三峽工程對水環境與水生態的影響及保護對策

鄒家祥,翟紅娟

(長江水資源保護科學研究所,湖北 武漢　430051)

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三峽工程對水環境與水生態的影響及保護對策

鄒家祥,翟紅娟

(長江水資源保護科學研究所,湖北 武漢430051)

介紹三峽工程水環境與水生態現狀,分析三峽工程對庫區及壩下水文情勢、水質、庫區及支流富營養化等水環境的影響,以及工程運行對水生態系統、餌料生物、魚類及珍稀水生動物等水生態的影響,提出優化水庫調度、加強城鎮生活污水處理、工業廢水防治、農村面源治理、飲用水源地保護等水環境保護對策,以及開展棲息地保護、物種保護、人工增殖放流、生態調度等水生生態保護對策。

三峽工程;水環境影響;水生態影響;水環境保護;水生態保護

三峽水庫總庫容(校核洪水位以下)450.5億m3,防洪庫容221.5億m3,興利調節庫容165.0億m3[1]。三峽工程運行后,年內徑流時空分配過程發生變化,對水環境、水生態及其他環境因子造成長期影響。關于三峽工程施工及運營后對生態環境的影響,國內外學者們開展了大量研究工作,并取得了豐富的成果[2-5]。本文主要從水環境和水生態的角度,根據三峽水庫初期蓄水至試驗性蓄水的調查與相關研究成果,分析三峽工程蓄水運行對水環境和水生態系統的影響,并提出水環境保護和水生生態保護的對策。鑒于三峽工程影響范圍較廣，本文重點分析三峽工程對庫區及壩下江段水環境和水生態的影響。

1　三峽工程水環境與水生態現狀

1.1水環境

長江流域的徑流主要由降水形成。三峽庫區壩下游宜昌站多年平均徑流量4 510億m3,多年平均流量14 300 m3/s,多年平均輸沙量5.26億t；長江年入海徑流量9 600億m3。

2014年水質監測統計分析表明,三峽庫區7個干流斷面中,朱沱、銅罐驛、寸灘、清溪場、沱口、官渡口和太平溪斷面水質均符合Ⅲ類標準；庫區的主要支流中,嘉陵江的北碚和臨江門斷面水質符合Ⅱ類標準,烏江的武隆斷面符合Ⅲ類標準,其余4條主要入庫斷面均為Ⅳ類,主要超標因子為TP,庫區大部分支流處于中營養至輕度富營養狀態[6]；三峽壩址下游江段水質基本滿足Ⅲ類水質標準;三峽庫區及壩下游江段,重慶、宜昌、武漢、九江等城市排污量大,形成不同程度的污染帶。

1.2水生態

三峽庫區干、支流生境多樣,為不同水生生物的棲息和繁殖提供了適宜場所,水生生物資源豐富。三峽庫區及壩下游工程影響區共有浮游植物164種,以硅藻、藍藻和綠藻占優勢;浮游動物70余種,以原生動物、輪蟲為主;水生維管束植物40余種;底棲動物20余種,主要為搖蚊幼蟲和寡毛類。

表1　三峽水庫蓄水運用前后宜昌站徑流年內分配對比

注:資料來源于長江水利委員會水文局三峽水庫蓄水運用以來的水文泥沙觀測研究成果，以及2013年10月三峽工程可持續運用水沙調度和生態環保技術研討會資料。

長江流域共有280多種魚類,上游約有200種魚類,其中特有魚類75種。三峽庫區江段共有魚類140種,其中長江上游特有種47種。三峽工程影響區有6種國家重點保護水生動物:國家Ⅰ級重點保護水生動物白鱀豚、白鱘、中華鱘、長江鱘;國家Ⅱ級重點保護水生動物江豚和胭脂魚。三峽庫區上游江津至壩下游湖北武穴為長江“四大家魚”重要產卵場所,其中重慶至三斗坪江段有11處,宜昌至城陵磯江段有11處,城陵磯至武穴江段有8處。

2　三峽工程運行對水環境與水生態的影響

2.1對水環境的影響

2.1.1水文情勢變化

a. 庫區水文情勢。三峽水庫正常蓄水位時,水庫全長663km,水面平均水寬1.1 km,總面積1 084 km2,回水末端位于寸灘上游。在相同流量情況下,自庫尾至壩前流速逐漸減緩。

水庫來水來沙特性方面:1990年代以來,長江上游徑流量變化不大。庫區干流泥沙主要淤積在常年回水區,集中在庫區寬谷段,而窄深段泥沙淤積少,或略有沖刷。

b. 壩下游水文情勢。壩址年均徑流量宜昌站長系列均值為4 510億m3。蓄水后,2003—2015年實測宜昌、漢口和大通站徑流量分別為3 978億m3、6 694億m3和8 377億m3,較蓄水前分別減少8%、6%和7%,主要原因是長江上游來水量比蓄水前平均減少6.6%。

三峽水庫調度對壩下游徑流過程的年內分配有不同程度影響,這種影響在試驗性蓄水期間特別明顯。中下游12月至次年4月徑流量有不同程度的增加,而在三峽水庫蓄水的9—10月,中下游來水出現不同程度的減少。宜昌站徑流年內分配對比情況見表1。

三峽水庫運行調節對長江中下游干流沿程水位有不同程度影響。試驗性蓄水期間,蓮花塘、漢口、湖口、大通站9—11月月平均水位同比最大降幅分別為2.08、1.99、1.51和1.22 m,12月至次年5月平均水位則同比最大抬升分別為1.09、0.96、0.57和0.45 m。

蓄水后,年輸沙量大幅減少。宜昌、漢口和大通水文站2003—2012年年均輸沙量分別為0.482億、1.14億和1.45億t,比蓄水前分別減少90%、71%和66%。

三峽工程蓄水運用后,清水下泄導致長江中游河床總體表現為沖刷態勢,且沖刷逐漸向下游發展。宜昌至湖口河段年均沖刷泥沙1.13億m3。宜昌至湖口河段總體河勢基本穩定,河床平面形態、洲灘格局大體未變,但局部河段(特別是沙質河床)的河勢調整比較劇烈,崩岸時有發生。

2.1.2水環境變化

a. 污染源。庫區主要污染源為農田徑流污染,其次為畜禽養殖污染,城市生活污水、工業廢水、城市徑流污染以及農村生活污水污染、船舶流動污染等。主要污染物依次為TP、COD、揮發酚、NH3-N、氰化物和石油類。

b. 庫區及壩下游水質。1998—2015年,三峽庫區長江干流水質總體保持Ⅱ、Ⅲ類的良好狀態,蓄水前后庫區干流水質總體穩定。庫區干流15個斷面中,蓄水前的1998年、1999年水質基本符合Ⅱ類標準,2000—2002年有部分斷面出現水質超標。蓄水后,干流水質基本未出現超標現象。庫區支流水質主要為Ⅱ～Ⅲ類。蓄水前,支流水質差別較大,屬于Ⅴ類水質的斷面比例達34.4%,屬于Ⅱ類水質斷面比例占23.8%。蓄水后支流水質總體比干流差,壩前支流水質較庫中、庫尾水質差。三峽工程運行對壩下游水質的影響,主要表現在蓄水時段壩下游流量減少,水體稀釋能力減弱,但壩下江段污染物濃度沒有明顯增加態勢,因為大壩攔蓄,泥沙懸浮物含量反而減少[7]。枯水期1—3月向壩下游補水,對水質總體有利。壩下南津關斷面水質代表參數的質量濃度基本持平或略有降低。壩下游范圍廣,對水質的影響還有待進一步監測分析。

c. 水庫富營養化情況。三峽水庫蓄水前,各支流均為典型的河流流態,2000—2002年13條支流TN質量濃度在0.35～9.34 mg/L,TP質量濃度在0.01～2.44 mg/L,CODMn質量濃度為0.81～23.39 mg/L,庫區具備發生富營養化的條件。2004—2015年間,庫區部分支流出現不同程度的富營養化現象,但大多屬于輕度富營養化,只有苧溪河、花溪河富營養化程度相對較重,屬中度富營養狀態,這主要與承接了萬州區大量污染負荷有關。支流富營養化敏感的時段為3—10月,主要因為本時段水溫逐漸升高,干流流量逐漸增大,補給了支流營養物質。支流的富營養化分布大致以苧溪河匯口為界,苧溪河匯口以上支流富營養化較重,以下支流富營養化相對較輕。

d. 庫區支流“水華”現象。三峽水庫2003年開始蓄水,庫區部分支流回水區先后出現不同程度的“水華”。 2008年175 m水位蓄水以來,“水華”頻度較初期蓄水增加。但總體上看,受天氣和水庫水位調節的影響,目前庫區的“水華”是一種間歇的局部的富營養化現象。三峽庫區“水華”暴發頻率較高的月份為3—6月,推測可能與期間水溫適宜藻類生長、水體氮磷含量較高、水體滯留時間較長有關。在空間分布上,“水華”多發生在回水頂托區。三峽庫區出現的“水華”藻類非常豐富,優勢種群主要包括隱藻、硅藻、甲藻、綠藻和藍藻等,其中藍藻“水華”逐漸成為常見種。

上述三峽工程蓄水運行后的水環境變化情況與環境影響報告書的預測結論基本一致。

2.2對水生態的影響

三峽工程蓄水后,庫區及壩下游水文情勢、水環境等均發生一定變化,庫區水生態變化較明顯。壩下游水生態的變化涉及中下游干流、中游通江河湖和河口生態系統[7],其變化是一個長期的過程,有待進一步監測。根據成都勘測設計研究院和有關水生生物研究單位的資料和近年的調查成果,三峽工程初期運行后,水生態變化的主要特征如下。

2.2.1水生態系統結構

a. 庫區水生態系統。三峽水庫蓄水后,庫中和壩前江段流速變緩,越近壩前越緩;庫尾江段仍基本保持流水生境。水生生境的變化引起生物群落結構的變化,水體中適應靜水性的生物物種增多,浮游生物、底棲動物生物量增加;一些支流浮游生物過多,出現“水華”。庫區魚類類群結構發生相應變化,適應靜水或緩流水魚類比例增加,而適應流水性魚類比例降低,并從庫尾木洞至壩前秭歸江段呈遞減趨勢。庫尾以上江段仍保持河流狀態,呈現河流生物群落結構特征。目前水庫生態系統結構正向“河庫型”的體系演化。庫區部分支流已經開始表現出典型的河庫型生態系統特征。從庫尾至壩前形成河流區、過渡區和湖泊區水庫生態系統結構,上游江段與水庫構成新的河庫復合生態系統。

b. 壩下游水生態系統。三峽水庫蓄水后,壩下游年內徑流進行重新分配,枯水期下泄流量增加,汛后蓄水期流量減少。清水下泄,河床灘槽受到不同程度沖刷,底質層遭到破壞;大壩下游水溫出現春夏季低、秋冬季高的現象,同時壩下游出現溶解性氣體過飽和現象。由于水庫調節作用和泥沙來量減少,壩下游各江段水生生境受到不同程度的影響[7-8]。

長江中下游干流長達1 893 km,江湖水沙變化過程復雜,壩下游水生態系統的變化是一個緩慢的過程,其空間結構特性尚不十分明顯,有待進一步監測研究。

2.2.2餌料生物

庫區各江段浮游植物、浮游動物、底棲動物、著生藻類和水生維管束植物的種類組成和生物量發生相應變化,干流壩前至庫中及支流回水區喜流水型物種比例呈下降趨勢,顯示出水庫生態系統特征。

a. 浮游植物。干流江段以硅藻為優勢種群,庫區浮游植物生物量升高。

b. 浮游動物。庫區各斷面浮游動物呈現先增加后降低趨勢。浮游動物物種數峰值出現在2004年。浮游動物組成中,輪蟲所占比例上升。

c. 底棲動物。庫區干流江段喜流水性底棲動物物種減少,支流回水區喜靜水性底棲動物物種增多。

d. 著生藻類。干流和支流仍以硅藻門占優勢。

e. 水生維管束植物。庫區水流變緩及消落區是適合水生維管束植物的庫段,蓄水后水生維管束植物的種類和數量較多。

但蓄水后,長江中下游浮游動植物和底棲動物的變化不明顯。

2.2.3魚類及珍稀水生動物

a. 庫區魚類組成和群落結構。庫區魚類組成,從空間分布變化上看,蓄水后庫區秭歸、萬州、木洞及庫區上游合江江段魚類種類較蓄水前明顯增加,而宜賓江段的變化較小。從魚類群落結構上看,蓄水后從上游至壩前適應流水的魚類比例逐漸減少,適應靜水性的魚類比例逐漸增多。庫區漁獲物中,外來種出現的種類較多,采集到斑點叉尾鮰、短蓋巨脂鯉、胡子鲇等13種,但這主要受周邊水產養殖的影響,與三峽工程無必然的聯系。長江中下游魚類組成中,宜昌至湖口江段特有魚類比例下降,“四大家魚”的比例呈先降后升的趨勢,出現回升在2005年前后。

b. 長江上游特有魚類的變化。庫區干支流江段長江上游特有魚類蓄水后總數47種,比歷史記錄的44種增加3種,但魚類原種類減少了10種,反映魚類組成發生了變化。蓄水后,庫區及上游各江段圓口銅魚、長鰭吻鮈資源呈下降趨勢,圓筒吻鮈總體變化不大,長薄鰍資源呈增加趨勢。長江上游特有魚類資源的變動,不僅受三峽水庫蓄水的影響,而且受過度捕撈、采砂、航道整治、水電開發、水質污染等的疊加影響。

c. 長江下游洄游性經濟魚類的變化。20世紀70年代至2012年,鳳鱭捕撈量總體呈波動下降趨勢。刀鱭捕撈量20世紀70年代至今持續下降,至蓄水前的2002年下降80%以上。長江河口鰻苗總捕撈量明顯波動,呈周期性特征。

d. 珍稀水生動物的變化。中華鱘繁殖群體數量和產卵規模下降,規模維持在較低水平。三峽工程蓄水后,壩下水文泥沙情勢改變,低溫水下泄和河床沖刷變化,可能是造成中華鱘近年來產卵期推遲及群體數量規模下降的原因[9-10]之一,當然,也可能與船閘運行、河勢調整工程、水體中環境雌激素含量等有關，其變化規律和機理有待進一步研究。

白鱘在蓄水前數量已經很少,蓄水后在三峽庫區和長江上游水域沒有誤捕記錄。目前長江鱘在庫區及上游種群數量很小,大部分在宜賓至瀘州附近江段,在庫區主要在萬州以上庫段。蓄水后,胭脂魚在庫區江段數量較蓄水前有所增加,可能與增殖放流有關。由于人為活動加劇,白鱀豚已功能性滅絕,江豚數量持續下降。三峽水庫清水下泄加劇了對下游江段的沖刷,使棲息生境進一步發生變化。

e. “四大家魚”產卵場的變化。三峽工程建設前,重慶至三斗坪共分布有11個“四大家魚”產卵場,產卵規模占全江總量29.6%。三峽水庫蓄水后,6處產卵場消失,5處產卵場變化不大或上移。三峽水庫蓄水后長江上游“四大家魚”產卵規模有增大趨勢,主要因為三峽水庫緩流,形成類似湖泊生境,并與上游保護區江段形成新的河床復合生態系統,為“四大家魚”提供了繁殖產所。總體上,三峽水庫蓄水后對魚類的影響情況與環境影響報告書預測的基本一致。

3　水環境與水生態保護對策

3.1加強水環境保護

a. 優化水庫調度,開展泥沙問題研究[11]。根據各方面對水資源利用的需求,研究并優化新的水沙情勢下,以三峽水庫為核心的上游水庫群的聯合調度模式。開展泥沙問題綜合研究,權衡水庫淤積、下游河道沖刷、水資源利用需求等情況,進一步采取三峽水庫優化調度措施,加強原型觀測和實測資料分析,改善庫區和壩下游河段的泥沙沖淤環境。

b. 落實最嚴格水資源管理制度,加強水功能區限制納污紅線管理,促進水生態系統的保護與修復。

c. 加強城鎮生活污水處理和工業廢水防治。提高已建生活污水處理廠的運行和管理能力,完善遷建新城區的雨污分流制,維護庫區水環境安全。

d. 加強農村面源污染防治,控制“水華”頻發現象。針對支流富營養化、“水華”頻發的問題,進一步開展面源污染防治,并進行“水華”特征、發生機理、富營養化成因及過程的跟蹤調查研究,以增強應急措施的有效性。

e. 加強飲用水水源地保護。進一步加強庫區飲用水源地的綜合治理,開展水源地保護區規范化建設,完善水源地安全預警措施與管理,確保飲用水水源地安全。

f. 強化環境監測的法制建設,完善環境監測制度,提高環境監測效率、水平和應急監測能力。

3.2完善水生態保護

a. 加強棲息地保護,健全完善自然保護區的管理。加強和完善長江上游珍稀特有魚類自然保護區、長江湖北宜昌中華鱘自然保護區等的管理,有效保護水生生物棲息繁殖。繼續加大對保護區的投入,提高保護區管理和運行效率,切實發揮保護水生生物的作用。

b. 建立和完善物種保護工程,深入開展魚類生境保護、修復和人工繁殖等技術研究,保護重要物種資源。在長江流域通過水產種質資源保護區、珍稀特有魚類救護中心,專項救護瀕危物種,并采取建設瀕危水生野生動物繁殖場等措施,建立較為完整的水生生物多樣性和瀕危物種保護體系,健全和完善三峽工程水生生物保護體系。進一步發揮珍稀特有魚類馴養救護和物種保護的機構和科研部門的作用,結合三峽工程各項水生生物保護措施,深入開展珍稀特有魚類人工繁殖技術研究,以保護重要物種資源。

c. 加強人工增殖放流,進一步開展珍稀特有魚類人工繁殖技術等的研究,增加珍稀特有魚類放流的種類及規模。三峽工程自2005年以來實施珍稀特有和重要經濟魚類的增殖放流,2009—2015年組織實施了長江上游珍稀特有魚類人工繁殖、放流技術試點示范推廣項目。建議進一步加強珍稀特有和重要經濟魚類的放流監測和效果評價,開展放流野生群體種群動態、結構的調查和基礎研究,完善增殖放流的管理制度,增加增殖放流的種類、數量和有效性。

d. 在試驗性生態調度基礎上,研究實施科學合理的生態調度方案。自2011年開始,連續3年針對“四大家魚”的三峽水庫生態調度試驗,對“四大家魚”的自然繁殖起到了促進作用。建議進一步開展生態調度全方位分析論證,科學評估不同洪水調度規模和方式對魚類繁殖的影響,并擴大生態調度的目標,開展生態調度效果的監測評估,為優化生態調度提供科學依據。

[ 1 ] 陸佑楣,曹廣晶. 長江三峽工程[M]. 北京: 中國水利水電出版社,2010.

[ 2 ] 李錦秀,禹雪中,幸治國.三峽庫區支流富營養化模型開發研究[J].水科學進展,2005,16(6): 777-783.(LI Jinxiu,YU Xuezhong,XING Zhiguo.Eutrophication model for the branch of Three Gorges Reservoir[J].Advances in Water Science,2005,16(6): 777-783.(in Chinese))

[ 3 ] 王子成,王保棟,辛明,等.三峽水庫正常蓄水后長江口海域營養鹽分布與結構變化[J].海洋科學進展,2015,33(1): 100-106.(WANG Zicheng,WANG Baodong,XIN Ming,et al.Changes of distributions and compositions of nutrients in the Changjiang Estuary after normal operation of the Three Gorges Reservoir[J].Advances in Marine Science,2015,33(1): 100-106.(in Chinese))

[ 4 ] 嚴恩萍,林輝,王廣興,等.1990—2011年三峽庫區生態系統服務價值演變及驅動力[J].生態學報,2014,34(20): 5962-5973.(YAN Enping,LIN Hui,WANG Guangxing,et al.Analysis of evolution and driving force of ecosystem service values in the Three-Gorge Reservoir region during 1990—2011[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(20): 5962-5973.(in Chinese))

[ 5 ] 李崇明,黃真理,張晟,等.三峽水庫藻“水華”預測[J].長江流域資源與環境,2007,16(1): 1-5.(LI Chongming,HUANG Zhenli,ZHANG Sheng,et al.Risk forecas of algal bloom in the Three-Gorge Reservoir[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2007,16(1): 1-5.(in Chinese))

[ 6 ] 水利部長江水利委員會.長江流域及西南諸河水資源公報[M].武漢: 長江出版社,2014.

[ 7 ] 唐萍,翟紅娟,鄒家祥.三峽庫區水環境保護與生態修復初步研究[J].水資源保護,2011,27(5): 43-46.(TANG Ping,ZHAI Hongjuan,ZOU Jiaxiang.Preliminary study on water environmental protection and ecological restoration in Three Gorges Reservoir area[J].Water Resources Protection,2011,27(5): 43-46.(in Chinese))[ 8 ] 董增川,梁忠民,李大勇,等.三峽工程對鄱陽湖水資源生態效應的影響[J].河海大學學報(自然科學版),2012,40(1):13-18.(DONG Zengchuan,LIANG Zhongmin,LI Dayong,et al.Influences of Three Gorges Project on water resources and ecological effects in Poyang Lake[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2012,40(1):13-18.(in Chinese))

[ 9 ] 李建,夏自強,戴會超,等.三峽初期蓄水對典型魚類棲息地適宜性的影響[J].水利學報,2013,44(8): 892-900.(LI Jian,XIA Ziqiang,DAI Huichao,et al.Effect of the Three Gorges Reservoir initial filling on downstream habitat suitability of the typical fishes[J].Journal of Hydraulic Engineering,2013,44(8): 892-900.(in Chinese))

[10] 曹文宣.有關長江流域魚類資源保護的幾個問題[J].長江流域資源與環境,2008,17(2): 163-164.(CAO Wenxuan.Several problems related to the protection of fish resources in Yangtze River Basin[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2008,17(2): 163-164.(in Chinese))

[11] 肖楊,彭楊,王太偉.基于遺傳算法與神經網絡的水庫水沙聯合優化調度模型[J].水利水電科技進展,2013,33(2),9-13.(XIAO Yang,PENG Yang,WANG Taiwei.Water sediment coordinated optimized dispatch model of reservoir based on genetic algorithm and neural network[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2013,33(2):9-13.(in Chinese))

Impacts of Three Gorges Project on water environment and aquatic ecosystem and protective measures

ZOU Jiaxiang, ZHAI Hongjuan

(ChangjiangWaterResourcesProtectionInstitute,Wuhan430051,China)

This paper introduces the water environmental and aquatic ecological status of the Three Gorges Project. The impacts of the project on the aquatic environment, involving hydrological regimes, water quality, reservoir eutrophication, and water blooms in the tributaries, are analyzed. The project’s impacts on aquatic ecology, including the aquatic ecosystem, food organisms, fish species, and rare aquatic animals, are also analyzed. Several measures are proposed to protect the water environment, including optimization of reservoir regulation, urban sewage treatment, industrial waste water control, rural non-point source pollution control, and drinking water source protection. For the protection of the aquatic ecosystem, some measures are put forward, including habitat conservation, species conservation, artificial enhancement and release of fish, and ecological reservoir regulation.

Three Gorges Project; water environmental effect; aquatic ecological effect; water environment protection; aquatic ecology protection

10.3880/j.issn.1004-6933.2016.05.025

國家自然科學基金(41201558)

鄒家祥(1940—),男,教授級高級工程師,主要從事水資源保護科學研究與環境影響評價工作。E-mail:zoujx2005@sina.com

翟紅娟,高級工程師。E-mail:hongjuanzhai@126.com

X171.4

A

1004-6933(2016)05-0136-05

2016-03-04編輯：彭桃英)