減水河段魚(yú)類(lèi)物理生境修復(fù)輔助工程措施適應(yīng)性管理方案探討

張俊秀，葉智峰，朱冬舟

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200336）

0 引言

適應(yīng)性管理的概念最早由生態(tài)學(xué)家C.S.Holling 與J.Walters 在20 世紀(jì)70 年代提出,旨在通過(guò)科學(xué)管理、監(jiān)測(cè)和調(diào)控管理活動(dòng)來(lái)提高當(dāng)前數(shù)據(jù)收集水平,以滿(mǎn)足生態(tài)系統(tǒng)容量和社會(huì)需求方面的變化[1]。生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)管理系統(tǒng)在時(shí)間和空間上的發(fā)展是多維且動(dòng)態(tài)的,適應(yīng)性管理模式則是針對(duì)上述各類(lèi)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的可控因素,通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析、調(diào)整等過(guò)程能動(dòng)地調(diào)節(jié)[2]。

減水河段魚(yú)類(lèi)生境修復(fù)工程的目標(biāo)是建設(shè)穩(wěn)定、可持續(xù)、適合目標(biāo)魚(yú)類(lèi)生存及繁衍的棲息地,工程實(shí)施后河段水文環(huán)境是從非穩(wěn)定向穩(wěn)定變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程,工程效益需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行管理來(lái)驗(yàn)證。魚(yú)類(lèi)棲息地生境修復(fù)的效果涉及生物多樣性、水文環(huán)境、水質(zhì)情況、河流動(dòng)力及人類(lèi)行為等多方面因素,隨著時(shí)間推移修復(fù)效果也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化[3]。

在減水河段魚(yú)類(lèi)生境修復(fù)工程中應(yīng)用適應(yīng)性管理概念,可以在明確修復(fù)目標(biāo)情況下,對(duì)不同河流生態(tài)修復(fù)措施可能帶來(lái)的影響進(jìn)行評(píng)價(jià),合理設(shè)計(jì)并實(shí)施工程措施后,通過(guò)對(duì)影響因素的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),階段性的反應(yīng)工程措施的實(shí)施效果,在運(yùn)行的過(guò)程中及時(shí)識(shí)別影響因素的變化,對(duì)應(yīng)修正概念模型、工程措施及監(jiān)測(cè)計(jì)劃,以動(dòng)態(tài)的調(diào)試應(yīng)對(duì)時(shí)間、空間等多維度變化[4],最終實(shí)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)生境的修復(fù)及重塑,實(shí)現(xiàn)減水河段魚(yú)類(lèi)資源的健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 項(xiàng)目背景

松新減水河段魚(yú)類(lèi)棲息地修復(fù)工程旨在修復(fù)松新電站至松新電廠(chǎng)間,總長(zhǎng)約8.0km 減水河段受損魚(yú)類(lèi)棲息地,為目標(biāo)魚(yú)類(lèi)在減水河段完成基本生活史提供生境條件。

2 適應(yīng)性管理方案

本工程中以科學(xué)性、可持續(xù)性、適應(yīng)性、反饋性及可操控性為主要原則,自工程試驗(yàn)點(diǎn)修復(fù)措施完建后,啟動(dòng)“監(jiān)測(cè)—評(píng)估—調(diào)整”的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制[5]。根據(jù)對(duì)減水河段實(shí)際踏勘及前期的本底調(diào)查,利用實(shí)際地形、地貌的測(cè)量數(shù)據(jù)建模；通過(guò)水力模型分析結(jié)果為導(dǎo)向,在目標(biāo)河段設(shè)置多個(gè)工程措施試驗(yàn)點(diǎn),在初步識(shí)別主要影響因子后,對(duì)比措施實(shí)施前后主要因子的變化情況,對(duì)河段生境改善情況進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)應(yīng)調(diào)整工程措施的類(lèi)型及優(yōu)化方向。適應(yīng)性管理方案實(shí)施流程見(jiàn)圖1。

圖1 適應(yīng)性管理流程方案圖

3 工程方案設(shè)計(jì)概述

3.1 目標(biāo)對(duì)象

本工程優(yōu)先保護(hù)目標(biāo)為短須裂腹魚(yú)、齊口裂腹魚(yú)、昆明裂腹魚(yú)、橫紋南鰍、戴氏山鰍和前鰭高原鰍。根據(jù)相關(guān)研究調(diào)查,上述目標(biāo)對(duì)象適宜的生境水力參數(shù)值取為：流速0.3 m/s,平均水深0.3 m,最大水深0.6 m,河寬25 m～30 m。

3.2 目標(biāo)對(duì)象

通過(guò)MIKE21 數(shù)值模型對(duì)松新電站下游減水河段在擬定10%的生態(tài)流量下的水力生境參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)部分河段平均水深及最大水深無(wú)法滿(mǎn)足目標(biāo)魚(yú)類(lèi)生境條件要求；同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)棲息地受損情況主要包括水流漫灘不連續(xù)、泥沙及石塊阻隔水流、硬化底質(zhì)、多樣性不豐富等[6]。針對(duì)以上情況,設(shè)計(jì)采取疏槽、透水堰、沖溝導(dǎo)堤、鎮(zhèn)腳、底質(zhì)改善,共計(jì)5 種工程修復(fù)措施,主要分布情況見(jiàn)下圖,共含疏槽（9 處）、透水堰（12 處）、沖溝導(dǎo)堤（1 處）、鎮(zhèn)腳（2處）、底質(zhì)改善（3 處）,見(jiàn)圖2。

圖2 工程措施總平面布置圖

根據(jù)適應(yīng)性管理方案,首先在工程河段進(jìn)行輔助工程措施的試點(diǎn)建設(shè)。生境試點(diǎn)工程自2018 年12 月開(kāi)工,2019 年3 月完工。主要包括疏槽（2 處）、透水堰（1 處）、沖溝導(dǎo)堤（1處）、鎮(zhèn)腳（2 處）、底質(zhì)改善（2 處）。

4 適應(yīng)性管理過(guò)程

4.1 監(jiān)測(cè)方案

（1）監(jiān)測(cè)指標(biāo)

水生生物依托于河流而生,因此河流水文情勢(shì)及河流水動(dòng)力條件變化直接造成水生生物群落結(jié)構(gòu)的變化。水深是反應(yīng)水體深度重要參數(shù),為底棲型魚(yú)類(lèi)提供適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)空間,另一方面是為沉性卵提供適當(dāng)?shù)姆趸h(huán)境；流速反映水體流動(dòng)快慢,適當(dāng)?shù)牧魉俨粌H刺激魚(yú)類(lèi)性腺發(fā)育及產(chǎn)卵,同時(shí)能幫助漂浮性魚(yú)卵懸浮、孵化,流速的變化直接影響?hù)~(yú)類(lèi)的繁殖規(guī)模；水面寬是反應(yīng)魚(yú)類(lèi)生存區(qū)域大小的重要指標(biāo),在產(chǎn)卵期能直接影響產(chǎn)卵的規(guī)模；水質(zhì)狀況是體現(xiàn)河流水體質(zhì)量?jī)?yōu)劣,影響河流生物群落組成的重要參數(shù),基于本工程目標(biāo)對(duì)象為魚(yú)類(lèi),故水質(zhì)狀況選擇影響?hù)~(yú)類(lèi)產(chǎn)卵、繁殖的水溫,影響?hù)~(yú)類(lèi)餌料生長(zhǎng)的總氮、總磷作為主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

（2）監(jiān)測(cè)時(shí)間

2018 年秋季、2019 年春季、秋季各安排一次。

（3）監(jiān)測(cè)位置

在所有工程輔助措施實(shí)施試點(diǎn)處進(jìn)行固定點(diǎn)位監(jiān)測(cè)；在松新壩址與廠(chǎng)房之間（即松新減水河段）靠近河流中段處。

（4）水力條件監(jiān)測(cè)方法

針對(duì)水深較大（h>20 mm）且水面寬較寬（B>10 m）的斷面, 采用聲學(xué)多普勒流速剖面儀進(jìn)行流速v、水深h、水面寬B、流量Q、地形等內(nèi)容的測(cè)量；針對(duì)水深較小且水面寬較小的斷面,使用流速面積法進(jìn)行測(cè)量,采用便攜式流速儀、測(cè)試桿、卷尺等進(jìn)行流速v、水深h、水面寬B等內(nèi)容的監(jiān)測(cè),流量Q根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

（5）水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）中有關(guān)要求,進(jìn)行斷面的采樣垂線(xiàn)和采樣點(diǎn)布設(shè)。根據(jù)《水質(zhì)水溫的測(cè)定溫度計(jì)法》（GB/T 13195-1991）、水質(zhì)總磷的測(cè)定鉬酸銨分光光度法》（GB/T 11893-1989）、《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過(guò)硫酸鉀分光光度法》（HJ 636-2012）,分別進(jìn)行水溫、總磷及總氮的監(jiān)測(cè)。

4.2 評(píng)估方法及結(jié)果

（1）評(píng)估方法

為了驗(yàn)證各類(lèi)輔助工程措施在本工程的適用性,對(duì)單項(xiàng)輔助工程措施的有效性以指標(biāo)評(píng)分法單獨(dú)評(píng)估。根據(jù)前期研究經(jīng)驗(yàn)選取平均水深、最大水深、平均流速、最大流速、生境多樣性作為評(píng)價(jià)指標(biāo),每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為3 個(gè)等級(jí),分別對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)為1、2、3,將5 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分?jǐn)?shù)相加,總分越高代表生境適宜性越好,總分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值大小,認(rèn)為生境滿(mǎn)足需求。

為了對(duì)輔助工程的聯(lián)動(dòng)修復(fù)效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià),本工程以實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為本底資料,基于目標(biāo)物種各指標(biāo)的權(quán)重和各指標(biāo)的評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),采用線(xiàn)性加權(quán)求和法建立物理生境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,評(píng)價(jià)結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示；各個(gè)目標(biāo)層及指標(biāo)層的權(quán)重采用二元對(duì)比模糊分析法確定。

（2）評(píng)估結(jié)果

對(duì)單項(xiàng)輔助工程措施打分發(fā)現(xiàn)：疏槽、透水堰對(duì)生境改善作用明顯；沖溝導(dǎo)堤及鎮(zhèn)腳不直接影響河道生境修復(fù)效果,但均能有效防止生境進(jìn)一步惡化；底質(zhì)改善能有效改善目標(biāo)魚(yú)類(lèi)生境,但會(huì)影響河道水深。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程形象發(fā)現(xiàn),疏槽短期內(nèi)效果明顯,但會(huì)發(fā)生淤積；沖溝導(dǎo)堤、鎮(zhèn)腳的工程形象經(jīng)歷汛期后基本無(wú)變化,整體穩(wěn)定性、抗沖刷性較好；透水堰工程形象損壞嚴(yán)重,耐久性較差,打分見(jiàn)圖3。

圖3 單項(xiàng)輔助工程措施評(píng)分圖

針對(duì)輔助工程的聯(lián)動(dòng)修復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn),工程實(shí)施前后體現(xiàn)在分?jǐn)?shù)上變化較顯著,但因黑水河屬季節(jié)性河流,春季與秋季河道流量差別較大,對(duì)魚(yú)類(lèi)棲息地指標(biāo)影響較大,無(wú)法直接說(shuō)明生境提升效果明顯；對(duì)比2018 年、2019 年秋季生境情況,除2019 年秋在總磷方面相比2018 評(píng)價(jià)略低外,其余指標(biāo)情況皆與2018 年基本一致,因輔助工程措施在整體河段局部試點(diǎn)位置實(shí)施,故魚(yú)類(lèi)棲息地指標(biāo)等級(jí)基本無(wú)變化。因此輔助工程的聯(lián)動(dòng)修復(fù)效果仍需持續(xù)監(jiān)測(cè)、評(píng)估驗(yàn)證。

表1 減水河段整體生境質(zhì)量評(píng)價(jià)得分表（試點(diǎn)工程）

4.3 評(píng)估后方案優(yōu)化及后評(píng)價(jià)

（1）方案優(yōu)化

監(jiān)測(cè)方案：建議繼續(xù)維持工程現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方案,主要針對(duì)不同時(shí)期工程措施處的水文、水質(zhì)條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)；為了更好地把控生境修復(fù)措施對(duì)河段地形地貌的影響,應(yīng)在每年汛后進(jìn)行一次地形監(jiān)測(cè)；結(jié)合所有工程措施實(shí)施完成、并經(jīng)歷多個(gè)汛期后的監(jiān)測(cè)情況繼續(xù)進(jìn)行生境修復(fù)措施與監(jiān)測(cè)方案的調(diào)整。

工程措施結(jié)構(gòu)型式：綜合考慮工程措施的有效性及耐久性,將透水堰均調(diào)整為生態(tài)堰,起到雍高斷面水位、提高水深、約束水流、引導(dǎo)主槽重塑的作用,同時(shí)充分考慮河道季節(jié)性洪水特點(diǎn),材料選擇耐久性較好的材料；疏槽對(duì)生境條件改善效果顯著,可在下階段沿用該措施；底質(zhì)改善在工程形象上體現(xiàn)不顯著,但從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及打分?jǐn)?shù)據(jù)分析,該措施對(duì)生境的自然恢復(fù)有一定的引導(dǎo)作用,也可在下階段沿用該措施。

工程措施布置點(diǎn)位：對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)措施實(shí)施后河段地形地貌的變化,并結(jié)合實(shí)地航拍及踏勘情況,對(duì)減水河段生境修復(fù)選點(diǎn)作出調(diào)整。用V 型堰代替透水堰,在疏槽點(diǎn)位中間布置一道V 型堰,有利于形成連續(xù)的河道主槽水流；取消現(xiàn)狀河道水深滿(mǎn)足條件處的透水堰,并在下游新增連續(xù)V 型堰；底質(zhì)改善處仍繼續(xù)沿用該措施,選點(diǎn)位置不變。工程布置調(diào)整見(jiàn)圖4。

圖4 工程措施總平面布置圖

圖5 V 型堰指標(biāo)評(píng)分圖表

（2）優(yōu)化后監(jiān)測(cè)評(píng)估

為及時(shí)把控V 型堰對(duì)減水河段生境條件的影響,以工程實(shí)施前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用指標(biāo)評(píng)分法對(duì)其進(jìn)行單項(xiàng)工程措施的評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)V 型堰在平均流速和生境多樣性方面的影響顯著,對(duì)生境條件的改善有積極的引導(dǎo)作用。

減水河段輔助工程措施按優(yōu)化方案全部實(shí)施后,以截止至2022 年春的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行輔助工程措施聯(lián)動(dòng)修復(fù)效果評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)：春季、秋季生境得分均高于工程實(shí)施前及局部試點(diǎn)工程實(shí)施時(shí),主要表現(xiàn)在水面寬率、水深及流速,說(shuō)明輔助工程措施聯(lián)動(dòng)疊加效果較好,對(duì)生境提升有明顯效果；全部工程實(shí)施后,春季得分較工程實(shí)施前有較大提升,但2020 年春后分?jǐn)?shù)呈降低趨勢(shì),主要受水質(zhì)指標(biāo)影響；秋季整體生境評(píng)估得分較高,呈上升趨勢(shì),各指標(biāo)層均有向好趨勢(shì),特別是水面寬率及水深指標(biāo)方面。

表2 減水河段整體生境質(zhì)量評(píng)價(jià)得分表（全部工程實(shí)施后）

5 結(jié)語(yǔ)

生境修復(fù)類(lèi)工程的實(shí)施效果往往不是一蹴而就的,而是在合理、合適的工程措施的積極引導(dǎo)下,目標(biāo)生物群落長(zhǎng)期、自然演替的過(guò)程[7],在生境修復(fù)類(lèi)工程策劃初期應(yīng)積極融入適應(yīng)性管理理念,以目標(biāo)物種適宜的物理生境條件為導(dǎo)向提出工程措施的設(shè)計(jì)方案,識(shí)別與物理生境條件相關(guān)性高的影響因子,并以此為據(jù),建立合理、可行性高的監(jiān)測(cè)、評(píng)估方案框架,有效提高在后續(xù)運(yùn)行、管理過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況學(xué)習(xí)、調(diào)整方案的效率,從本工程實(shí)際運(yùn)用的角度看,該理念與生境修復(fù)類(lèi)工程的適配性較高。以魚(yú)類(lèi)生境修復(fù)工程為引,實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)和諧的可持續(xù)性發(fā)展,生態(tài)修復(fù)類(lèi)工程恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行、管理方案必不可少,因此應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)適應(yīng)性管理理念在各類(lèi)工程中的應(yīng)用,積極推進(jìn)理論與實(shí)際的結(jié)合。