)河流自然流態(tài)。在整個支流水系建立自然保護(hù)區(qū)后，安排漁民轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)，監(jiān)督污水達(dá)標(biāo)排放，適當(dāng)進(jìn)行特有魚類人工繁殖放流。待自然種群恢復(fù)到較大規(guī)模，即停止放流，以自然恢復(fù)為主。

6.2 健全生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制

河流水生生物自然保護(hù)區(qū)所保護(hù)的雖然是水中的水生生物，特別是珍稀特有魚類，但是保護(hù)區(qū)的管理要求沿岸居民不得在保護(hù)區(qū)內(nèi)從事一些有損保護(hù)功能的生產(chǎn)建設(shè)活動，這就會對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶來一定的影響。因保護(hù)區(qū)建設(shè)使經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到影響的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)給予生態(tài)補(bǔ)償。

6.3 加強(qiáng)水域生態(tài)健康狀況監(jiān)測和研究

對于長江的水域生態(tài)系統(tǒng)來說，加強(qiáng)監(jiān)測尤為重要。因為每修建一個大型水電站，其引起水溫、徑流過程等環(huán)境要素的變化，又會疊加到原來已經(jīng)產(chǎn)生了變化的這些環(huán)境要素上。水電站數(shù)量不斷增加，環(huán)境要素相應(yīng)不斷變化。生物都具有適應(yīng)性，但每種生物的適應(yīng)度都有一定的閾值，超過了閾值，將對其生命活動不利。

長江上游梯級水電開發(fā)對水域生態(tài)的影響有必要進(jìn)行長期的監(jiān)測和深入的研究。須著重對上游自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的達(dá)氏鱘、白鱘、胭脂魚等珍稀魚類自然繁殖的水溫下限的研究；葛洲壩下中華鱘產(chǎn)卵場環(huán)境要素變化對其繁殖影響的研究；四大家魚繁殖要求的下限水溫18℃，最晚滯后到什么時候出現(xiàn)才不至于影響當(dāng)年幼魚生長和安全越冬問題的研究。長江上游的水電梯級開發(fā)規(guī)模，需要以珍稀水生動物生存安全和四大家魚等重要漁業(yè)資源長盛不衰為前提，劃出生態(tài)紅線，確定開發(fā)的“度”。

對于長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)，以及本文建議新設(shè)的青衣江、安寧河、水洛河和藏曲等河流自然保護(hù)區(qū)，同樣需要加強(qiáng)監(jiān)測。在保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置監(jiān)測站，對珍稀特有魚類進(jìn)行全天候監(jiān)測，對河流生態(tài)學(xué)進(jìn)行深入研究，以保障自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

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