不同水位下擬建鄱陽(yáng)湖水利樞紐對(duì)食塊莖鳥類棲息地適宜性的影響研究

姚斯洋,李昕禹,2,劉成林,柳 波,張 靜,*,況衛(wèi)明

1 南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,南昌 330031

2 南昌大學(xué)際鑾書院,南昌 330031

3 江西水利職業(yè)學(xué)院,南昌 330013

有“候鳥王國(guó)”之美稱的鄱陽(yáng)湖現(xiàn)為亞洲最大的候鳥越冬地[1- 3]。2003年以后,鄱陽(yáng)湖出現(xiàn)了枯水期提前和枯水位持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)的現(xiàn)象[4- 5],這種濕地水文節(jié)律的改變導(dǎo)致部分水鳥賴以為食的特定水生植被衰退,從而使有效的覓食地面積減小。針對(duì)上述鄱陽(yáng)湖枯水期提前的問(wèn)題,江西省提出了為“一湖清水”——鄱陽(yáng)湖水利樞紐(簡(jiǎn)稱樞紐)建設(shè)的提議,以提高鄱陽(yáng)湖枯水期水資源和水環(huán)境承載能力。在2013年6月江西省樞紐建設(shè)辦公室初步擬定了樞紐規(guī)劃調(diào)度方案[6],每逢豐水期(約3—9月)樞紐不控水,保持全開；枯水期(約10月—翌年3月)樞紐下閘欄水,根據(jù)當(dāng)年實(shí)際水情對(duì)湖區(qū)水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。

樞紐的實(shí)施對(duì)濕地生態(tài)尤其是候鳥可能產(chǎn)生的潛在影響,逐漸成為了國(guó)際的焦點(diǎn)[7]。郭恢財(cái)?shù)萚8]定性分析了樞紐對(duì)候鳥棲息地造成的影響,賴格英與王鵬等[9- 10]單方面地分析了這些影響。但是,在目前的研究中,鮮有定量、全面地進(jìn)行樞紐對(duì)候鳥棲息地造成影響的研究。

眾學(xué)者為量化人工控水措施對(duì)濕地生態(tài)、水文等方面影響展開過(guò)許多研究[11- 12],如：Li[11]等利用RS技術(shù)與線性模型量化水位與濕地景觀之間的關(guān)系,評(píng)估了長(zhǎng)江至淮河調(diào)水工程對(duì)菜籽湖候鳥可利用棲息地面積的影響,發(fā)現(xiàn)50%以上的草地和泥潭將會(huì)因調(diào)水工程的運(yùn)營(yíng)而消失。但是,對(duì)于濕地候鳥而言,上述研究?jī)H考慮了它們選擇棲息地的單一因素,而候鳥選擇棲息地考慮的因素往往是多樣的[13]。近些年來(lái),學(xué)者們利用3S技術(shù),通過(guò)建立水鳥棲息地適宜性模型來(lái)定量評(píng)估其生境質(zhì)量的探討已經(jīng)逐漸成為熱點(diǎn)[14- 15],其中棲息地適宜性被定義為環(huán)境為野生動(dòng)物提供適當(dāng)條件的能力[15]。有學(xué)者[15-18]通過(guò)量化研究水鳥棲息地的多種特征,選擇影響水鳥選擇棲息地的關(guān)鍵指標(biāo),運(yùn)用3S技術(shù)構(gòu)建棲息地適宜性模型,生成棲息地適宜性分布圖取得了較好的效果。如Tang等[15]根據(jù)越冬雁類(如：小天鵝、白額雁(Anseralbifrons)等)的習(xí)性選取了歸一化植被指數(shù)(NDVI)、景觀分類、水源密度等評(píng)價(jià)指標(biāo),建立越冬雁類棲息地適宜性評(píng)價(jià)模型,探究了土地利用變化對(duì)其越冬棲息地適宜性的影響。因此,可以通過(guò)構(gòu)建適宜性評(píng)價(jià)模型來(lái)定量全面地研究樞紐對(duì)越冬候鳥的棲息地的影響問(wèn)題。但是,由于樞紐興建后鄱陽(yáng)湖的水情是未知的,構(gòu)建樞紐興建后的適宜性評(píng)價(jià)模型成為了難點(diǎn)。

近年來(lái),隨著數(shù)值模擬技術(shù)[19-22]的發(fā)展,可通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)得出樞紐興建后鄱陽(yáng)湖的水情[9-10],從而計(jì)算樞紐興建后的棲息地適宜性。本文根據(jù)鄱陽(yáng)湖食塊莖代表鳥類白鶴、白枕鶴、小天鵝選擇棲息地的特點(diǎn),利用3S技術(shù)在GIS平臺(tái)上搭建了棲息地適宜性模型,并結(jié)合二維水動(dòng)力模型,在樞紐建設(shè)辦公室在2017年5月20日提出的工程規(guī)劃調(diào)度方案[23]的基礎(chǔ)上,評(píng)估了樞紐興建前、后,湖泊食塊莖鳥類棲息地的適宜性,定量分析擬建樞紐對(duì)食塊莖鳥類棲息地面積造成的影響,揭示擬建鄱陽(yáng)湖水利工程樞紐對(duì)食塊莖鳥類棲息地適宜性的相互作用關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖是個(gè)過(guò)水性的吞吐型湖泊,是中國(guó)的第一大淡水湖泊,且其蓄水容積懸殊極大,豐水季節(jié)呈現(xiàn)湖泊狀態(tài),枯水季節(jié)呈現(xiàn)河流狀態(tài),由此形成了“高水是湖,低水似河”的奇特景觀,如圖1。在鄱陽(yáng)湖主湖區(qū)內(nèi)共設(shè)有7個(gè)主要水文站,其中星子站(圖1)由于處于鄱陽(yáng)湖入江主河道的瓶頸處,其水位常被研究學(xué)者當(dāng)做反映鄱陽(yáng)湖整體水位高低的代表[1, 8- 10],豐水期鄱陽(yáng)湖一片汪洋,當(dāng)星子水位低于14.5 m時(shí),碟形湖開始依次顯露(碟形湖是鄱陽(yáng)湖盆區(qū)內(nèi)枯水季節(jié)顯現(xiàn)的碟形洼地,由于其春季孕育了大面積的濕地植被與底棲動(dòng)物,為候鳥提供了優(yōu)越的生境[24])；當(dāng)星子水位降到10 m左右時(shí),碟形湖全部露出與主湖沒(méi)有了聯(lián)系,由此標(biāo)志鄱陽(yáng)湖進(jìn)入枯水期[25]。鄱陽(yáng)湖于10月份左右進(jìn)入枯水期,鄱陽(yáng)湖中十分豐富的部分底棲動(dòng)物以及沉水植被(如苦草(Vallisnerianatans)等)開始露出并達(dá)到食塊莖鳥類(如白鶴等)的取食條件,且部分灘涂植被(如苔草(Carexspp.)等)是食草鳥類(如白額雁)的主要食物。因此,越冬候鳥在此時(shí)相繼到來(lái),當(dāng)次年的3月左右時(shí)長(zhǎng)江中下游地區(qū)進(jìn)入雨季,鄱陽(yáng)湖的水位緩慢上漲,越冬候鳥在此時(shí)陸續(xù)離開。

圖1 鄱陽(yáng)湖豐水期與枯水期遙感圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1地形與水文數(shù)據(jù)

用于建模與水深計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)自于2010年?yáng)鸥穹直媛? m×5 m的實(shí)測(cè)DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)；用于設(shè)置模型邊界條件與驗(yàn)證模型的水文數(shù)據(jù)分別來(lái)自于“五河七口”7個(gè)水文站與湖區(qū)內(nèi)5個(gè)水文站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(時(shí)間為1970—2010年)。

1.2.2遙感影像與土地分類數(shù)據(jù)

圖1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自于選取的兩景LandSat遙感影像數(shù)據(jù)(來(lái)源網(wǎng)址為http://earthexplorer.usgs.gov/),時(shí)間分別為2010- 12-08(星子水位6.25 m,黃海高程,下同)、2010- 10-05(星子水位13.38 m)；用于進(jìn)行景觀分類、植被覆蓋度估算和水深計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)自于五景LandSat遙感影像數(shù)據(jù),時(shí)間分別為1999- 12-02(星子水位9.75 m)、2006- 11-03(星子水位8.08 m)、2007-03- 27(星子水位9.07 m)、2010- 12-08(星子水位6.25 m)、2013- 11- 22(星子水位7.12 m),選擇理由在下文中(1.4.2)提及；用于計(jì)算人類活動(dòng)距離的土地分類數(shù)據(jù)來(lái)自于2010年江西省土地利用矢量數(shù)據(jù)。

1.3 二維水動(dòng)力模型

1.3.1水動(dòng)力模型的建立

鄱陽(yáng)湖屬寬淺型湖泊,水體垂向混合狀況較好[25],鄱陽(yáng)湖岸線曲折復(fù)雜,地形空間變異較大,針對(duì)以上特點(diǎn),選擇基于無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的Mike 21 模型[26-27]。該計(jì)算模塊原理基于不可壓縮的雷諾Navier-Stokes平均方程沿水深積分的連續(xù)方程和動(dòng)量方程[28],描述平面二維水流的連續(xù)方程和動(dòng)量方程見式(1)和式(2)。

連續(xù)方程：

(1)

動(dòng)量方程：

(2)

湖泊地形的建立基于2010 年實(shí)測(cè)數(shù)字高程(DEM)數(shù)據(jù),采用非結(jié)構(gòu)化的三角形網(wǎng)格,并對(duì)與地形變化較大的河道區(qū)域與區(qū)域內(nèi)碟形湖進(jìn)行網(wǎng)格加密,湖泊邊界根據(jù)豐水期遙感影像以及現(xiàn)修建的提防確定,最終構(gòu)建的地形文件網(wǎng)格數(shù)為206970,節(jié)點(diǎn)數(shù)為106475。模型的入流條件來(lái)自“五河”實(shí)測(cè)的流量過(guò)程線,模型的下游開邊界條件為湖口水位過(guò)程線。為了保持入流與出流的水量平衡,本文根據(jù)賴格英等[10]的研究,將入流流量數(shù)據(jù)乘了一個(gè)比例系數(shù)為 1.15,使在一個(gè)模擬的水文周期中,“五河”入流量大致等于湖口水文站的出流量,模型概化如圖2所示。糙率根據(jù)地形特點(diǎn)采用空間變化的糙率場(chǎng),由主河道的0.018過(guò)渡至植被區(qū)域的0.028[27]。

圖2 模型概化圖

1.3.2典型年的選取和樞紐興建后水動(dòng)力的模擬

考慮到地形數(shù)據(jù)的時(shí)效性,又考慮到數(shù)據(jù)的可對(duì)比性(星子水位在調(diào)度時(shí)間內(nèi)變幅較大(圖3)),因此本文選擇2010年作為典型年來(lái)進(jìn)行樞紐調(diào)度模擬。考慮到候鳥越冬的時(shí)間、水動(dòng)力模型的預(yù)熱期,故把有樞紐情景模擬時(shí)間設(shè)在當(dāng)年的8月初至次年3月初,調(diào)度水位按照樞紐建設(shè)辦公室最新提出的工程規(guī)劃調(diào)度方案設(shè)定,如圖3。

圖3 擬建樞紐調(diào)度水位與2010年冬季星子水位

由于鄱陽(yáng)湖湖口處的水位受長(zhǎng)江干流流量的影響較大[29],故本文構(gòu)建鄱陽(yáng)湖有擬建樞紐狀態(tài)下的水動(dòng)力模型是將“五河”來(lái)流過(guò)程及湖口實(shí)測(cè)水位過(guò)程分別作為總體模型的進(jìn)、出口邊界條件,但是由于Mike21內(nèi)置建筑物設(shè)置不能滿足樞紐的水位調(diào)度要求,根據(jù)以往研究[9-10],在樞紐處加設(shè)一開邊界來(lái)控制樞紐的水位進(jìn)行調(diào)度,但利用此種方法不能很好的模擬工程選址下游區(qū)域的水情。考慮到樞紐實(shí)際蓄水過(guò)程中的閘上、下水位差,把模型以樞紐選址位置為中心,分為南、北兩塊區(qū)域,南區(qū)域面積為2846.1 km2,用來(lái)模擬樞紐上游水情,北區(qū)域面積為160.9 km2,用來(lái)模擬樞紐下游水情,并提取一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)南區(qū)域樞紐處的流量,把它作為北區(qū)域的進(jìn)口邊界條件,由此來(lái)模擬擬建樞紐下游水情。

1.4 適宜性評(píng)價(jià)模型

1.4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與計(jì)算

指標(biāo)的選?。?/p>

根據(jù)先前對(duì)鄱陽(yáng)湖主要食塊莖鳥類白鶴、小天鵝和白枕鶴的研究[30-32],將影響鄱陽(yáng)湖食塊莖鳥類選擇棲息地的主要指標(biāo)定為：C1景觀分類、C2水深、C3植被覆蓋度、C4人類活動(dòng)距離、C5保護(hù)區(qū)等級(jí),具體選擇理由如下。

濕地景觀的不同,食塊莖鳥類食物豐富度也存在著不同,因此濕地景觀分類被選作代表食塊莖鳥類的食物豐富度的評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]；食塊莖鳥類需要一個(gè)適當(dāng)?shù)乃顏?lái)滿足其生境要求[33],故水深是影響食塊莖鳥類棲息的重要條件,雖然不同食塊莖鳥類對(duì)具體水深要求存在著不同(如,白枕鶴筑巢和覓食水深為5—25 cm,白鶴的覓食以及夜憩水深為20—30 cm,小天鵝的覓食水深為30—70 cm[33-35]),但是大體水深要求還是處于一個(gè)相近的范圍,因此本文按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分；鄱陽(yáng)湖枯水期豐富的植被為鳥類提供了隱蔽和休憩場(chǎng)所,對(duì)越冬鳥類的生存起到至關(guān)重要的作用,因此植被覆蓋度被選取為一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[36]；鳥類在選擇棲息地時(shí),往往遠(yuǎn)離人口密集的城鎮(zhèn)、居住地和道路,因此人類活動(dòng)距離是影響候鳥棲息的關(guān)鍵因素之一[31-32,36]；近年來(lái),政府相關(guān)部門為了減小人類對(duì)鄱陽(yáng)湖鳥類的干擾,在鄱陽(yáng)湖湖區(qū)內(nèi)劃分了2個(gè)國(guó)家級(jí),1個(gè)省級(jí),2個(gè)縣級(jí)候鳥自然保護(hù)區(qū),對(duì)保護(hù)鳥類起到了關(guān)鍵作用,因此自然保護(hù)區(qū)等級(jí)也被選為本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一[31-32]。以上評(píng)價(jià)指標(biāo)分別被分為四類,依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)如下表1。

表1 評(píng)價(jià)因子的分類

樞紐興建前指標(biāo)的計(jì)算：

各景LandSat 遙感影像在ENVI 內(nèi)進(jìn)行校正、拼接等處理后,進(jìn)行監(jiān)督分類和NDVI計(jì)算,以得到景觀分類指標(biāo)C1和計(jì)算植被覆蓋度指標(biāo)C3所需的NDVI數(shù)據(jù),其中植被覆蓋指標(biāo)利用NDVI對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行估算[39]。用于計(jì)算人類活動(dòng)距離指標(biāo)C4的數(shù)據(jù)來(lái)自與江西省2010年的土地分類數(shù)據(jù)在ArcGIS軟件中進(jìn)行歐氏距離(Euclidean distance)計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)；保護(hù)區(qū)級(jí)別指標(biāo)C5數(shù)據(jù)根據(jù)文獻(xiàn)[37]整理出。其中景觀分類指標(biāo)與保護(hù)區(qū)級(jí)別指標(biāo)的量化是分別將各適宜級(jí)別的區(qū)域由低到高依次賦值為0、1、3、5；水深指標(biāo)C2計(jì)算的步驟為,提取景觀分類完成結(jié)果內(nèi)水體景觀,并轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù),利用2010年實(shí)測(cè)DEM(5 m×5 m)數(shù)據(jù)切割出水面線高程并進(jìn)行插值得到水面高程,再利用得到的水面高程與DEM數(shù)據(jù)作差,從而得到所需水深指標(biāo)。

其中,植被覆蓋計(jì)算公式為：

(3)

式中,F為整個(gè)區(qū)域的植被覆蓋度,NDVIsoil為累計(jì)頻率為5%的NDVI,NDVIveg為累計(jì)頻率為95%的NDVI。

樞紐興建后指標(biāo)的計(jì)算：

樞紐修建后的水深指標(biāo)C2直接通過(guò)所建二維水動(dòng)力模型的模擬結(jié)果提取,人類活動(dòng)距離指標(biāo)C4、保護(hù)區(qū)等級(jí)指標(biāo)C5則與樞紐修建前保持一致。由于樞紐修建后的景觀分類指標(biāo)C1和植被覆蓋指標(biāo)C3是需要遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)提取的,但目前還不存在這樣的遙感圖像。因此,樞紐修建后的C1和C3指標(biāo)通過(guò)以下方式獲得：

對(duì)于南部區(qū)域(從五條河流的入口到樞紐),利用相應(yīng)的水動(dòng)力模型模擬樞紐修建后的水情去校正樞紐修建前的景觀分類結(jié)果和植被覆蓋結(jié)果。對(duì)于景觀分類結(jié)果,主要利用水動(dòng)力模型模擬樞紐修建后的水深去校正相應(yīng)樞紐修建前的景觀分類結(jié)果中深水與淺水區(qū)域。對(duì)于植被覆蓋結(jié)果,基于樞紐修建前的植被覆蓋結(jié)果,根據(jù)水動(dòng)力模型模擬樞紐修建后的水面將相應(yīng)有水的區(qū)域賦值為0,其他則不變；

對(duì)于北部區(qū)域(從樞紐的位置到湖口站),在水動(dòng)力模型中,提取樞紐修建前、后的水位過(guò)程作比較,發(fā)現(xiàn)水位過(guò)程中相差并不大。因此,把樞紐修建前的評(píng)價(jià)指標(biāo)當(dāng)做樞紐修建后的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)參與計(jì)算。

1.4.2不同水位的典型日期與遙感影像的選取

由于樞紐建成后對(duì)星子水位會(huì)產(chǎn)生較大影響,對(duì)鄱陽(yáng)湖食塊莖鳥類棲息地進(jìn)行定量分析時(shí)不能單獨(dú)考慮水位變化,還要考慮樞紐的調(diào)度時(shí)間。由圖3得,當(dāng)擬建樞紐建成后其調(diào)度水位在9—1至12—1變化幅度較大,而在12—1至次年3—1則相對(duì)穩(wěn)定,故選擇12—1至次年3—1進(jìn)行面積變化分析。綜上所述,以無(wú)擬建樞紐下星子水位為參考標(biāo)準(zhǔn),在擬建樞紐調(diào)度水位穩(wěn)定時(shí)期,尋找星子水位分別為由低向高變化相對(duì)應(yīng)的典型日期。最終選擇的日期為2010- 12-08(代表水位6 m)、2010- 12- 15(代表水位7 m)、2010- 12- 16(代表水位8 m)、2010- 12- 18(代表水位9 m)、2010- 12- 23(代表水位9.8 m),又考慮到數(shù)據(jù)的可及性,若上述選擇的日期的遙感影像無(wú)法獲取,則利用星子水位一致的影像替代(文中1.2)。

1.4.3數(shù)據(jù)歸一化處理與適宜性計(jì)算

其中各指標(biāo)通過(guò)計(jì)算得到原始值之后通過(guò)下列公式進(jìn)行歸一化處理,以消除量綱的差異。

對(duì)于正向指標(biāo)采用,

(4)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)采用,

(5)

式中,Aij為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值,Xij為第i年的第j個(gè)指標(biāo)的原始值,minXij和maxXij分別為第j個(gè)指標(biāo)中的最小值和最大值。

(6)

式中,HSI是棲息地適宜性；wi和fi是評(píng)估指標(biāo)i的權(quán)重和值；n是評(píng)估指標(biāo)的數(shù)量。

2 結(jié)果

2.1 二維水動(dòng)力模型驗(yàn)證結(jié)果

分別利用湖區(qū)內(nèi)的五個(gè)站點(diǎn)(星子、都昌、康山、龍口、棠蔭)的2010年水位過(guò)程線對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)表2可得,其中水位相對(duì)誤差均在0.09—0.40 m之間,N-S系數(shù)在0.898—0.992之間,其中星子、唐蔭、龍口、都昌四站模擬結(jié)果相對(duì)較好,N-S系數(shù)達(dá)0.975以上,但是康山站枯水期誤差較大(可達(dá)1—2 m),因此進(jìn)一步分析造成此誤差的原因：康山大堤修筑取土,從而導(dǎo)致康山站附近局部地形多變,現(xiàn)有模型網(wǎng)格的分辨率未能很好地反映康山站附近的實(shí)際地形變化情況,在地形插值后,原有的深窄主槽受周邊較高灘地的影響,地形被抬高,從而水位升高,影響了模型的計(jì)算結(jié)果；而通過(guò)實(shí)地調(diào)查與咨詢相關(guān)專家得知,康山站枯水期水位監(jiān)測(cè)由于條件限制,多由人工觀測(cè)記錄,因此導(dǎo)致康山站枯水期實(shí)測(cè)水位記錄水位存在一定的誤差。本文的驗(yàn)證結(jié)果顯示模擬誤差在一個(gè)較可接受范圍內(nèi),表明所建立的鄱陽(yáng)湖水動(dòng)力模型較好地模擬了鄱陽(yáng)湖的水情。

表2 模型驗(yàn)證結(jié)果

2.2 擬建樞紐對(duì)食塊莖鳥類棲息地適宜性影響

根據(jù)1.4中的計(jì)算步驟,先利用RS與GIS技術(shù)計(jì)算樞紐興建前的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),再在ArcGIS平臺(tái)上通過(guò)式(6)得到樞紐興建前的適宜性；再利用二維水動(dòng)力模型模擬的樞紐興建后的水情結(jié)合樞紐興建前的各個(gè)指標(biāo),通過(guò)式(6)得到樞紐興建后的適宜性。根據(jù)此方法,依次分別計(jì)算各個(gè)水位下(6—9.8 m)鄱陽(yáng)湖在有、無(wú)樞紐下的適宜性,最后得到最終結(jié)果如圖4和表3所示。

表3 不同星子水位下,有、無(wú)擬建樞紐食塊莖鳥類棲息地適宜性分布

圖4 不同星子水位下,有、無(wú)擬建樞紐食塊莖鳥類棲息地適宜性分布

樞紐運(yùn)行前,鄱陽(yáng)湖動(dòng)態(tài)水位下食塊莖鳥類生境類型變化較不明顯。在星子水位為6.25 m時(shí),食塊莖鳥類適宜生境分布最為廣泛,面積為1455.18 km2,占研究區(qū)總面積的48.39%,在各級(jí)自然保護(hù)區(qū)中均有分布,不適宜生境主要包括深水湖泊以及河流。當(dāng)水位持續(xù)升高時(shí),適宜生境分布范圍有所減小,但是總體分布仍然集中在各級(jí)自然保護(hù)區(qū)當(dāng)中。當(dāng)水位達(dá)到9.00 m時(shí),食塊莖鳥類適宜生境面積減小為999.62 km2,占研究區(qū)總面積的33.24%,北部省級(jí)自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了部分較不適宜的生境斑塊。樞紐運(yùn)行后,鄱陽(yáng)湖動(dòng)態(tài)水位下食塊莖鳥類生境類型變化較明顯。在星子水位為6.25 m時(shí),食塊莖鳥類適宜生境分布最為廣泛,面積為1183.83 km2,占研究區(qū)總面積的39.37%,在各級(jí)自然保護(hù)區(qū)中均有分布,不適宜生境主要包括深水湖泊、河流以及樞紐選址處至都昌站區(qū)域。當(dāng)星子水位持續(xù)升高,食塊莖鳥類適宜生境分布持續(xù)減小,其水位上升至8 m左右時(shí),縣級(jí)和南部省級(jí)自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了明顯的較不適宜生境,當(dāng)其水位上升至9.8 m時(shí),食塊莖鳥類適宜生境面積減小為777.86 km2,占研究區(qū)總面積的25.87%。

從表3結(jié)果可得,不同星子水位下,從有、無(wú)樞紐食塊莖鳥類生境變化情況來(lái)看,隨著星子水位的動(dòng)態(tài)增加,適宜性在較不適合級(jí)增加的比例均集中在5%—10%,適宜性在不適合級(jí)增加的比例集中在7%—13%。由圖4可知,當(dāng)樞紐運(yùn)行時(shí),在樞紐選址處至都昌站附近不適合級(jí)區(qū)域顯著增加,在縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的較不適合級(jí)區(qū)域顯著增加,且隨著水位的升高,這些區(qū)域的分布隨之?dāng)U大,而國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的適宜性受樞紐影響較小。因此,樞紐的運(yùn)行對(duì)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)影響較小,對(duì)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)和縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)影響較大,分析其原因：這些不適合級(jí)增加較多的區(qū)域均處于鄱陽(yáng)湖主河道周邊,樞紐的運(yùn)行將不可避免地抬高主河道的水位,使這些區(qū)域的水深增加,植被覆蓋減小,從而達(dá)不到湖泊候鳥棲息所需要的條件,因此這些不適合級(jí)區(qū)域增加較大。據(jù)表3又可得,當(dāng)星子水位處于6—9.8 m時(shí),因樞紐的運(yùn)行減少的鄱陽(yáng)湖主湖區(qū)內(nèi)適合食塊莖鳥類棲息的面積(適宜性為適合級(jí)加較適合級(jí))均集中在500 km2左右。

3 討論

鄱陽(yáng)湖是典型的過(guò)水性吞吐型湖泊,水位呈現(xiàn)著明顯的季節(jié)性變化[24]。劉成林等[1]把水陸過(guò)渡帶以及其擺動(dòng)地帶作為候鳥棲息地,對(duì)鄱陽(yáng)湖的水位變化對(duì)候鳥棲息地的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)和分析,發(fā)現(xiàn)水位越高鳥類的生存空間越小。每年九至十月,即鳥類越冬前期,此時(shí)由于大多數(shù)鳥類在遷徙途中且此時(shí)鄱陽(yáng)湖水位較高,星子水位大約在15 m左右波動(dòng),適宜鳥類覓食的草洲尚未出露,淺水區(qū)的面積也相對(duì)較小,尚不能為已經(jīng)到達(dá)的水鳥提供良好的覓食和棲息環(huán)境[33],因此此時(shí)湖區(qū)食塊莖鳥類較少,此時(shí)樞紐調(diào)度水位為14—15 m,故樞紐對(duì)此時(shí)越冬的食塊莖鳥類棲息影響不大。在十一月左右,星子水位下降至10 m左右時(shí),碟形湖與主湖區(qū)沒(méi)有直接的聯(lián)系,形成孤立的水域,碟形湖周邊更多的泥灘地外露,此內(nèi)水陸過(guò)渡帶面積越來(lái)越大,泥灘和草洲漸漸出露[34],各種食塊莖鳥類紛紛到此覓食和棲息,調(diào)控水位為11—12 m。12月—翌年3月份,星子水位逐步下降至6 m左右且各碟形湖水位也逐步下降[40],此時(shí),碟形湖內(nèi)以苦草、黑藻(Hydrillaverticillata) 、馬來(lái)眼子菜為代表的沉水植被帶達(dá)到白鶴等食塊莖鳥類的適宜覓食水深范圍,大量鳥類集中覓食[34],此時(shí)樞紐的調(diào)度水位由10 m逐步下降至9.5 m。根據(jù)本文結(jié)果,在這段時(shí)間內(nèi),因樞紐運(yùn)行而減少的適合和較適合食塊莖鳥類棲息的面積均集中在500 km2左右,這些區(qū)域主要分布在省級(jí)以及縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)。而在這段時(shí)間內(nèi)的大部分時(shí)間,食塊莖鳥類基本集中于碟形湖內(nèi)棲息[40- 41],故此時(shí)樞紐對(duì)食塊莖鳥類的棲息無(wú)較大影響。當(dāng)時(shí)間至翌年2月份左右鳥類越冬后期時(shí),隨著食塊莖鳥類的不斷挖掘,碟形湖內(nèi)食物減少,食塊莖鳥類的覓食地點(diǎn)轉(zhuǎn)移至主湖區(qū)的淺灘中[34],此時(shí)樞紐將對(duì)食塊莖鳥類棲息產(chǎn)生較大影響。

王鵬等[8]認(rèn)為樞紐對(duì)國(guó)家級(jí)候鳥自然保護(hù)區(qū)影響較小,郭恢財(cái)?shù)萚9]認(rèn)為樞紐將對(duì)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)造成較大影響,保護(hù)區(qū)約50%的面積較受其嚴(yán)重的影響,這與本文的結(jié)果基本一致,但是根據(jù)本文結(jié)果,縣級(jí)候鳥自然保護(hù)區(qū)也將受樞紐較大的影響。分析其原因：本文選取水動(dòng)力模型的日期大多數(shù)與遙感影像的日期不一致,水動(dòng)力模型選擇的時(shí)刻多數(shù)處在鄱陽(yáng)湖的漲水時(shí)段,與遙感影像的時(shí)刻相比,雖然星子水位一致,但是五河來(lái)水較多,而縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)距離五河入水口較近,因此結(jié)果放大了樞紐對(duì)縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)的影響。根據(jù)圖4可得,北部的省級(jí)自然保護(hù)區(qū)受樞紐影響最大,當(dāng)星子水位分別為：6、7、8、9、9.8 m時(shí),其將因樞紐的運(yùn)行分別減小適合食塊莖鳥類的棲息地面積為：18.01、26.49、33.80、39.80、32.79 km2。從濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)角度,樞紐如何控制湖區(qū)水位成為最為關(guān)鍵的問(wèn)題[42],由本文的結(jié)果來(lái)看,此水位調(diào)度方案雖對(duì)湖泊塊莖鳥類越冬前期棲息產(chǎn)生的影響較小,但仍然會(huì)犧牲一部分越冬后期適合塊莖鳥類棲息的區(qū)域,因此樞紐可執(zhí)行動(dòng)態(tài)調(diào)度方案,如：當(dāng)湖泊內(nèi)鳥類較多時(shí)加快湖泊的水位下降速度,以產(chǎn)生更加廣闊適合候鳥棲息的區(qū)域,減小鳥類過(guò)多聚集時(shí)搶食造成的危害及傳染病的風(fēng)險(xiǎn)。

近年來(lái),由于全球氣候變化與人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引發(fā)的江湖關(guān)系演變等共同影響,鄱陽(yáng)湖枯水期延長(zhǎng),水環(huán)境與水資源承載力明顯不足,已嚴(yán)重威脅到鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)安全[5]。食塊莖鳥類主要以挖掘的方式覓食,枯水期延長(zhǎng)導(dǎo)致的灘洲暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致土壤變硬,從而阻礙食塊莖鳥類覓食,而樞紐能改變水位的季節(jié)性變化,改善濕地土壤水分條件,提升濕地土壤水的深度、土壤含水量,從而對(duì)食塊莖鳥類產(chǎn)生正面影響。另一方面,樞紐還可以增加湖泊水體容量,擴(kuò)大食塊莖鳥類的賴以為生的沉水植被(如：苦草等)的生長(zhǎng)范圍,從而增加食塊莖鳥類的食物豐富度。

4 結(jié)論與展望

本文綜合利用適宜性評(píng)估模型和水動(dòng)力模型,分別進(jìn)行了鄱陽(yáng)湖在有、無(wú)擬建樞紐狀態(tài)下的食塊莖鳥類棲息地適宜性計(jì)算,通過(guò)比較鄱陽(yáng)湖在有、無(wú)擬建樞紐狀態(tài)下的食塊莖鳥類棲息地適宜性,得出以下結(jié)論：

(1)樞紐選址處至都昌站的食塊莖鳥類棲息地適宜性受樞紐的負(fù)面影響最為顯著,各級(jí)自然保護(hù)區(qū)之中,北部省級(jí)候鳥自然保護(hù)區(qū)受其負(fù)面影響最大,此保護(hù)區(qū)將減少18.01—39.80 km2適合食塊莖鳥類棲息的面積。但是樞紐的運(yùn)行能增加湖泊土壤水含量,使食塊莖鳥類更易于覓食,且能增加湖泊水體容量,從而增加喜食塊莖鳥類的食物豐富度。

(2)樞紐的調(diào)度規(guī)則具有一定的科學(xué)性,水位調(diào)度方案雖對(duì)湖泊越冬初期食塊莖鳥類棲息產(chǎn)生的影響較小,但會(huì)犧牲一部分越冬后期適合食塊莖鳥類棲息的區(qū)域,因此樞紐可執(zhí)行動(dòng)態(tài)調(diào)度方案,如：當(dāng)?shù)魏?nèi)鳥類轉(zhuǎn)向主湖區(qū)覓食時(shí)加快湖泊的水位下降速度,以產(chǎn)生更加廣闊的適合候鳥棲息的區(qū)域,減小鳥類過(guò)多聚集時(shí)搶食造成的危害及傳染病的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)樞紐的運(yùn)行將會(huì)使湖泊淹沒(méi)要素發(fā)生改變,從而影響湖泊內(nèi)景觀和植被覆蓋,本文方法并未對(duì)水域外的這些影響進(jìn)行充分考慮,因此本文研究具有一定的誤差性,而樞紐對(duì)湖泊內(nèi)植被影響可成為今后研究重點(diǎn)。