長江上游水電梯級開發的水域生態保護問題

曹文宣

（中國科學院水生生物研究所，湖北 武漢 430072）

1 前言

長江是我國第一大河，水力資源十分豐富，主要分布在上游地區。長江宜昌以上干支流水力資源技術可開發量裝機容量22246萬kW，年發電量10677.3億kW·h，分別占全流域總量的86.8%和89.9%，是“西電東送”的主要產電區。在2012年12月頒布的《長江流域綜合利用規劃（2012—2030年）》中，上游的干流和主要支流都布置了若干水電站。有的支流，特別是在一些二級和三級支流，已經大量修建了引水式電站，使原來的天然河道斷斷續續的脫水干涸。

長江是水生生物的重要聚居地，生物多樣性豐富。長江內生活有白鰭豚、長江江豚、揚子鱷、白鱘、中華鱘、達氏鱘、胭脂魚、川陜哲羅鮭等國家重點保護的水生野生動物。長江的魚類有400余種，其中純淡水魚360余種，過河口洄游性魚類11種，以及一些常年棲息于河口區的咸淡水魚類[1]。長江魚類資源有兩個主要特點。一個是以青、草、鰱、鳙即“四大家魚”為代表的鯉科魚類東亞類群，在漁業資源中占有重要地位。它們適應于東亞季風氣候，在春末夏初水溫升到18℃以上，每當江河發生洪汛時繁殖，魚卵在漂流過程中發育孵化，并隨著泛濫的洪水進入沿岸的洼地（即通江湖泊）攝食生長。發生洪水和水溫達到適當的溫度點是它們進行繁殖所必備的自然條件，而通江湖泊則是其仔、幼魚及成魚育肥生長的最適場所。長江魚類資源的另一個特點是特有種很多。在長江的360余種純淡水魚類中，有155種是長江的特有種，并且局限分布于長江上游的特有魚類多達124種。上游的特有種絕大多數常年棲息于江河流水中，對其棲息生境有高度的適應性和強烈的依賴性，是長江上游水域生態系統的代表性物種，也是維護上游生物多樣性的主要保護對象。

由于水域生態系統本身的脆弱性，易受自然因素變化和各種人類活動干擾的影響。著名的國家一級重點保護動物白鰭豚，已在長江消失了20年，被宣告為“功能性絕滅”；另一種一級保護動物白鱘，在2003年最后一次見到1尾誤捕的個體以后，至今再未見到。國家二級保護動物長江江豚，2006年調查有1800頭，到2012年調查僅有1040頭，種群數量減少的速率很快，瀕危狀態加劇。中華鱘在宜昌葛洲壩下的產卵場，自2003年三峽水庫蓄水后，產卵期后延約20天，并且從每年產兩次減為只產一次卵，甚至到2013年至2015年，沒有監測到壩下產卵的情況；2016年又發現有少數親魚產卵。三峽水庫蓄水運行后，四大家魚的繁殖期也滯后了2～3周。這些征兆應當引起我們的警覺和重視。

如何協調水電開發和物種保護之間的矛盾，實現水電可持續發展和物種永續繁衍，是需要認真探討的課題。本文就長江上游已建、在建和擬建的一些大型水電工程的生態環境影響及其目前采用的物種保護措施的效用作一些分析。

2 長江上游特有魚類所適應的棲息生境

在長江上游的124種特有魚類中，除十幾種分別分布于滇池、瀘沽湖等幾個湖泊，適應于靜水環境的物種外，絕大多數種類適應于急流環境，在河流中生活。常年在長江上游干流及其主要支流下游的特有魚類有40余種，其它的幾十種特有魚類，則分布在各支流的中、上游，并且有少數的特有種僅分布于某一條河流。

這里的河流，無論干流或支流，通常是河道蜿蜒曲折，灘潭相接，在河道兩側流速、流態、底質、水深等水文要素隨主流走向而交替變化。在礫石的河灘，河水奔騰湍急，浪花翻滾。礫石表面普遍生長著生藻類（主要為硅藻，其次為綠藻），并有大量的水生昆蟲的幼蟲或稚蟲爬附在礫石表面或吐絲作巢于石縫中，它們多以著生藻類為食。在河流彎曲處，受主流沖刷而形成的潭（當地叫“沱”），水較深，常被巖石部分遮被，是魚類白天隱匿的場所。這里的底質多為沙礫或泥沙，在漩水處常積聚有半腐爛的植物碎屑。另外，在河邊巖石上，也生長有大片著生藻類，還會見到營固著生活的軟體動物淡水殼菜。

在這樣的河流環境中，上游的特有魚類形成了一系列的適應性特征。它們多數是營底棲生活，有一些類群的胸、腹鰭或口唇部分還形成了吸盤等附著器官，可吸附于石上。針對河流中餌料生物的組成，特有魚類的食性主要分為以下五大類：（1）主要攝食著生藻類的。它們的口裂較寬，近似橫裂，下頜前緣具有鋒利的角質，用來刮取生長于石上的著生藻類。（2）主食底棲無脊椎動物的。它們的口部常具有發達的觸須或肥厚的唇，用以探尋和吸取食物。這一類食性的魚種數最多，約60種。（3）雜食性魚類。它們通常是在水量較大、水較深的干支流棲息，攝食底棲動物（包括淡水殼菜），也攝食藻類及植物碎屑、種子等。（4）主要捕食別種魚類的。（5）主要攝食浮游動物的。

3 長江上游特有魚類的繁殖習性

任何一個物種都必須通過繁殖后代延續生命。在個體的生活史周期中，繁殖是最重要的一個環節。魚類繁殖習性的形成是與其棲息水域氣候、水文等環境要素周年變化的自然節律相適應的。上游特有魚類繁殖習性大體可以分為以下幾個類型。

在礫石河灘產沉性或黏性卵：具這種類型產卵習性的特有種較多，每年3月，當水溫升到15℃時，便開始產卵。魚卵黏附于礫石表面或散布于礫石間的縫隙中。這時的河水徑流平穩，懸移質極少，避免泥沙黏附在魚卵上，影響胚胎呼吸。一般在15-16℃時，受精卵經5-6天孵化，水溫較高時，孵化期相應縮短。孵化的仔魚待到5、6月份發生洪汛時，已長成具有較強游泳能力的稚魚，能夠游到淺灘、岔流或支流覓食。

在挖掘的淺坑中產沉性卵：裂腹魚亞科分布于長江上游各個屬的特有種（約20種），具有相似的繁殖習性。親魚（主要是雄魚）在底質為沙礫、水流較平順、水深約40～60cm的近岸處，靠尾部的擺動刨出一個淺坑，將魚卵產在坑中。開始繁殖的水溫，在裂腹魚屬約10℃，在裸鯉屬和裸裂尻魚屬約4～5℃。此外，屬于國家二級重點保護動物的川陜哲羅鮭，在長江上游目前僅局限于大渡河河源段的腳木足河和麻柯河，其繁殖習性與裂腹魚類相似，繁殖水溫也很低。

在江河漲水時產漂流性卵：在4、5月內，水溫升到18℃時，圓口銅魚、長鰭吻鮈、長薄鰍、中華金沙鰍等特有種，當發生洪汛時便在江河中產卵。受精卵迅速吸水膨脹，卵膜直徑可達5.1～7.8mm（圓口銅魚），小的也有3.7～4.0mm（長薄鰍）。魚卵在順水漂流的過程中發育。初孵仔魚仍隨水漂流一段時間，待卵黃囊完全吸收后，才能主動游動。由于江水流速較大，一般要被動漂流600-700km距離。圓口銅魚、長薄鰍等魚類的產卵場主要在金沙江中下游觀音巖至烏東德江段，距宜昌1500km以上，其仔魚漂流到長江中游的幾率很小。漂流性魚卵的比重略大于水，流速大于0.2m/s時，可以懸浮在水中漂流，但當流速小于0.2m/s時，則會下沉，被泥沙掩蓋或缺氧死亡。

產黏草性魚卵：只有極少數的特有魚類將黏性卵產在水草上。黑尾近紅鲌在5、6月份，水溫達到20℃時，在緩流處或支流有水草生長的地方產卵。

4 水電工程對水域生態影響

大型水利樞紐工程一般具有多項功能。目前在金沙江、雅礱江和大渡河等河流已建和在建的水電站，都未建船閘，其主要功能是發電，而其航運功能僅限于水庫內。這些電站大多為攔河筑壩，壩高多在100m以上。水電站建成運行后，將奔騰的河流改變為緩流的水庫，礫石河灘被數十米乃至100m以上的深水所淹沒并逐漸被泥沙覆蓋，該河段水生生物原有的棲息生境完全消失；深水水庫徑流調節和水溫層化，也使水域生態的自然節律發生變化。這些變化，對上游特有魚類的生存帶來了影響[2][3]。

4.1 河流的連通性受到阻隔，影響魚類洄游

魚類在進行覓食、繁殖、越冬等活動時，常在江河里作距離長短不等的洄游。攔河大壩阻擋了魚類上溯的洄游通路。受阻隔影響最為嚴重的是那些具有強烈的回歸性、必須返回到原來出生地去繁殖的鮭科魚類。

大壩對魚類下行也產生影響。處于魚類早期生活史階段的魚卵和仔魚（俗稱“魚苗”）游泳能力弱，常被動地被水流帶至壩前，隨著下泄水流降落。從高處下泄的水流能量巨大，沖入消能池時產生的高壓，使溶于水中的氣體處于過飽和狀態。仔魚吸入了這種過飽和氣體，當其隨水流溢出消能池后，周圍環境恢復常壓狀態，血管中仍保持過飽和狀態的溶氧迅即形成氣泡，危及魚體生命。這就是通常說的氣體過飽和引起的氣泡病。也有一部分仔魚是死于下泄水流沖擊而產生的機械損傷。

4.2 水文情勢顯著改變，流水性魚類棲息生境消失

在山區河流修建攔河大壩形成的水庫，都是河道型水庫。一般壩高在100m以上的水庫，蓄水很深，水面增寬，過水斷面面積大大增加，因而流速顯著變慢。深水水庫，即便是性能為周調節或月調節的水庫，蓄水后由于流速顯著減緩，泥沙會大量沉積，庫水變清，透明度常常大于1m，甚至可達數米深。庫水透明度大，加之從河流中帶來的面源污染的磷、氮以及水庫淹沒的農田土壤中釋放出的磷、氮等營養元素，有利于浮游植物大量生長，直接或間接以浮游植物為食的浮游動物也相應增多。這些是深水水庫中餌料生物資源的重要部分。

另一方面，原來河道內急流河灘的礫石表面生長的著生藻類，因泥沙覆蓋，缺乏所需的水流、光照、溶氧等生存條件而消失。直接或間接以著生藻類為食的水生昆蟲的幼蟲或稚蟲，因食物缺乏和棲息生境消失，也不復存在。這就意味著，原來在庫區江段急流中營底棲或在底層生活的特有魚類，在水庫蓄水運行后，導致其餌料資源缺乏，棲息生境消失，水庫內已不具備它們基本的生存條件。

4.3 水溫層化，下泄水溫升降滯后，魚類繁殖時期延遲

深水水庫水流緩慢，底層水基本處于停滯狀態。在水庫中部到壩前的深水區，通常水溫會出現分層現象。表層水溫隨氣溫而變化，往下逐漸降低，在距表面15-20m之間的某一水層時，水溫降低的幅度較之其他各層間的差幅顯著為大，這一水層被稱為 “溫躍層”。溫躍層以下，仍然是隨深度增大水溫逐漸降低。到最深的底部，水溫一般保持在10℃以下。

水溫分層現象在多年調節性水庫最為明顯。浙江新安江水電站是一座多年調節水庫，據實測數據，月平均水溫7月降低15.78℃，8月降低15.13℃。但在冬季，12月高 3.43℃，1月高 4.15℃。

水溫滯后直接影響魚類的繁殖和水生生物的生長。三峽水庫自2003年開始試驗性蓄水至139m，2004年春末宜昌-宜都四大家魚繁殖開始時間因達到18℃水溫滯后，推遲約3周。據歷年監測結果，長江中游四大家魚繁殖期平均推遲25天。

4.4 河流的自然徑流過程改變，影響魚類繁殖

四大家魚等鯉科東亞類群中產漂流性卵魚類，繁殖所要求的外在條件是水溫達到18℃和江河發生洪水。魚類繁殖要求洪水越大越好，而人類為了生命財產安全，需要防洪減災，控制洪水。隨著上游不斷增加的大型水電站的建成，上游產生的洪水漸次被這些水庫調蓄，使洪水過程坦化。

對于在河灘產卵場產沉性卵或黏性卵的魚類，由于電站調峰（日調節）引起的下游河道水文情勢改變，而受到嚴重的不利影響。產在河灘上的魚卵，必須在水中發育，受精卵通常經2～3天孵化。如果水位下降，魚卵暴露于空氣中，風吹日曬，幾分鐘后便會干燥死亡。水位的頻繁變動，同樣不利于在岸邊或支流雜草、樹根上產黏草性卵的魚類。

5 已采取的水電工程魚類救護措施

我國在20世紀50年代末，已經開始進行水電工程“救魚”問題的研究和實踐。20世紀80年代以來，擬建的水電工程在“可行性研究報告”和“環境影響報告書”中，都要求寫明需要保護的魚類名錄和打算采取的保護措施。

5.1 建立珍稀特有魚類自然保護區

在 《長江三峽水利樞紐環境影響報告書》（1991）中，提出了為長江上游特有魚類建立自然保護區的建議。20世紀90年代，四川省在屏山至合江段建立了長江上游珍稀魚類省級自然保護區 （現為國家級保護區）。2005年，因金沙江下游向家壩、溪洛渡水電站獲準建設，保護區范圍再次調整，上游端移至向家壩大壩下1.5km處，下游端延至重慶市馬桑溪大橋，增加了整條赤水河和岷江河口段等相鄰河段，保護區名稱改為“長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區”。

5.2 進行人工繁殖放流

在我國，出于物種保護目的，彌補受水電工程不利影響而開展的魚類人工繁殖放流活動，始于20世紀80年代中期。當時葛洲壩工程局建立了中華鱘人工繁殖放流站。

20世紀70年代中期，四川省水產研究所等單位使用從金沙江中華鱘產卵場捕到的親魚，人工催產促進產卵，人工授精并成功孵出仔魚，突破了中華鱘人工繁殖技術。1983年，中國水產科學院長江水產研究所等單位，利用從葛洲壩下捕到的中華鱘親魚，人工催產、人工孵化也獲得成功。

自1984年以來，進行了長江中華鱘人工繁殖放流活動。據監測資料，中華鱘人工放流的貢獻率已達到10%，雖有較顯著效果，但主要還是依靠自然繁殖維持野生種群。

5.3 建造過魚設施

水電大壩的建設，阻隔了魚類上溯的通道，使一些回歸性很強、必須返回上游原出生地產卵的魚無法完成繁殖活動。修建過魚設施的目的，就是為這些魚類提供上溯通路。

在歐洲，許多河流流經多個國家，每個國家都享有利用魚類資源的權利，因此，在河流上修建水電站時，必須建造過魚設施，為溯河洄游的鮭魚、鯡魚和鱘魚，以及為降河洄游的歐鰻提供通道。這些梯級水電站一般都是低壩，水頭不高。在這些水電站修建的過魚設施，過魚效果都比較好[4]。

我國在20世紀60年代末修建的水電站附建了魚道，這些魚道是否已順利通過了原來設計的主要過魚對象，尚未見報道。目前在長江上游修建的梯級水電站，是否也需要附設過魚設施呢？對于這個問題，社會上存在不同的認識。由于高壩深庫建成后，水庫內已經沒有這些需要保護魚類的生存條件。水電站修建的魚道成為一些魚類的“生態陷阱”[5]。

現在又興起采用集運魚船作為水電工程的魚類保護措施。集運魚船原來是國外用來在河流中誘集成群溯游的洄游性魚類的一種設施，可隨河流水位、流速變化和魚群洄游路徑移動位置，船底幾乎接觸河底，以利于底層魚類進入集魚槽。現在我國在深水水庫中使用的集運魚船，漂浮在水庫表層，沒有需要上溯的魚群（需要保護的特有魚類），自動進入集運魚船。

6 對于長江上游水電開發和水域生態保護協調發展的建議

6.1 對青衣江、安寧河、水洛河和藏曲等河流實施生態修復工程，建立特有魚類自然保護區

長江上游的這幾條支流，同赤水河相似，流程較長，水量較大，魚類種數多，有較多的特有魚類。但是，在這些支流上修建的許多引水式小水電站，使河流斷斷續續脫水，水域生態系統遭到嚴重損害，河流凈化水質功能大為減弱，魚類的產卵場和棲息地減少或消失，水生生物多樣性下降，一些特有種已處于瀕危狀態。建議對上游各支流已建水電站的生態環境影響進行一次后評估，估算其生態補償額度。如果將這些支流的生態系統加以修復，建立自然保護區，即可使那幾條大河因修建大型水電站而遭受不利影響的特有魚類得到有效的保護[6][7]。

對這些支流實施重大生態保護修復工程，要從河源開始，將水電站大壩和引水式電站的壅水堰和引水管道等設施拆除，清理河道，使水流暢通無阻，恢復河流自然流態。在整個支流水系建立自然保護區后，安排漁民轉產轉業，監督污水達標排放，適當進行特有魚類人工繁殖放流。待自然種群恢復到較大規模，即停止放流，以自然恢復為主。

6.2 健全生態補償機制

河流水生生物自然保護區所保護的雖然是水中的水生生物，特別是珍稀特有魚類，但是保護區的管理要求沿岸居民不得在保護區內從事一些有損保護功能的生產建設活動，這就會對當地的經濟社會發展帶來一定的影響。因保護區建設使經濟發展受到影響的地區，應當給予生態補償。

6.3 加強水域生態健康狀況監測和研究

對于長江的水域生態系統來說，加強監測尤為重要。因為每修建一個大型水電站，其引起水溫、徑流過程等環境要素的變化，又會疊加到原來已經產生了變化的這些環境要素上。水電站數量不斷增加，環境要素相應不斷變化。生物都具有適應性，但每種生物的適應度都有一定的閾值，超過了閾值，將對其生命活動不利。

長江上游梯級水電開發對水域生態的影響有必要進行長期的監測和深入的研究。須著重對上游自然保護區內的達氏鱘、白鱘、胭脂魚等珍稀魚類自然繁殖的水溫下限的研究；葛洲壩下中華鱘產卵場環境要素變化對其繁殖影響的研究；四大家魚繁殖要求的下限水溫18℃，最晚滯后到什么時候出現才不至于影響當年幼魚生長和安全越冬問題的研究。長江上游的水電梯級開發規模，需要以珍稀水生動物生存安全和四大家魚等重要漁業資源長盛不衰為前提，劃出生態紅線，確定開發的“度”。

對于長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區，以及本文建議新設的青衣江、安寧河、水洛河和藏曲等河流自然保護區，同樣需要加強監測。在保護區內設置監測站，對珍稀特有魚類進行全天候監測，對河流生態學進行深入研究，以保障自然保護區可持續發展。

參考文獻

[1]劉建康，曹文宣，1992.長江流域的魚類資源及其保護對策.長江流域資源與環境，1（1）：17-23.

[2]曹文宣，1983.水利工程與魚類資源的利用和保護.水庫漁業，（1）：10-21.

[3]高欣，劉飛，王俊，劉煥章，2015.赤水河魚類棲息地特征與保護現狀，建設項目環境影響評價-魚類保護（棲息地專題）技術研究與實踐，中國環境出版社：92-106.

[4]鄭豐，印士勇和陳蕾等譯，2011.從海洋到河源-歐洲河流魚類洄游通道恢復指南.長江出版社，117.

[5]Pelicice,F.,Agostinho,A.,2008.Fish-Passage Facilities as Ecological Traps in Large Neotropical Rivers.Conservation Biology,22(1):181-188.

[6]孫鴻烈主編，2008.長江上游地區生態與環境問題.中國環境科學出版社，161.

[7]高婷，李翀，廖文根，2015.支流生境替代生物學適宜性評價：框架與指標，建設項目環境影響評價-魚類保護（棲息地專題）技術研究與實踐.中國環境出版社：46-57.