長江航道整治工程生態保護的重點研究課題

陳　茜,逄　勇,2,王一秋

(1.河海大學環境學院,江蘇 南京　210098; 2.河海大學環境規劃與評價研究所,江蘇 南京　210098)

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長江航道整治工程生態保護的重點研究課題

陳茜1,逄勇1,2,王一秋1

(1.河海大學環境學院,江蘇 南京210098; 2.河海大學環境規劃與評價研究所,江蘇 南京210098)

摘要：分析長江航道整治工程的現狀、特點及其對環境的影響,提出從航道工程的建材性質、方法技術等角度,選擇推進長江航道工程生態化改造的課題研究方向，并結合江豚、“四大家魚”和其他魚類的習性及保護對策，選擇長江航道整治工程生態保護的重點研究課題。

關鍵詞：航道整治工程；生態保護；課題方向

國務院《關于加快長江等內河水運發展的意見》〔2011〕2號文件,提出要建設暢通的高等級航道,標志著長江航道建設已上升到國家戰略高度,國家將不斷加大對長江水道的建設投資,長江水運發展迎來了新時代。然而隨著長江航道建設的不斷推進和航運事業的快速發展,在贏得巨大經濟效益和社會效益的同時,長江航道的生態環境也受到了不利影響,違背了可持續發展理論的要求。在生態安全與和諧理念指導下,提出綠色航道建設的新理念,實施與航道工程相關的生態環境保護措施,以保護長江生物資源及用水環境安全。

目前已有的相關航道整治工程環境保護工作尚未符合規劃和項目環評審查要求。為了形成和諧穩定的長江航道生態系統,應在研究國內外學科前沿的基礎上,選擇長江航道整治工程生態保護的課題研究方向,完善長江航道生態化建設的研究課題庫,為“十二五”及“十三五”的長江干線綠色航道建設提供技術支持。

1研究背景

1.1　長江干流概況

本文研究范圍為長江干線航道。長江干流上起云南水富,下至長江入海口,流經云南、四川、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海,共7省2市,全長2 838 km,是我國流域綜合運輸體系的主要骨架之一。

1.2　生態敏感目標概況

1.2.1自然保護區

長江的珍稀水生生物有江豚、中華鱘、白鰭豚、胭脂魚等,長江干流自然保護區概況見表1。

表1　長江干流自然保護區概況

表2　長江干線航道整治工程建設情況

1.2.2國家級水產種質資源保護區

長江干線共9個國家級水產種質資源保護區,分布于重慶段、監利段、黃石段、安慶段、揚州段等長江江段,主要保護對象是四大家魚、大口鯰、長吻鮠、鱖魚、中華絨螯蟹及其魚苗。

1.2.3飲用水源取水口或水源保護地

長江規劃航道涉及江段的飲用水源取水口或水源保護地主要有70處。其中，上游有四川2處,重慶6處;中游有湖北28處,湖南1處;下游有江西3處,安徽7處,江蘇22處,上海1處。

1.2.4重要濕地

長江江段包括金沙江下游、長江上游地區濕地生態系統,中下游的平原河流濕地生態系統,入海口處的河口濕地生態系統,共有重要濕地13處,包括洞庭湖、鄱陽湖國際重要濕地。

2長江航道整治工程對環境的影響

2.1　長江航道整治工程建設概況

遵循“深下游,暢中游,延上游,通支流”的航道建設思路,近年來長江干線先后實施了30多項整治工程。但隨著經濟發展,現有航道尺度無法滿足實際需求。與此同時,三峽等水利工程投入運行,清水下泄,河床沖刷,枯水期船舶擱淺、航運中斷等事件時常發生，因此對長江航道進行整治迫在眉睫。長江干線航道整治工程建設情況見表2。

2.2　航道整治工程對環境的主要影響

根據JTJ204—96《航道工程基本術語標準》,航道整治工程是指通過整治建筑物或其他工程措施,調整河槽形態和水、沙流路,從而改善航道航行條件,穩定有利河勢的工程。根據整治工程的施工性質,長江干線航道整治工程主要分為守護工程(護灘、護岸、護坡、護底)、筑壩工程、疏浚吹填工程、航道爆破工程等4類。

2.2.1守護工程

護岸是指防止波浪、水流侵蝕河岸的工程措施。守護工程常和其他整治工程結合以進行航道建設,主要用來抑制崩岸,防止水流淘刷和波浪沖刷河岸，防止主流頂沖河岸,尤其是在洪水主流頂沖的險工地段,需要修建護岸工程,以保持河勢穩定,有效維護堤防安全。護底是護岸的基礎部分,是從坡腳向外直至深槽的防護體,可遏制河底的過度沖刷。護岸、護坡、護灘主要用來改變原有的岸坡結構,使得復雜的河流向單一化發展。

守護工程在施工期會使水體中懸浮物濃度升高,危害浮游生物;施工后一般不會對河道水文情勢造成大的改變,但會破壞底棲動物的主要生存場,導致底棲動物種類、數量下降,改變其產卵基質等棲息生境,同時施工還會造成邊灘硬化,影響水生維管束植物的生長,間接影響喜好在此產沉性卵或黏性卵魚類的繁殖發育,導致區域魚類資源量下降。

2.2.2筑壩工程

筑壩工程主要是指將石料拋筑在具有土工布護底的局部河床上的工程，通常用以調整水流分布、改善航行條件。筑壩工程的施工期間，水體懸浮物濃度升高,危害浮游生物;施工后，壩體上下游河段的水文情勢將改變,局部河道的水流流向和流場發生變化，丁壩、潛壩和梳齒壩體的上、下游可能形成回水區或緩流區,抬升部分河段水位。被壩體占用岸邊的水生植被破壞,對部分產卵魚類不利。施工后一些原有的產卵場范圍變化或喪失功能,如丁壩壩體上游靠岸側水流減緩,若漂流性魚卵漂浮至此易下沉,影響魚類孵化。

2.2.3疏浚吹填工程和航道爆破工程

疏浚吹填工程和航道爆破工程在施工期同樣會使水體中懸浮物濃度升高,危害浮游生物;施工后將改變河道地形,原有底棲生物被損毀;減緩河段流速,改變魚類生境。若爆破工程前未采取驅魚措施,將炸死或炸傷過往魚類。

3重點研究課題

3.1　整治工程生態化改造

a. 生態護坡指綜合工程力學、土壤學、生態學和植物學等學科的基本知識，對斜坡或邊坡進行支護,形成由植物或工程和植物組成的綜合護坡系統。國內外新型的生態護坡技術非常豐富,有液壓噴播植草護坡、土工網墊植草護坡、石籠(雷諾墊)護坡、加筋纖維毯護坡、香草根技術護坡等。但目前我國對長江航道生態護坡建設的相關研究還不夠充分,缺乏對各江段航道整治生態護坡工程適應技術的分類。可在數學物理模型的基礎上,配合野外實驗,分析新型生態護坡技術的抗沖刷能力、抗風浪能力、消落帶消能能力[1]、生態修復特性[2]等,綜合得到適合各整治航段的最優護坡方案的研究工作。

b. 護底工程材料不僅需具有安全性、適應性、經濟性,還應該重視它的生態修復特性。護底工程生態化建設不僅對工程的安全性具有要求,對工程進行生態化改造也十分重要。而目前在長江航道生態護底建設中,長江中下游常用的護底材料有土工織物沙枕、混凝土塊軟體排、拋石等[3],這些材料的功能性一般不存在問題,但生物性較差。

可開展野外監測,分析護底工程軟體排構造或布局的沖淤能力[4]、淤積泥沙中底棲生物的含量、周邊生境及相關環境因子的恢復情況,得出適合微生物附著的軟體排構造及布局方案。

本研究方向可促進長江干線航道整治工程的生態建設,推動長江航道建設的綠色發展。

3.2　珍稀水生生物保護

3.2.1江豚

長江江豚是江豚生活在淡水中的唯一亞種,2013年7月被IUCN的受脅物種紅皮書列為極危物種,是我國國家Ⅱ級保護水生動物。據資料顯示,近20年來長江江豚種群數量快速衰減。1991年長江江豚數量為2 700余頭,而至2012年,江豚數量不足1 000頭,其種群年均下降速率為13.73%。自然環境變遷、水位下降、水質惡化、河道淤積等給江豚的繁殖與生長帶來了嚴重威脅。

可對長江江豚的歷史和現狀進行資料查找和實地考察,研究長江江豚的種群分布、生長狀況及數量的變化趨勢[5-6];研究三峽大壩蓄水對江豚棲息地及索餌場造成的影響,分析各類整治工程對江豚的危害程度;從人類活動和自然變遷等層面初步分析江豚減少的影響因素,并分析棲息地保護、異地遷建保護[7]、人工繁殖[8]三大保護措施的利弊,進而提出江豚保護的總體策略及近期保護側重方向,分江段制定近期及遠期江豚保護方案。

通過本研究方向,希望對現有長江江豚種群狀況進行詳盡了解,提出明確的江豚保護思路,在理論和技術上完善已有的江豚保護措施,建設和諧健康的長江生態環境。

3.2.2“四大家魚”

“四大家魚”指的是青、草、鰱、鳙,它們具有適應性強、生長速度快等養殖優勢,是我國主要的淡水養殖和捕撈對象,在我國淡水養殖產量中約占57%(1998年),既是我國的國寶,也是世界水產養殖業發展的重要養殖品種。但近二三十年來,由于過渡捕撈、水質污染和水利工程建設等原因,其資源量日益減少。可采用資料查找或實地考察的方法調查目前“四大家魚”的“三場一通道”分布情況[9-10]及三峽工程蓄水后對“四大家魚”產卵場分布區域的影響[11],初步分析水利工程建設、水體污染、非法捕撈等人類活動對“四大家魚”種群變化的影響;可結合“四大家魚”的生態保護措施(沿江治污、建立魚道、底棲生物恢復、投放人工魚礁、建立人工增殖放流站[12-13]等),從社會經濟條件和生態環境方面分析適合各江段的“四大家魚”最優保護方案。

通過本研究可進一步推進“四大家魚”保護工作,完善“四大家魚”的保護機制,為長江漁業資源的繁榮與生態系統的平衡做出貢獻。

3.2.3胭脂魚、刀鱭、達氏鱘等

胭脂魚分布于長江水系,是我國二類重點保護的珍稀魚類,有極高的經濟、科研價值,由于水利工程截流后的產卵場變化、水質污染、長期過度違法捕撈等原因,野生胭脂魚資源量急劇下降[14]。刀鱭是長江水域重要的洄游性經濟魚類,歷史資料顯示,刀鱭以長江下游的安徽、江蘇、上海為主要洄游通道,但目前江西、湖南已不能形成刀鱭魚汛,下游安徽刀鱭產量也較小[15]。達氏鱘為我國的特有種,近20年來,由于葛洲壩工程的興建、水體污染、過度捕撈等原因,達氏鱘的資源已極為稀少,被列為國家Ⅰ級保護動物。

可研究不同江段胭脂魚、刀鱭、達氏鱘等(以下簡稱“珍稀魚類”)繁殖群體出現的時間,確定其洄游過程與動態;研究不同江段珍稀魚類產卵場的分布、繁殖群體數量和產卵繁殖時間;研究珍稀魚類育幼場的棲息地特征、水生生物餌料資源特點和水文流態特征,以確定珍稀魚類育幼的環境需求;研究航道整治工程對珍稀魚類洄游、產卵場環境、產卵群體分布、幼魚分布和生長的影響。

通過本研究方向,可提出有效的珍稀魚類生態修復措施,推進胭脂魚、刀鱭、達氏鱘等珍稀魚類的保護機制建立。

3.3　生態補償機制

關于生態補償的定義,由于其本身的復雜性以及學者對生態補償的研究側重點存在差異,國內外對生態補償的概念界定尚未形成統一觀點。國際上常使用生態服務付費或生態效益付費的說法,旨在通過市場和政府以經濟、技術、行政等手段調動人們開展生態保護的積極性,逐步實現區域內和區域間的協調,促進生態環境和經濟社會的可持續發展。

由于國內生態補償理論機制的欠缺和相關法律法規的不健全,生態補償難以使用統一的標準,關于珍稀野生物種的生態補償工作更是舉步維艱。

可基于水生生物現狀調研中對影響因素的初步研究,結合水生生物的總體保護策略及分江段、分水域的保護方案,選擇采用直接市場法、替代市場法或假想市場法等核算出相應的保護所需費用，在相關理論研究的基礎上,結合有關案例及法律法規,通過對生態補償的方式、主客體、補償期、資金管理與應用、補償的落實與監督、補償的效果評價等修訂,確立完善的生態補償機制[16]。

通過本研究可為珍稀魚類的生態補償工作確定合理的思路,推動生態補償機制的建立,并為其他領域的生態補償研究奠定基礎。

3.4　擬開展的研究課題

3.4.1生態護岸效果評估及生態護坡類型選擇

選取典型江段的護坡工程,運用數理統計等科學分析方法,進行生態護坡工程實施效果評估,了解生態護坡工程在建、建后對生態環境的影響。根據其不利影響,結合室內外試驗等研究方法,分析有效的改進措施,改進已有工程;調查目前已實施的各類生態護坡技術,通過室內外實驗,探究各生態護坡在不同水流條件下的適應性(包括生態護坡的抗沖刷能力、抗風浪能力、消落帶消能能力、生態修復特性等),比選適合各航段航道整治工程的最佳生態護坡方案。

3.4.2護底工程的水生態學效應及其改進工藝

選取典型江段的護底工程,運用數理統計等科學方法,分析區域水生生物資源演變及存在的生態問題,評估工程的實施效果,得到工程在建、建后對生態環境的影響。根據其不利影響,對已有工程實施改進措施,并研究相應的生態工藝改進技術,可選取的典型航道整治工程如宜昌—昌門溪河段航道整治工程、安慶水道航道整治二期工程等。

3.4.3航道整治工程對江豚及其餌料魚類的影響與恢復過程

選擇江豚分布的典型江段和典型航道整治工程,研究航道整治工程實施前、實施期間和實施后棲息地特征、餌料魚類分布和江豚分布與活動的變化,了解航道整治工程對江豚及其餌料魚類的影響,提出相應的江豚及其餌料魚類保護措施和生態修復方案。

3.4.4適宜江豚生存的生態保護江段選取

綜合考慮江豚保護、航道整治工程建設的技術、社會影響等,采取實地考察和對比分析的方法,優化選取適宜江豚生存的生態保護江段及支汊水域。

3.4.5航道整治對刀鱭資源的影響與保護措施及補償

研究刀鱭的洄游和繁殖季節長江中下游不同江段刀鱭出現的時間、豐度、產卵場分布和繁殖群體大小;研究刀鱭產卵場的特點和產卵繁殖的環境需求;分析不同江段刀鱭育幼場的分布,研究刀鱭育幼的環境需求;研究典型航道整治工程對刀鱭洄游、繁殖和育幼的影響;提出刀鱭資源保護措施和相應的生態補償方案。

3.4.6航道整治對珍稀魚類的影響與恢復過程

相對于“四大家魚”和刀鱭等活動范圍較廣的魚類,一些魚類如鯽、鯉、餐、鱖等的活動范圍一般較小,航道整治工程對這些魚類的影響更加顯著。大部分航道整治工程對棲息地的影響是暫時的,隨著棲息地恢復,施工水域魚類資源也將逐步恢復。本課題研究航道整治工程對棲息地和魚類分布、繁殖、攝食和生長的影響;解析航道整治工程水域棲息地和魚類資源分布的恢復過程;提出相應的保護與恢復措施以及生態補償方案。

3.4.7航道整治工程對魚類群落結構及生物完整性的影響

取典型江段,并按照不同季度或月份,定期對航道整治工程施工前、施工期、運行期魚類群落結構進行監測,掌握魚類種類組成與分布、各種類的生物量,分析魚類群落結構演變規律,篩選出施工和運行前后種群規模變化較大的種類;采用魚類生物完整性指數等評價方法,對航道整治工程施工前、施工期、運行期魚類生物完整性進行評價,分析航道整治施工、運行對魚類完整性的影響及影響程度,并針對性地采取補救措施。

3.4.8航道整治工程江豚生態補償方案

根據人工繁殖、遷地保護、就地保護、離體保護的江豚保護策略及分江段的保護方案,核算出江豚保護所需費用;分析航道整治工程對江豚生態足跡的影響,并確定其對江豚影響所占的權重及影響期;根據江豚的保護費用和航道整治工程影響權重及影響期,最終確定航道整治工程所需承擔的生態補償費用。在理論研究的基礎上,結合相關案例及法律法規,通過對生態補償的方式、主客體、補償期、資金管理與應用、補償的落實與監督、補償效果評估的研究,確立完善的江豚生態補償機制。

4結論與建議

a. 加強航道整治工程的理論研究,不斷完善工程理論和實施工藝,開展改善長江航道整治工程生態環境方向的研究,為長江黃金水道的發展提供理論支持。

b. 長江航運的發展和航道的建設在取得巨大的社會效益、經濟效益的同時,對長江航道的生態環境也帶來了一定程度的不利影響。設計航道整治工程時,須樹立生態建設的宏觀理念,預測并采取有效措施降低工程實施后產生的不利影響,建立科學化、規范化的生態保護機制。

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Key research topic of ecological protection of Yangtze River waterway regulation project

CHEN Qian1, PANG Yong1, 2, WANG Yiqiu1

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.InstituteofEnvironmentalPlanningandEvaluation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract：The current situation, characteristics and main effects on the ecological environment of the Yangtze River waterway regulation project are analyzed. It is recognized to promote the ecological transformation of the Yangtze River waterway engineering from the perspective of the nature of the building materials and the method and technology, which can be also combined with research on habits and protection measures of finless porpoise, four fish and other fish.

Key words：waterway regulation project; ecological protection; research direction

(收稿日期：2015-01-31編輯：彭桃英)

中圖分類號：X171.4

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)01-0067-05

作者簡介:陳茜(1992—),女,碩士研究生,研究方向為水資源規劃與保護。E-mail:cq385841500@qq.com通信作者:逄勇,教授。E-mail:pangyonghhu@163.com

基金項目:水體污染控制與治理科技重大專項 (2012ZX07101-010,2012ZX07101-001)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.011