黃河大河家水電站建成后水生生物變化分析

張 帥，毛旭鋒，唐文家，李全帥

(1.青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，西寧 810000; 2.青海省自然地理與環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810000； 3.青海省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測中心，西寧 810000；4.三江水電開發(fā)股份有限公司，西寧 810000)

水電站的建設(shè)在發(fā)電、灌溉、防洪和蓄洪等方面有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時也對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響[1,2]。水生生物是河流生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，是河流生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[3]，是反映水電站建設(shè)影響的關(guān)鍵指示物種[4-6]。隨著社會的發(fā)展，人類的干擾對河流水生生態(tài)的影響越來越被人們重視，各流域相關(guān)的調(diào)查研究也相繼開展。王雄等[7]分析了長江流域大寧河浮游植物季節(jié)演替與環(huán)境的響應(yīng)關(guān)系；李國剛等[8]調(diào)查了新疆內(nèi)陸河土著魚類資源的現(xiàn)狀；張軍燕等[9]調(diào)查了黃河上游瑪曲段春季浮游生物的群落組成狀況；還有關(guān)于對水生生物的現(xiàn)狀分析[10-13]。水電站建設(shè)對水生生物影響的研究也有很多，大多數(shù)是圍繞水電站建成后一種水生生物的現(xiàn)狀分析[14-16]、時空變化分析[17-20]和影響分析[21-24]。他們的研究對豐富我國的生態(tài)水利建設(shè)有重要的意義。黃河上游作為黃河的源頭區(qū)域，對下游甚至整個河流生態(tài)系統(tǒng)具有重要的意義[25，26]，是河網(wǎng)生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)，具有高度的敏感性[27]。在我國大力發(fā)展水電能源的背景下，黃河上游水電開發(fā)呈現(xiàn)多級化趨勢。水電開發(fā)在支持地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也會對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的影響。相比長江流域，黃河流域水電建設(shè)的水生生態(tài)影響研究開展得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

本文基于歷史數(shù)據(jù)開展研究，較全面的調(diào)查了大河家水電站運(yùn)行成庫后水生生物的現(xiàn)狀，并對比了2014年水電站建成前水生生物的調(diào)查結(jié)果，初步分析了大河家水電站建成后浮游植物、浮游動物、底棲動物和魚類的變化情況，通過對比建站前后水生生物的變化情況，初步判斷水電站的建設(shè)對這一河段水生生物的影響，為黃河水電建設(shè)的生態(tài)管理提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

大河家水電站是黃河上游龍羊峽—劉家峽河段的第12個梯級水電站，地處環(huán)境敏感和脆弱的青藏高原，上游約5.8 km是積石峽水電站，下游約29.8 km是炳靈水電站(圖1)。水電站于2016年8月投入使用，該電站開發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電，其電站總裝機(jī)容量142 MW，多年平均發(fā)電量5.59 億kWh，水庫正常蓄水位1 783.0 m，相應(yīng)庫容390 萬m3，且?guī)烊莩Ｄ瓯３制椒€(wěn)水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源和樣點(diǎn)設(shè)置

2014年數(shù)據(jù)由青海省三江水電開發(fā)股份有限公司提供，2018年數(shù)據(jù)是通過4月29日-5月3日實(shí)地調(diào)查得到。2018年4個采樣斷面分別是水電站魚類增殖站、庫區(qū)、壩址、水庫下游處(表1)，2014年主要圍繞積石峽至炳靈口河段展開的調(diào)查，其中有4個調(diào)查斷面與本次調(diào)查斷面基本相同(下文用“1號、2號、3號、4號”表示前后4個調(diào)查斷面)，調(diào)查時間也與本次調(diào)查時間基本一致。

表1 大河家水電站水生生物調(diào)查斷面布設(shè)表Tab.1 Location of sampling sitesin the Dahejia hydropower station

1.3 研究方法

研究方法主要包括室外調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和歷史資料查詢等方法。室外調(diào)查主要包括魚類、浮游植物、浮游動物和底棲動物的采集，采集方法主要參考《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要包括魚類種類的鑒定，統(tǒng)計漁獲物組成和測量個體體重、體長等生物學(xué)特征以及浮游生物的定性和定量分析和底棲動物的鑒定。歷史資料的查詢主要包括水電站建成前水生生物調(diào)查結(jié)果和當(dāng)?shù)卣鞴苋藛T提供的資料等。

2 結(jié)果與討論

水利水電工程的建設(shè)可以明顯的改變原有河流的水文狀況，大壩的阻隔也會引起水生生境的破碎化，阻隔魚類的洄游，對水生生物多樣性帶來顯著的影響[28]。大河家水電站的建設(shè)會對原有河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，此次較全面的對比分析了建站前后水生生物的變化情況。

2.1 魚類變化分析

2014年共捕獲魚類2科15種，其中鯉科8種，占53.33%，鰍科7種，占46.67%。2018共捕獲魚類3科9種，其中鯉科4種，占44.44%；鰍科3種，占33.33%；鮭科2種，占22.23%(見表2)。

表2 2018年和2014年大河家水電站魚類種類組成表Tab.2 Fish species composition of Dahejia hydropower station in 2018 and 2014

注：“√”代表采集到的魚類。

2014和2018年的捕撈效率分別是59和51.2 條/d,在大致相同的捕撈強(qiáng)度下，魚類的數(shù)量未發(fā)生大的變化。對兩次漁獲物的組成進(jìn)行分析，鰍科魚類由2014年的65.27%，增加到2018年的73.8%。厚唇裸重唇魚2014年占到總漁獲物的0.11%，2018年未發(fā)現(xiàn)；相反，池沼公魚、虹鱒、麥穗魚等外來魚類數(shù)量有所增加，占比由2014年的7.35%增加到2018年的12.7%?？傮w變化趨勢是土著魚類依然是優(yōu)勢種，但魚類種群結(jié)構(gòu)和區(qū)系組成發(fā)生了一定的變化，外來物種數(shù)量增加(見表3)。

表3 漁獲物基本情況變化表Tab.3 Fish catch list from Dahejia hydropower station

注：“—”代表未采集到該種魚類。

該河段魚類由15種減少到9種，減少約40%，新增3種。增加了修長高原鰍、池沼公魚和虹鱒魚3種魚類，其中虹鱒魚為引入種(見表4)。

表4 魚類變化分析表Tab.4 Comparison of fish before and after water storage

分析得出該河段魚類資源相對較少，物種多樣性差，大型經(jīng)濟(jì)魚類種類較少，種群較小，而小型鰍科魚類種類相對較多。兩次魚類的調(diào)查結(jié)果差異較大，2018年魚類物種數(shù)減少較多，減少種類主要是鰍科等小型魚類，引入種有池沼公魚和虹鱒魚，這兩種類群在該河段已形成自然種群。后經(jīng)調(diào)查和詢問當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門得出，外來物種的引入與本工程建設(shè)無關(guān)，主要來源于上游庫區(qū)養(yǎng)殖逃逸和當(dāng)?shù)鼐用穹派?/p>

2.2 浮游植物的變化分析

調(diào)查區(qū)域浮游植物的種類明顯減少，由55種變?yōu)?6種，減少約52.7%，變動幅度較大。平均密度增加約22.3%，平均生物量減少約21.1%(見表5)，硅藻等清水藻類仍是該區(qū)域主要類群。

表5 大河家水電站浮游植物變化表Tab.5 Density and biomass change of phytoplankton in Dahejia hydropower station

2.3 浮游動物的變化分析

浮游動物的密度和生物量都有所增加，平均密度增加約58.2%，平均生物量增加約64.4%，種類減少30.4%(見表6)，新發(fā)現(xiàn)了無節(jié)幼體和劍水蚤。電站建成后，浮游動物的生存環(huán)境發(fā)生變化，雖然調(diào)查前一天有降水，但是浮游動物的生物量和密度還有所增加，說明此區(qū)域已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的生存環(huán)境，有利于浮游動物的生存。

表6 浮游動物變化情況表Tab.6 Density and biomass change of zooplankton in Dahejia hydropower station

2.4 底棲動物的變化分析

2014年共檢出底棲動物6種，鉤蝦、蜻蜓幼蟲、橢圓蘿卜螺、寡毛類、劃蝽和搖蚊類。2018共檢出底棲動物3種，鉤蝦、蘿卜螺和搖蚊幼蟲。調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃河積石峽至炳靈段多數(shù)地段為礫石和沙質(zhì)沉積地貌，該區(qū)域水量較大，水流湍急，沿岸沖刷崩塌嚴(yán)重，河道多為沙礫石底質(zhì)，不是底棲動物適宜生境，該河段底棲動物也相對較少。兩次調(diào)查的底棲動物種類較少且分布不均勻，以鉤蝦為優(yōu)勢種，在河段均有分布，在庫尾區(qū)域數(shù)量最豐富。在進(jìn)行漁獲物解剖分析時，發(fā)現(xiàn)虹鱒魚胃含物中有鉤蝦和橢圓蘿卜螺，且鉤蝦在魚胃中的充度達(dá)到6級，說明在該區(qū)域鉤蝦和螺的數(shù)量較為豐富。

2.5 研究的不確定性分析

雖然采樣過程嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及在相關(guān)專家指導(dǎo)下進(jìn)行，但是采樣不確定性因素也應(yīng)該值得注意。首先，魚類采樣捕撈具有一定的偶然性，時間、地點(diǎn)和天氣等因素均會影響捕撈結(jié)果。對此，我們通過多次、多點(diǎn)和多時間捕撈，增加捕撈強(qiáng)度、減少樣本的不確定性；其次，浮游生物受到采樣地點(diǎn)、時間、天氣等因素的影響[29]。針對這一點(diǎn)，我們前期對采樣方法和采樣斷面的設(shè)計做了充分的準(zhǔn)備，并且邀請了相關(guān)專家進(jìn)行實(shí)地指導(dǎo)。一般而言，水電站建成后，由于水域營養(yǎng)鹽類的增加，流水水域變成微流水或靜水水域，加上黃河上游龍羊峽水庫的建成，水體中泥沙含量降低，透明度增加，有利于浮游動、植物的繁殖與生長。我們發(fā)現(xiàn)此次浮游植物平均生物量略小于建站前，這可能與調(diào)查前幾天的降雨和降溫天氣有關(guān)，也可能受地理位置、流域區(qū)域環(huán)境條件和水電站庫容較小等因素的限制，所以生物量的增幅可能會受到影響。由于研究區(qū)地處青藏高原，加上電站成庫后容易形成小氣候，因此采樣時的天氣是極不容易預(yù)測的。以往的水生生物調(diào)查多結(jié)合環(huán)境因子展開影響研究[30-32]，浮游植物的生物量和豐度也會受許多環(huán)境因子的影響而發(fā)生變化[33]，這在許多河湖研究中具有體現(xiàn)[34-36]，其中溫度是影響浮游植物最重要的環(huán)境因子[37,38]。外部的環(huán)境因子對于水生生物的影響是必然的，水生生物會隨外部的環(huán)境改變而發(fā)生變化。針對相關(guān)不確定因素的分析，今后應(yīng)適當(dāng)增加采樣斷面數(shù)，合理的增加采樣斷面的采樣點(diǎn)數(shù)；增加對環(huán)境因子和水體理化性質(zhì)的影響效應(yīng)等內(nèi)容的分析。

3 結(jié) 語

本次研究發(fā)現(xiàn)，大河家水電站建成后水生生物發(fā)生了明顯的變化，尤其是魚類的變化。雖然水電站運(yùn)行后魚類的數(shù)量總體趨于穩(wěn)定，但本土魚類的生物多樣性有所下降，中亞高山復(fù)合體依然是該河段的優(yōu)勢種群，但優(yōu)勢度有向少數(shù)本地種集中的趨勢(如黃河高原鰍)。部分外來物種組成比例增加，一些中國江河平原復(fù)合體的小型魚類(如麥穗魚)在局部水域數(shù)量增加。

浮游生物在數(shù)量和生物量上總體呈上升趨勢。除浮游植物生物量略小于2014年外，該區(qū)域浮游植物的數(shù)量、浮游動物的數(shù)量和和生物量呈上升趨勢。河段浮游植物的群落結(jié)構(gòu)基本保持了原河流的狀態(tài)，硅藻等清水藻類仍將是其主要類群。浮游動物的種群結(jié)構(gòu)變化不大，還是以原生動物為優(yōu)勢種群，輪蟲類、枝角類和橈足類的數(shù)量在庫區(qū)有所增加。底棲動物的種群結(jié)構(gòu)和區(qū)系沒有發(fā)生大的變化，主要以鉤蝦、蘿卜螺和搖蚊幼蟲為常見種。