水文與岸灘變化對(duì)濱岸帶南荻-蘆葦群落適宜生境的影響
——以長(zhǎng)江武漢河段為例*

熊海濱，孫昭華，陳 立，楊緒海，周歆玥，李芷晴，周煒興

(武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072)

長(zhǎng)江岸線是珍貴的國(guó)土資源，城市江段兩岸常被開(kāi)發(fā)為休閑岸線，其主要形式是整平加高.相比于碼頭等生產(chǎn)岸線，休閑岸線對(duì)中枯水期河流水動(dòng)力、水環(huán)境干擾較小，但在汛期岸灘被淹沒(méi)情況下，休閑岸線的灘地與主槽構(gòu)成復(fù)式斷面，主槽水沙輸移仍可能受灘地糙率影響，而后者與植被面積、高度、密度等關(guān)系較大.蘆葦、南荻是長(zhǎng)江中下游常見(jiàn)灘地植被[1]，其對(duì)淹沒(méi)頻率、水深等非常敏感.岸線開(kāi)發(fā)之后，岸灘高程發(fā)生局部改變，而近20年來(lái)長(zhǎng)江上游三峽等梯級(jí)樞紐運(yùn)行，又明顯改變壩下游水文情勢(shì)，這些都會(huì)導(dǎo)致濱岸帶植被生長(zhǎng)適宜度的調(diào)整.在此情況下，明確不同因素對(duì)邊灘植被的影響，是當(dāng)前沿江岸線保護(hù)與利用中的重要問(wèn)題.

對(duì)于周期淹沒(méi)的洲灘濕地，植被常表現(xiàn)出沿水深梯度的條帶狀分布特征[2-4]，眾多學(xué)者曾采用多種方法建立了灘地植被與影響因素之間的響應(yīng)關(guān)系.如葉春等[5]結(jié)合野外調(diào)查和水文數(shù)據(jù)分析了鄱陽(yáng)湖灘地植被與灘地出露天數(shù)的相關(guān)性；杜冰雪等[6]、唐玥等[7]基于遙感影像研究了三峽水庫(kù)運(yùn)行后洞庭湖灘地植被面積與年平均水位的相關(guān)性；徐立君[8]基于3S技術(shù)研究了泥沙淤積導(dǎo)致的目平湖灘地高程變化與植被分布的關(guān)系；Rinaldi等[9]基于大量文獻(xiàn)歸納了河道內(nèi)大規(guī)模采砂、灘體劇烈變形和洲灘植被數(shù)量和多樣性的關(guān)系.這些研究一方面主要集中于鄱陽(yáng)湖、洞庭湖等通江湖泊，另一方面只關(guān)注于某單一因素的影響效應(yīng)，長(zhǎng)江干流的岸灘植被與水文情勢(shì)、地形變化等多因素間的關(guān)系仍待系統(tǒng)研究.

作為挺水植物的關(guān)鍵水文控制因子，淹沒(méi)頻率和淹沒(méi)水深對(duì)蘆葦、南荻種群分布的影響被廣泛研究.針對(duì)淹沒(méi)頻率的各家研究中，其結(jié)論基本一致，分布、適宜區(qū)間重合度較好[2,10-12].除淹沒(méi)頻率外，淹水深度對(duì)蘆葦、南荻種群的生長(zhǎng)繁殖及形態(tài)特征有顯著影響[13-15]，蘆葦、南荻種群對(duì)水深的適應(yīng)范圍很廣，從幾厘米到1 m以上均能生長(zhǎng)，但相對(duì)于淹水狀態(tài)，其對(duì)干旱脅迫的忍受力更強(qiáng)[16]，極端的淹水環(huán)境將抑制蘆葦、南荻的生長(zhǎng)甚至造成其死亡.現(xiàn)有成果大多基于單次或多次非連續(xù)的野外水深測(cè)量數(shù)據(jù)[17-20]，反映了植被某一生長(zhǎng)期與水深的響應(yīng)關(guān)系，由于蘆葦、南荻種群的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)水分的需求量不同，其淹水深度的耐受閾值也有顯著差異[21-23].總體而言，關(guān)于蘆葦、南荻種群的淹沒(méi)頻率、淹沒(méi)水深的閾值已有較多認(rèn)識(shí)，但基于相關(guān)閾值區(qū)間能否有效模擬和反演出植被的分布情況？此類研究甚少.

武漢江段處于長(zhǎng)江中游，兩岸延綿10余千米的邊灘幾乎被蘆葦占領(lǐng).歷史資料表明，20世紀(jì)漢口江灘的蘆葦并不多見(jiàn)，蘆葦是自2002年左右開(kāi)始生長(zhǎng)起來(lái)的，這一時(shí)間點(diǎn)與江灘開(kāi)發(fā)為休閑岸線(2001年11月)以及三峽水庫(kù)開(kāi)始運(yùn)行(2003年6月)的時(shí)機(jī)重合，江灘蘆葦生長(zhǎng)是否與兩方面因素有關(guān)，是值得研究的問(wèn)題.本文以武漢河段中下段(沌口至陽(yáng)邏)為例，以數(shù)學(xué)模型量化淹沒(méi)頻率、淹沒(méi)水深等生境因子，反演水文及地形因素對(duì)“蘆葦”群落的影響程度，為長(zhǎng)江中下游岸線利用提供參考.

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)資料

沌口至陽(yáng)邏河段全長(zhǎng)50.6 km(圖1)，河道平面輪廓穩(wěn)定，為單一與分汊相間分布的河型.河道沿岸有漢陽(yáng)邊灘、漢口邊灘、武昌邊灘、青山邊灘等諸多邊灘，這些邊灘目前以濱江公園等休閑岸線利用為主，其中漢口江灘公園無(wú)論規(guī)模還是聞名度都當(dāng)居首位.故本文重點(diǎn)以漢口江灘為研究對(duì)象.

圖1 研究區(qū)域位置(a)、研究河段范圍(b)、網(wǎng)格劃分與地形高程(c)

漢口邊灘(30°57′～31°5′N，114°30′～114°36′E)位于武漢關(guān)至朱家河口的長(zhǎng)江左岸，全長(zhǎng)約11 km，平面形態(tài)順?biāo)鞣较蛑饾u放寬.邊灘以二七長(zhǎng)江大橋?yàn)榻?，上下段剖面形態(tài)有所差異.上段為全長(zhǎng)約7 km 的濱江公園.公園分為三級(jí)平臺(tái)，其中一級(jí)平臺(tái)高程為28.8 m，二級(jí)平臺(tái)高程為25 m，三級(jí)平臺(tái)為河灘濕地，是蘆葦、南荻主要分布區(qū)域(圖2a).下段濱岸地帶也廣泛分布著蘆葦和南荻群落(圖2b).經(jīng)考證，漢口邊灘植被以南荻為優(yōu)勢(shì)種，蘆葦少數(shù)混生其中，下文稱為南荻-蘆葦群落.

圖2 邊灘剖面示意圖：武漢關(guān)至二七長(zhǎng)江大橋段(a)，二七長(zhǎng)江大橋至朱家河口段(b)

研究采用的水文資料包括：1992-2017年漢口站日均流量、水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，用于確定三峽水庫(kù)蓄水前后研究河段的水文特征.采用的地形資料為1996、2009年河道地形圖，用于分析岸線利用前后的地形變化.以上資料也是研究河段內(nèi)的平面二維水動(dòng)力-生境適宜度模型的邊界條件.

2 研究方法

2.1 南荻-蘆葦群落分布實(shí)地調(diào)查

調(diào)查時(shí)間為2020年10-12月，此時(shí)南荻-蘆葦群落已處于生長(zhǎng)末期，植被生長(zhǎng)波動(dòng)小，因此采集影像具有代表性[24].選擇天氣晴朗的時(shí)間，兩人一組，對(duì)該群落生長(zhǎng)分布展開(kāi)了2次調(diào)查，2次調(diào)查互為印證、目的略有不同.其中前次側(cè)重于單株植被的生長(zhǎng)特征，后次側(cè)重于群落的空間分布情況.第一次時(shí)間為10月11日(漢口站流量36700 m3/s、水位22.01 m)，采用手持GPS定位器和高像素相機(jī)，對(duì)不同區(qū)域的南荻、蘆葦長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行調(diào)查，采用卷尺對(duì)植株高度、直徑等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量.同年12月10日(漢口站流量11700 m3/s、水位13.12 m)，采用大疆無(wú)人機(jī)(MAVIC 2 PRO)對(duì)南荻-蘆葦群落進(jìn)行航拍，對(duì)某些存疑區(qū)域配合實(shí)地目視確認(rèn).在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)基礎(chǔ)上，借助于帶有定位信息的航拍照片將植被斑塊形狀、邊界勾繪在工作地圖上，并采用衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行校對(duì)，繪制出南荻-蘆葦群落實(shí)際分布圖，最后將繪制圖導(dǎo)入GIS軟件對(duì)群落分布面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

2.2 水動(dòng)力模型的建立

2.2.1 基本方程 MIKE21 FM模型在平面二維自由表面流數(shù)值模擬方面具有強(qiáng)大的功能，基于該模型中的水動(dòng)力(HD)模塊，建立沌口至陽(yáng)邏河段水動(dòng)力模型.水動(dòng)力模塊的基本方程由水流連續(xù)方程、運(yùn)動(dòng)方程組成，具體參見(jiàn)MIKE21 FM科學(xué)手冊(cè)[25-26].

2.2.2 模型構(gòu)建 計(jì)算范圍上起沌口下至陽(yáng)邏，根據(jù)研究河段1∶10000河道地形圖對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分(圖1c)和地形插值.網(wǎng)格邊長(zhǎng)控制在50～150 m，對(duì)漢口江灘區(qū)域進(jìn)行局部加密處理，加密區(qū)網(wǎng)格邊長(zhǎng)控制在10～40 m，網(wǎng)格單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為27462、14588個(gè).模型的時(shí)間步長(zhǎng)、計(jì)算時(shí)長(zhǎng)分別為30 s、32 h.將沌口和漢江入?yún)R流量作為進(jìn)口邊界，陽(yáng)邏水位作為出口邊界.初始水位和流速、干濕條件和渦粘系數(shù)等其他參數(shù)參考相關(guān)研究[27].

2.2.3 模型率定與驗(yàn)證 水動(dòng)力模型率定的關(guān)鍵參數(shù)是糙率，驗(yàn)證對(duì)象以水位為主，中枯期水位采用航道部門(mén)在本河段內(nèi)的觀測(cè)值，汛期觀測(cè)水位采用漢口與下游九江站水位插值確定.

根據(jù)實(shí)測(cè)水位，分別率定了1996年和2009年地形下的兩套糙率參數(shù)，其中前者為 0.016～0.018，后者為0.017～0.020，都具有汛期小而枯期大的特點(diǎn).圖3給出了各流量級(jí)下模擬與實(shí)測(cè)水位的對(duì)比，總體平均誤差為0.015～0.025 m，均方根誤差(RMSE)為0.021～0.032 m，納什效率系數(shù)(NSE)為0.981～0.991(表1)，誤差分析表明水位模擬效果良好[28].

表1 三峽水庫(kù)蓄水前后不同流量級(jí)下水位誤差分析

圖3 三峽水庫(kù)蓄水前后不同流量級(jí)下實(shí)測(cè)水位和計(jì)算水位對(duì)比:蓄水前(a)；蓄水后(b)(點(diǎn)線實(shí)測(cè)水位，點(diǎn)代表模型計(jì)算結(jié)果)

2.3 南荻-蘆葦群落適宜生境定義

南荻-蘆葦群落生境的適宜性主要考慮水文因子，其耐受臨界值重點(diǎn)參考同在長(zhǎng)江流域的鄱陽(yáng)湖區(qū)相關(guān)研究，其中胡振鵬等[11]基于3S技術(shù)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖濕地蘆葦、南荻主要分布于出露天數(shù)為305～271 d的草洲上；王若男等[10]結(jié)合鄱陽(yáng)湖濕地資料分析認(rèn)為蘆葦、南荻種群的適宜淹沒(méi)頻率分別為5%～30%、5%～25%.韓禎等[2]認(rèn)為鄱陽(yáng)湖區(qū)蘆葦和南荻種群的生態(tài)閾值接近，后者最適淹水時(shí)長(zhǎng)為60～90 d(對(duì)應(yīng)頻率16.44%～24.66%).考慮本文研究植被中以南荻為主，綜合后淹沒(méi)頻率以5%～25%為控制指標(biāo).對(duì)于淹沒(méi)水深，以往存在針對(duì)蘆葦、南荻生長(zhǎng)全周期和分時(shí)期的兩種看法.前者采用全年日均水深小于0.2 m作為臨界值[10]，而后者認(rèn)為蘆葦、南荻在3-4月的發(fā)芽期、5月之后的生長(zhǎng)期耐受水深應(yīng)有所區(qū)別[29].由于3-4月長(zhǎng)江處于非汛期，江水不上灘，因此對(duì)南荻-蘆葦群落的影響不大.進(jìn)入生長(zhǎng)季以后(5月之后)，植株已經(jīng)長(zhǎng)到一定高度，對(duì)淹水深度的耐受性增加.許秀麗等[30]基于鄱陽(yáng)湖6-7月實(shí)測(cè)連續(xù)水位資料分析認(rèn)為，蘆葦分布于地面淹水0～1.5 m深度的范圍內(nèi)，水深高于1.5 m不適宜蘆葦生長(zhǎng).這與Weisner等[14]對(duì)瑞典南部某湖調(diào)查分析后的分布上限水深1.4 m十分接近.因此，在全年水深閾值的基礎(chǔ)考慮了生長(zhǎng)季(6-7月)1.5 m作為水深上限.綜合2種指標(biāo)之后，以同時(shí)滿足淹沒(méi)頻率和淹沒(méi)水深的洲灘范圍視為南荻-蘆葦群落適宜生境.

2.4 計(jì)算情景設(shè)計(jì)及南荻-蘆葦生境面積計(jì)算

計(jì)算情景設(shè)置分別考慮以三峽水庫(kù)蓄水前、后漢口站5%和25%保證率流量為進(jìn)口流量(表3)，其中蓄水后又分為2003-2007年的初期運(yùn)行期和2008-2017年的水庫(kù)高水位運(yùn)行期.基于控制變量的思路，共實(shí)施了以下6種計(jì)算情景(表2)：情景1～3基于1996年地形；情景4～5基于1996-2009年復(fù)合地形(漢口邊灘為2009年地形，其余區(qū)域包括河道為1996年地形)；情景6基于2009年地形.情景1～4均采用蓄水前的水位流量關(guān)系確定上下邊界，情景5～6則采用蓄水后的水位流量關(guān)系.

表2 水文水動(dòng)力模型模擬情景設(shè)定

每種情景均包括2次不同頻率流量的模擬計(jì)算，通過(guò)計(jì)算水位與洲灘高程進(jìn)行比較來(lái)判斷網(wǎng)格單元是否淹沒(méi)，統(tǒng)計(jì)各情景下漢口邊灘加密區(qū)內(nèi)在高流量下淹沒(méi)并且低流量下未淹沒(méi)的網(wǎng)格單元，結(jié)合網(wǎng)格單元面積可推求滿足淹沒(méi)頻率5%～25%的洲灘面積.在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步計(jì)算各情景下同時(shí)滿足淹沒(méi)頻率和淹沒(méi)水深的洲灘面積，也即南荻-蘆葦群落適宜生境.對(duì)比情景1～3可反映徑流過(guò)程變化的影響，對(duì)比情景1和4可分離岸灘地形變化的影響，對(duì)比情景1和5可反映水文和地形變化的迭加影響.情景6作為對(duì)照組，模擬接近當(dāng)前條件的南荻-蘆葦群落分布，一方面可驗(yàn)證群落生長(zhǎng)范圍的模擬效果，另一方面與情景5對(duì)比可反映邊灘以外地形的影響.

3 結(jié)果與討論

3.1 三峽水庫(kù)蓄水前后本河段水文情勢(shì)變化

由三峽水庫(kù)蓄水前后各時(shí)期流量頻率特征(表3)可知，三峽水庫(kù)運(yùn)行后，漢口站來(lái)流整體偏枯，各保證率流量和多年平均流量均有所下降，其中保證率為5%的流量下降最為明顯，高水位運(yùn)行期相較于蓄水前的減幅達(dá)10800 m3/s.蓄水前后水位流量關(guān)系亦有所變化，表現(xiàn)為同流量下中枯水位呈下降趨勢(shì)，洪水位保持

表3 三峽水庫(kù)蓄水前后漢口站特征流量及水位流量擬合關(guān)系變化*

穩(wěn)定[31].由三峽水庫(kù)蓄水前后漢口站6-7月月均流量變化，可以看出6月的月均流量變化不大，由于2006年為極端干旱年，2003-2007年區(qū)間相對(duì)較小.受汛期水庫(kù)調(diào)洪削峰影響，7月月均流量明顯減小，高水位運(yùn)行期和初期運(yùn)行期、蓄水前相比，分別減小7455、7229 m3/s，減幅分別達(dá)16.03%、15.54%.

3.2 岸線利用前后地形變化

由研究河段1996-2009年沖淤平面分布可見(jiàn)(圖4a)，河道沿縱向整體呈沖淤交替態(tài)勢(shì)，橫向則表現(xiàn)為“沖槽淤灘”分布.沖刷較為明顯的部位主要位于天興洲洲頭以及右汊出口，局部沖刷幅度達(dá)10 m以上.天興洲灘體右緣中上部及汊道出口主槽淤積最為明顯，淤積厚度達(dá)5 m以上.從漢口邊灘沖淤調(diào)整來(lái)看(圖4b)，除由于取水溝渠工程導(dǎo)致局部地形降低外，其總體呈淤積狀態(tài)，結(jié)合網(wǎng)格單元沖淤計(jì)算，漢口邊灘總沖淤量為5.54×106m3，平均淤高1.11 m，而同時(shí)期研究河段總沖淤量為-6.26×107m3，平均沖淤厚度為-0.52 m.

圖4 1996-2009年研究河段沖淤平面分布(a)、漢口邊灘沖淤分布(b)

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了岸線利用前后漢口江灘內(nèi)不同高程灘地面積變化情況(圖5).可以看出，岸線利用后，20 m高程以下的灘地面積急劇減小，由47.41%下降至20.54%，而20～23 m高程區(qū)間內(nèi)的灘地面積則有所增大，尤其是20～22 m高程帶，面積占比由14.61%上升至35.24%，面積的急劇增大也表明了該高程區(qū)間地形坡度的減小[32].23～25 m高程帶對(duì)應(yīng)灘地面積略有減小，25 m高程以上灘地面積有所增大.由此可見(jiàn)，灘地面積增大主要集中在20～22 m以及25 m以上區(qū)間，變化在各高程帶不連續(xù)，且與圖2a的平臺(tái)高程有一定對(duì)應(yīng)性，顯然與公園修建、人為吹填加高等工程影響有關(guān).

圖5 岸線利用前后不同高程漢口邊灘灘地面積變化

3.3 南荻-蘆葦群落實(shí)際生長(zhǎng)區(qū)域分布

由第1次調(diào)查結(jié)果可見(jiàn)(圖6a～d)，此時(shí)植株大都進(jìn)入開(kāi)花結(jié)穗期，株高可達(dá)2～3 m.高程較低區(qū)域群落出現(xiàn)部分水淹現(xiàn)象，且群落密度相對(duì)稀疏.從第2次調(diào)查結(jié)果可知(圖6d～e)，此時(shí)南荻、蘆葦已經(jīng)枯萎，個(gè)體僅存灰白色莖稈，在航拍圖上呈大面積灰白斑塊狀.

從平面分布情況可知(圖6f)，南荻-蘆葦群落沿邊灘呈帶狀分布格局，面積為192.82×104m2，平均寬度約為175 m，最寬處基本與灘地齊寬，達(dá)600 m.據(jù)統(tǒng)計(jì)(圖7)，群落分布的灘地高程范圍在19～23.5 m高程帶，群落面積在21 m高程附近達(dá)到峰值，20～22 m高程最為富集，約占77%.這種面積分布隨高程變化而兩端遞減的分布形式，與其他學(xué)者研究結(jié)論一致[2,8,33].此外，20～22 m高程帶對(duì)應(yīng)蓄水后淹沒(méi)頻率為7.3%～21.7%，也符合以往研究提出的5%～25%臨界值范圍.

圖6 漢口邊灘不同位置南荻-蘆葦群落分布實(shí)景圖與平面分布情況(圖6a～e的具體拍攝位置可見(jiàn)圖6f)

圖7 漢口邊灘不同高程帶南荻-蘆葦群落實(shí)際分布面積

3.4 南荻-蘆葦群落適宜生境面積模擬

3.4.1 反演結(jié)果分析 圖8為不同情景下淹沒(méi)頻率為5%～25%的灘地范圍，圖9是在此基礎(chǔ)進(jìn)一步計(jì)算了同時(shí)滿足淹沒(méi)頻率和淹沒(méi)水深的南荻-蘆葦群落適宜生境面積.可以看出，考慮淹沒(méi)水深后，除情景1和3中的面積略有減小外，其他情景與淹沒(méi)頻率確定的面積變化不大.需指出的是，計(jì)算發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)頻率為5%～25%處的灘地，均滿足日均水深小于0.2 m，圖9中水深導(dǎo)致的面積減小主要是考慮生長(zhǎng)季1.5 m水深閾值所致.面積減小區(qū)域主要位于圖8中灘尾少部分高程較低區(qū)域，這些區(qū)域汛期水深較大，不利于南荻和蘆葦生長(zhǎng)[24].對(duì)比情景6反演結(jié)果和圖6f群落實(shí)際分布可以發(fā)現(xiàn)，二者面積大小和分布位置都十分接近.進(jìn)一步分析群落適宜生境分布帶高程數(shù)據(jù)可知，與實(shí)際分布類似，南荻、蘆葦主要分布于19.5～23.5 m高程帶，占群落總面積的93%，20～22 m高程帶分布最為集中.反映了根據(jù)生境因子的閾值區(qū)間能有效反演出南荻-蘆葦群落的實(shí)際分布情況.

圖8 不同情景下漢口邊灘滿足淹沒(méi)頻率的洲灘平面分布：情景1(a)、情景2(b)、情景3(c)、情景4(d)、情景5(e)、情景6(f)

3.4.2 水文條件變化影響分析 對(duì)比情景1和3可知，若維持1996年地形，三峽水庫(kù)運(yùn)行后，漢口邊灘南荻-蘆葦群落適宜生境面積將由135.79×104m2下降至90.66 ×104m2，降幅為33.24%.面積減少區(qū)域主要位于靠近內(nèi)陸一側(cè)的高程較高的灘地，其主要原因是受三峽水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流影響，5%頻率對(duì)應(yīng)流量下降十分明顯(表3).這與水庫(kù)工程蓄水導(dǎo)致霍林河下游洪泛區(qū)的蘆葦沼澤濕地退化的現(xiàn)象相似[34].

3.4.3 地形條件變化的影響 對(duì)比情景1和4可以看出，在蓄水前水文條件下，岸灘地形變化將導(dǎo)致南荻-蘆葦群落適宜生境面積由135.79×104m2增至229.63×104m2，增幅達(dá)69.11%.面積增加區(qū)域在1996年基本為20 m高程以下、淹沒(méi)頻率大于25%的低灘區(qū)域，至2009年這些區(qū)域普遍增高了0.2～5 m(圖4)，南荻、蘆葦生長(zhǎng)的適宜性提高.此外，情景5和6除地形有所差異，其他計(jì)算條件都相同.二者的結(jié)果顯示群落分布帶的位置和面積都很相近，說(shuō)明河段內(nèi)其他位置的地形沖淤對(duì)漢口邊灘上南荻-蘆葦群落生境影響不大，其主要受漢口邊灘地形變化控制.

3.4.4 水文和地形條件變化的迭加影響 對(duì)比情景1和5可以看出，在水文條件中的水文頻率、水位流量關(guān)系及地形變化的迭加影響下，南荻-蘆葦群落呈內(nèi)陸向近水方向蔓延態(tài)勢(shì)的同時(shí)，其適宜生境面積由135.79×104m2增至193.54×104m2，增幅為42.53%.這種分布帶偏移現(xiàn)象與東洞庭湖及鄱陽(yáng)湖區(qū)洲灘蘆葦、南荻群落由于蓄水后來(lái)水偏枯導(dǎo)致其最適生長(zhǎng)范圍向湖心高程較低處遷移的現(xiàn)象類似[24,33].統(tǒng)計(jì)表明，水文條件變化、地形變化以及二者迭加作用下對(duì)南荻-蘆葦群落適宜生境面積影響貢獻(xiàn)率分別為-78%、162%和16%.由此可知，三峽水庫(kù)運(yùn)行后，保證率在5%～25%對(duì)應(yīng)的流量變幅縮窄、水位區(qū)間減小導(dǎo)致南荻-蘆葦群落適宜生境面積減小；灘地地形變化使得該群落適宜生長(zhǎng)高程帶區(qū)間面積增加，且后者居于主導(dǎo)地位，影響效應(yīng)遠(yuǎn)大于前者；考慮水文條件和地形兩個(gè)單一因素正負(fù)貢獻(xiàn)度的抵消作用后，二者同時(shí)變化的迭加影響對(duì)群落適宜生境面積具有額外的增加效應(yīng).綜合各因素分析，可將水文和地形變化對(duì)南荻-蘆葦群落生境的影響規(guī)律歸納見(jiàn)表4.

表4 水文和地形變化對(duì)南荻-蘆葦群落適宜生境的影響規(guī)律

3.5 其他影響因素分析

3.5.1 灘區(qū)地面硬化的影響 上述計(jì)算的南荻-蘆葦群落適宜生境面積為自然狀態(tài)下該群落能生長(zhǎng)和擴(kuò)展的區(qū)域，事實(shí)上，部分灘區(qū)早已密布廠房、樓房、堆場(chǎng)、體育館、公園等各類建筑物[35]，這些位置灘面大都鋪有混凝土層，植被根本無(wú)法生長(zhǎng).由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)圖判斷，這些建筑區(qū)主要位于25 m以上的高灘處.為識(shí)別人工建筑群對(duì)模擬結(jié)果的影響，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了在25 m高程以下的洲灘面積(圖10).考慮三峽水庫(kù)今后將一直維持175 m蓄水調(diào)度，為此重點(diǎn)關(guān)注了高水位運(yùn)行期時(shí)期.可以看出，情景1和情景4考慮建筑群后的南荻-蘆葦群落適宜生境面積大幅下降，而情景3和情景5則幾乎不變.這是由于蓄水前水文條件下部分建筑群位于淹沒(méi)頻率在5%～25%的區(qū)間帶內(nèi)，而蓄水后水文條件下建筑群淹沒(méi)頻率基本小于5%.對(duì)比情景4和情景5的南荻-蘆葦群落生境面積可以看出，相對(duì)于蓄水前，由于建筑群對(duì)蓄水后南荻、蘆葦影響更小，導(dǎo)致25 m高程以下的適宜生境面積甚至反超蓄水前，較之增加16.28%.

圖10 不同情景下考慮人工建筑群后的南荻-蘆葦群落適宜生境面積

3.5.2 水動(dòng)力條件變化的影響 灘區(qū)地形的淤高同時(shí)也將影響流速、水深等水動(dòng)力條件，從而對(duì)南荻-蘆葦群落的分布形狀、長(zhǎng)勢(shì)情況產(chǎn)生影響.文獻(xiàn)表明，一方面相對(duì)于其他挺水植被(香蒲、茭白等)，南荻、蘆葦對(duì)水流沖擊力的耐受性更差[36].水流為靜止或接近靜止的緩流環(huán)境最適宜，汛期洪水時(shí)流速過(guò)大容易發(fā)生莖稈折損甚至倒根傾覆、導(dǎo)致植株數(shù)量銳減的現(xiàn)象[37].另一方面文獻(xiàn)表明南荻、蘆葦植株的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生物量分配會(huì)根據(jù)水深變化產(chǎn)生適應(yīng)性調(diào)整.相對(duì)于深水條件，淺水中的植株將更多的生物量分配于地下根莖部位，由于其主要通過(guò)根莖進(jìn)行無(wú)性繁殖為主，這無(wú)疑有助于群落的擴(kuò)展[14].以蓄水后多年平均洪峰流量50000 m3/s為例，計(jì)算了兩種地形下水位和流速情況，結(jié)果表明，地形淤高后漢口邊灘灘面平均流速和水深分別由0.62 m/s、4.15 m 降至 0.52 m/s、3.03 m，降幅分別為16.13%、26.99%.水動(dòng)力的減弱有利于南荻-蘆葦群落的生長(zhǎng)，這也有力佐證了地形變化有利于南荻、蘆葦生長(zhǎng).反觀對(duì)岸的武昌邊灘，其高程普遍偏低(20 m附近及以下)，在現(xiàn)有水文條件下灘區(qū)常年淹沒(méi)(淹沒(méi)頻率基本在25%以上)、流速較大，并不適合南荻、蘆葦生長(zhǎng)，導(dǎo)致其缺少延伸地帶.而與漢口邊灘下游毗鄰的天興洲洲頭左側(cè)灘區(qū)，高程較高，大部分區(qū)域高程介于21～23 m之間，地形條件適宜南荻、蘆葦生長(zhǎng)，在其上亦生長(zhǎng)有一定規(guī)模的南荻-蘆葦群落[38].

4 結(jié)論

1)以平面二維水動(dòng)力模型量化河道水動(dòng)力因子，以5%～25%臨界淹沒(méi)頻率和汛期1.5 m臨界淹沒(méi)水深等作為岸灘南荻-蘆葦群落適宜生境閾值區(qū)間，建立了研究河段平面二維水動(dòng)力-適宜生境數(shù)學(xué)模型，模擬結(jié)果表明該模型可較好地反演出南荻-蘆葦群落的實(shí)際分布情況.

2)漢口邊灘南荻-蘆葦群落現(xiàn)狀分布格局變化同時(shí)受水文和地形條件變化的影響.三峽水庫(kù)運(yùn)行后的洪水過(guò)程調(diào)平導(dǎo)致濱岸帶南荻、蘆葦生長(zhǎng)帶變窄，且向河道方向遷移；而岸灘人為利用導(dǎo)致的灘地地形增高、坡度坦化可使生長(zhǎng)帶面積增大.相比于2001年前的天然情況，若不考慮人工建筑群影響，水文條件、地形變化導(dǎo)致的南荻-蘆葦群落適宜生境面積相對(duì)變幅分別為-33.24%、69.11%，兩者作用迭加之后南荻-蘆葦群落面積增加了42.53%，呈現(xiàn)出向低灘帶蔓延、擴(kuò)張的趨勢(shì).地形變化中三峽蓄水后淹沒(méi)頻率為7.3%～21.7%區(qū)間帶(20～22 m高程帶)面積增大是南荻-蘆葦群落大規(guī)模生長(zhǎng)的主要原因.

3)武漢河段漢口邊灘的例子說(shuō)明，岸線利用后導(dǎo)致的灘地高程、坡度變化可能改變?yōu)┥现脖蛔匀坏纳L(zhǎng)條件，這值得有關(guān)部門(mén)進(jìn)行岸線利用、規(guī)劃和進(jìn)行生態(tài)保護(hù)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注.