大藤峽水利樞紐工程設計中的水生態優化措施

王　麗,朱遠生,楊曉靈,梁曉華

(1.珠江水資源保護科學研究所,廣東 廣州　510610; 2. 廣西壯族自治區環境保護技術中心,廣西 南寧　530028)

大藤峽水利樞紐工程設計中的水生態優化措施

王麗1,朱遠生1,楊曉靈1,梁曉華2

(1.珠江水資源保護科學研究所,廣東 廣州510610; 2. 廣西壯族自治區環境保護技術中心,廣西 南寧530028)

摘要：針對水利水電工程對環境的影響和大藤峽水利樞紐工程所在江段的水生生態敏感性,探討大藤峽水利樞紐工程設計中的水生態優化措施:優化運行水位;采取保護魚類、優化施工方案的多種水生態保護措施;實施生態調度。分析這些水生態保護措施的可行性及有效性,認為這些措施技術上可行,可有效減緩水利工程對魚類產卵場及魚類資源的影響。

關鍵詞：大藤峽水利樞紐工程;水生態敏感性;水生態優化;生態調度;魚類產卵場;魚類資源

珠江流域具有較強的水體自凈能力和生態環境自我修復能力,流域總體開發利用程度約17.9%,生境多樣性條件豐富,水質良好。為切實保護珠江,大力推進流域水生態文明建設,為子孫后代留下一條健康優美的河流,水利部珠江水利委員會(以下簡稱珠江委)在分析珠江特點和總結多年治江實踐經驗的基礎上,于2005年提出了“維護河流健康,建設綠色珠江”的治理總體目標[1-2]。建設綠色珠江,要把生態文明理念融入流域水資源開發、利用、配置、節約、保護的各方面以及水利規劃、建設、管理的各環節中,在合理利用河流為人類服務的同時,更加注重水資源承載力對經濟社會發展的約束,注重維護河流健康。

近年來,珠江委一直致力于將綠色珠江的理念貫徹到各項流域管理實踐中,在流域控制性工程大藤峽水利樞紐的設計中充分融入生態保護理念,從生態保護的角度,對工程設計進行一系列優化,以達到保護生態環境、維護河流健康的目的。本文分析水利水電工程對環境的影響,以及大藤峽水利樞紐工程所在江段的水生生態敏感性,認為大藤峽水利樞紐工程設計中的水生態優化措施已較好地將綠色珠江建設理念貫徹到工程設計過程中。

1水利水電工程建設對環境的影響

水利水電工程建設對環境的影響主要體現在兩個方面:①大壩阻隔對水文情勢、河流泥沙、局地氣候、水生生物、水體自凈能力等方面的影響,其中受到較多關注的是對水文情勢及水生生物的影響;②水庫淹沒產生的影響,主要體現在對重要生境、陸生生物的影響及移民安置帶來的社會影響等[3-4]。

在水生生態影響方面,修建水利工程會改變河流的自然形態,引起局部河段水流的水深、含沙量等發生變化,進而引起河流上下游的水文、泥沙情勢發生變化。而水文、泥沙的改變是影響河流生態環境變化的原動力,并將進一步影響河流的水溫、水質、地質環境以及局部地區的氣候。上述變化對水生生物特別是魚類將產生較明顯的影響,水深、水溫的改變將導致底棲生物的種類變化，并影響魚類的產卵環境;大壩的修建也將直接影響洄游魚類的基因交流,改變魚的種類等。

2工程概況及水生態敏感性分析

2.1大藤峽水利樞紐工程概況

大藤峽水利樞紐工程壩址位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峽出口,距下游桂平市黔江彩虹橋6.6 km,壩址以上控制流域面積19.86萬km2,約占西江水系流域總面積的56.2%;壩址處多年平均徑流量1 340億m3,多年平均流量4 240 m3/s;工程正常蓄水位61.0 m,死水位47.6 m,防洪起調水位47.6 m,水庫總庫容34.3億m3,防洪庫容15億m3;電站總裝機容量1 600 MW(8臺機組),多年平均年發電量61.30億kW·h;規劃航道等級為Ⅰ級,多年船閘設計通航最大船舶等級3 000 t。根據工程任務要求,大藤峽水利樞紐每年6—8月按照防洪水位47.6 m運行，4、5、9月按59.6 m運行，10月至次年3月按照正常蓄水位61.0 m運行。

大藤峽水利樞紐工程開發任務以防洪、航運、發電和水資源配置為主,結合灌溉等綜合利用任務,是西江北江中下游防洪體系中不可替代的控制性工程,具有顯著的航運、壓咸、灌溉等綜合效益,在珠江流域防洪減災和水資源綜合利用中具有不可或缺的作用和地位[5-6]。

2.2大藤峽所在江段的水生態敏感性

大藤峽水利樞紐工程所在江段的水生生態敏感程度非常高,庫尾有紅水河來賓段珍稀魚類自治區級自然保護區;庫尾到壩下分布有12個產漂流性卵的魚類產卵場,其中大藤峽壩下10 km處的東塔魚類產卵場為西江水系主要產卵場之一,亦被稱為全國第二大產卵場[7],該江段魚類資源豐富,記錄各種魚類270種,其中記錄有國家級保護魚類中華鱘、花鰻鱺、唐魚、廣西壯族自治區重點保護魚類鰣魚等珍稀特有魚類33種。

從整個流域來看,大藤峽江段是高原山地急流性魚類向江河平原魚類過渡區,是流水性魚類的重要生境之一,也是珠江洄游魚類的重要通道,魚類多樣性豐富。在流域魚類資源保護中,大藤峽江段具有重要地位。

3水生態優化措施探討

為了減緩大藤峽水利樞紐工程建設對水生生態的不利影響,踐行“維護河流健康,建設綠色珠江”的要求,在大藤峽水利樞紐工程的設計過程中采取一系列的水生態優化措施。

3.1優化運行水位

大藤峽庫尾分布有紅水河來賓段珍稀魚類自治區級自然保護區。保護區分2段,西段西起上灘(N23°40′08″、E109°02′39″)，東至召平出口下三門(N23°42′02″、E109°08′35″);東段西起紅河農場渡口下行1.8 km處(N23°43′38″、E109°23′55″)，東至三江口(N23°47′53″,E109°31′54″),保護區所涉河段總長度為44.5 km,水域面積約582 hm2。每年4—9月的豐水期、平水期,保護區上灘下游2.2 km處至召平出口下三門上游0.8 km處的7.5 km河段為季節性核心區,其余河段為實驗區;每年10月至次年3月枯水期,保護區所有河段為實驗區。保護區內分布有定子灘和大步2個魚類產卵場,其中定子灘產卵場位于季節性核心區內。根據該產卵場2013年5月20日—7月18日的監測結果,在紅水河來賓江段共采集魚卵5 727顆,魚苗10尾。根據產卵徑流公式推算該江段魚卵(苗)總量為1.8億顆(尾),魚卵主要種類為銀鮈,魚苗已鑒定種類有鰕虎、鱖、鳊、大眼華鳊等,其中定子灘產卵場的產卵規模占該江段的38.9%,即魚卵(苗)量為0.7億顆(尾)。

為避免水庫回水對保護區季節性核心區的不利影響,工程設計在水庫汛期水位已經降至47.6 m的基礎上,繼續以損失0.26億kW·h電量的代價,將4月運行水位從61.0 m降低至59.6 m,使得水庫回水位置處于保護區季節性核心區下游(圖1)。

圖1　4月水位調整后大藤峽水庫回水位置示意圖

運行水位優化后,根據該江段魚類自然繁殖所需的水文水力學特征,在漂流性卵魚類的主要產卵季節5—7月,水溫18～24℃條件下,魚卵從受精卵到孵化出膜約需要36 h,達到鰾一室期約需139 h,才能發育成具有主動游泳能力的幼魚。定子灘產卵場魚卵經過36 h孵化出苗的漂程見圖2。由圖2可以看出,定子灘產卵場5、7月份產出的魚卵在大藤峽庫區孵化出苗但不能達到鰾一室成為具有主動游泳能力的仔稚魚,6月份產出的魚卵要通過大壩在壩下孵化出苗。因此,定子灘產卵場5—7月4大家魚魚卵及同時庫區孵化出的仔魚均要通過大壩才能發育成具有主動游泳能力的仔稚魚。利用葛洲壩21#水輪機組進行魚類通過水輪機的標志回捕實驗,結果表明，106尾不同長度的鳙魚在通過水輪機后,仍保持92%～100%的成活率;且20～30 cm組的活體回捕率和24 h成活率均大于30～50 cm組。可以推斷,在一定流量條件下,體長小于50 cm的魚類個體在通過水輪機組時受水輪機影響較小,且個體越小,受水輪機的影響越小。而大藤峽壩下江段多年漁獲物調查資料顯示,壩下江段魚類體長分布中,小于50 cm的個體占絕大多數,因此預計卵苗通過大藤峽發電機組后所受影響相對較低,成活率較大。

圖2　定子灘產卵場魚卵孵化漂程示意圖

3.2采取水生態保護措施

3.2.1魚類保護措施

大藤峽水利樞紐工程是珠江水系西江干流紅水河規劃的最末一個梯級。為了保護工程所在江段乃至流域的魚類資源,提出了由生境保護、過魚設施、生態調度、增殖放流、科學研究和漁政管理等組成的魚類保護措施體系,見表1。

表1　大藤峽水利樞紐魚類保護措施體系

a. 棲息地保護。野生動物及其棲息環境(如森林、河流、濕地和草原等)是大自然賦予人類最為寶貴的資源,保護好棲息地是生物多樣性保護的一種有效手段。在目前的水生生態保護中,棲息地保護是正被逐漸使用且行之有效的措施之一。通過對大藤峽庫區、壩下河段及支流水文條件、水質狀況、河流開發現狀及規劃、魚類資源現狀及保護情況、管理可行性等因素進行篩選,劃定橋鞏壩下至柳江河口、柳江紅花水電站至三江口以及洛清江江口電站以下至柳江匯口兩段、南木江黔江匯口至潯江河口河段、大藤峽壩下至桂平東塔河段為大藤峽江段魚類棲息地保護范圍(圖3)。采取設置人工魚巢、人工產卵場、加強漁政管理等多種措施對棲息地范圍內魚類資源進行保護。

棲息地保護河段總長256.8 km,涵蓋了魚類自然保護區、魚類產卵場等重要水生生境。從棲息地的生境條件及魚類資源現狀可以看出,通過棲息地的保護，可以有效保護大藤峽庫區及壩下江段的魚類資源。

b. 過魚設施。魚道是針對人類活動破壞魚類洄游通道而采取的補救措施,通常是通過設置隔板將上下游水位差分為若干級,利用消能減速以及控制水流流量等措施,來創造適合于魚類上溯的流態,一般適用于中低水頭的大壩。我國修建的過魚設施中魚道運用最多。

圖3　大藤峽江段魚類棲息地保護范圍

根據大藤峽的壩高、所處河段自然條件、河段魚類特點等,結合大藤峽水利樞紐工程可能對魚類產生的影響,擬在黔江主壩右岸設置過魚通道。由于魚道的過魚季節涵蓋水庫運行的主汛期和非汛期,因此在過壩時分設兩個出口,其中主汛期魚道長1 999 m,非主汛期魚道長1 238 m,魚道長度總計3 237 m。由于大藤峽下游長洲水利樞紐已建魚道,從近幾年長洲魚道的過魚效果,可推測大藤峽魚道的建設對上下游魚類的交流將起到重要的連通功效。

c. 南木江生態通道。仿自然通道是在岸上人工開鑿的類似于自然河流的小型溪流,通過溪流底部、沿岸由石塊堆積成的障礙物的摩阻起到消能、減緩流速的目的,適應河流生態恢復的原則。

鑒于黔江支流南木江對大藤峽壩址上下游河段具有天然水力聯通作用,可以為大藤峽大壩建設后壩上壩下的營養物質和能量、生物群落連通提供基礎,因此,規劃在南木江采取工程措施建設魚道和仿自然通道,工程魚道布置在左岸,總長1 254 m,同時在南木江構筑人工仿生態河道,增加大藤峽上下游的水力連通;同時實行生態流量泄放、禁漁保護等管理措施,使其作為大藤峽樞紐建成后的水力、生態聯通通道和魚類的棲息地。

d. 魚類增殖放流。魚類人工增殖放流是補償水利水電工程開發造成魚類資源衰退、保護珍稀瀕危魚類種群延續以及補充經濟魚類資源的一種重要手段[8]。我國已先后建成烏江索風營、大渡河瀑布溝、金沙江向家壩、瀾滄江糯札渡、雅礱江錦屏、紅水河橋鞏等近20座魚類增殖站,并相繼開展大規模的放流活動[8],對保護、恢復和增殖珍稀瀕危魚類種群,增強魚類種群生存和延續能力,提高天然水域的魚類資源量有著重要意義[9]。

為緩解大藤峽樞紐工程建設對魚類種群、資源量的不利影響,擬于大藤峽業主營地布置占地4 hm2的魚類增殖放流站,進行受影響珍稀特有魚類的野生親本捕撈、運輸、馴養,實施人工繁殖和苗種培育,提供苗種進行放流等。近期人工增殖放流對象主要是4大家魚、長臀鮠、斑鱯、光倒刺鲃、三角魴、赤眼鱒、銀鲴、黃尾鲴、卷口魚等珍稀特有和經濟魚類。

e. 建設紅水河珍稀魚類保育中心。為更加有效地保護紅水河流域魚類資源,大藤峽水利樞紐工程將與珠江流域其他梯級水電工程共建紅水河珍稀魚類保育中心。該中心不承擔增殖放流任務,主要任務是基于流域水生生物保護的需要,組織開展紅水河流域范圍內珍稀瀕危及特有魚類的調查、監測、繁育、救護及科研等多方面的工作,組織開展黔江及潯江江段中華鱘應急救護能力建設,逐步開展珍稀、瀕危種類種群、個體、精卵、胚胎、細胞、基因等多層次的種質資源保護技術及應用實踐研究,建造紅水河珍稀魚類保護平臺。紅水河珍稀魚類保育中心的建設將為紅水河流域的魚類資源做技術儲備,為魚類的保護進行前期研究,對魚類保護具有不可估量的作用。

3.2.2施工方案優化

圖4　銅鼓灘料場與東塔魚類產卵場位置關系

根據早期設計,大藤峽水利樞紐工程有兩個主要砂礫石料場,即銅鼓灘料場和江口料場(圖4),但銅鼓灘料場所在位置為東塔魚類產卵場,該產卵場是珠江水系西江段最主要的草、青、鰱、鳙、鯪、鳊、鰣等魚類天然產卵場之一,是江河魚類一個天然的基因庫。為更好地保護東塔魚類產卵場的生態環境,工程設計階段對料場方案進行修改,重新尋找新的料場。同時,為了保護江口料場所在區域的魚類產卵活動不受影響,對江口料場的開采范圍及開挖時序也進行了優化。

3.3實施生態調度

生態調度是一種主要的河流生態修復措施,國際上許多國家開展了生態調度實踐。自2000年以來,我國珠江、黃河、嫩江、海河、太湖、淮河各大流域都陸續開展了生態調度實踐。針對大藤峽所在流域水生生態保護目標的生態需水要求及大藤峽水利樞紐工程的水生生態影響特點,在工程方案設計時要制定生態調度措施。

a. 在大藤峽水庫營運期,通過泄水低孔結合發電下泄700 m3/s的生態流量;在流域壓咸期,通過利用發電機組發電下泄壓咸流量,服從流域水資源配置調度要求。

b. 在魚類產卵期,當流域來水偏枯,無明顯洪水時,采用人造洪峰調度方式來刺激魚類洄游產卵。

c. 在4—7月入庫流量大于3 000 m3/s時,電站不參與電網調峰調頻調度,保留水流對魚類產卵的刺激作用,滿足魚類產卵育幼要求。

3.4水生態保護措施的可行性及有效性分析

大藤峽水利樞紐工程設計時采取的各項水生態保護措施,多為目前已經應用且較成熟的措施,經過優化調整,從技術上來看是可行的。

通過主要產卵期低水位運行、棲息地保護、制定禁漁區和禁漁期、建設南木江魚道、建設人工產卵場、增殖放流及珍稀魚類保育等措施,大藤峽水利樞紐工程對產漂流性卵魚類的產卵場及魚類資源的影響能夠得到有效減緩。采取保護措施后,定子灘、老城廂、大步、里壅、運江魚類產卵場產卵功能可以得到發揮,原分布于衣灘、石龍三江口、大藤峽、前進產卵場的魚可以上溯至這些產卵場繁殖;東塔、盆龍及觀音閣產卵場基本不受影響。紅水河來賓段、柳江紅花電站下游、大藤峽壩下桂平江段魚類資源豐富,魚類多樣性高,且以流水性魚類為主,將此3個河段作為棲息地保護,可有效保護大藤峽庫區及壩下江段現有的各種魚類。大藤峽魚道下游的長洲水利樞紐已建設有魚道,根據水利部中國科學院水工程生態研究所2011—2013年連續對長洲魚道的觀測結果,魚道過魚效果良好。大藤峽主壩魚道與長洲魚道相似,南木江生態通道為近仿自然通道,它們的建設將對上下游魚類的交流起到重要的連通功效。大藤峽魚類增殖站建成后人為放流受工程影響較大的魚類,可以補充魚類資源量,對穩定大藤峽庫區及壩下的魚類種群資源數量起到有效的作用。

4結語

識別及調查大藤峽水利樞紐工程所在河段的水生生態敏感保護目標,分析預測大藤峽水利樞紐工程對水生生態特別是魚類資源的影響,從協調工程建設和魚類保護的角度出發,筆者提出采取多種水生態保護措施,以有效減緩水利工程對魚類產卵場及魚類資源的影響。

在下一階段工程的建設實施中,應進一步研究如何將水生態保護措施落實并充分發揮其效用,使大藤峽水利樞紐工程真正成為珠江流域人水和諧的生態保護工程典范。

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Measures for aquatic ecological optimization in design of Datengxia Water Project

WANG Li1, ZHU Yuansheng1, YANG Xiaoling1, LIANG Xiaohua2

(1.ScientificInstituteofPearlRiverWaterResourcesProtection,Guangzhou510610,China2.EnvironmentalProtectionTechnologyCenterofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530028,China)

Abstract：With consideration of the influence of hydraulic and hydro-power projects on aquatic environments and the sensitivity of the aquatic ecosystem in the river reach of the Datengxia Water Project, measures for aquatic ecological optimization in the design of the Datengxia Water Project are discussed in this paper. These measures include optimizing the operating water level, protecting the aquatic ecosystem through fish conservation and optimization of construction schemes, and aquatic ecological operation. The feasibility and effectiveness of the measures are analyzed. The results show that the measures are technically applicable and can effectively reduce the influence of water projects on fish spawning sites and fish resources.

Key words：Datengxia Water Project; sensitivity of aquatic ecosystem; aquatic ecological optimization; ecological operation; fish spawning site; fish resources

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.014

作者簡介：王麗(1974—)，女，高級工程師，博士，主要從事水資源保護、水利工程環境影響評價工作。E-mail:79846493@qq.com

中圖分類號：X820.3; TV61

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)03-0074-05

(收稿日期：2015-04-26編輯：彭桃英)