水電設(shè)施拆除區(qū)域的魚類棲息地修復(fù)措施研究

摘要：隨著近些年水電設(shè)施的興建，越來越多的河流領(lǐng)域生態(tài)環(huán)境受到影響。為迅速修復(fù)水電設(shè)施拆除后的魚類棲息地環(huán)境，研究分析了多項(xiàng)水域環(huán)境修復(fù)措施。研究通過前期環(huán)境調(diào)研采集水域數(shù)據(jù)，以當(dāng)?shù)厮镅芯克牧饔螋~類種群數(shù)據(jù)作為調(diào)研基礎(chǔ)，設(shè)立合適區(qū)域作為環(huán)境參數(shù)采樣點(diǎn)，通過采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分類比較河流的岸邊環(huán)境和底質(zhì)環(huán)境。建立棲息地環(huán)境的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以礫石排列法優(yōu)化水域的底質(zhì)環(huán)境，不同的排列方式能夠調(diào)節(jié)區(qū)域的水流速度使之適應(yīng)于魚類的生存繁殖。研究結(jié)果表明，通過修復(fù)措施恢復(fù)魚類棲息地后，河流中心區(qū)域的流速減緩了23.58%，而河岸流速有所加快，增加了41.35%，使河流環(huán)境更適合魚類生存，并且經(jīng)措施優(yōu)化后的棲息地環(huán)境更復(fù)雜，為魚類提供了更豐富的隱蔽場(chǎng)所。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，改善后的魚群規(guī)模表現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，相較于自然恢復(fù)方式魚群增幅提升了15.71%～46.84%。因此，研究為魚類棲息地的環(huán)境恢復(fù)提供了一個(gè)較為有效的改善方向。

關(guān)鍵詞：水電設(shè)施；生態(tài)環(huán)境；魚類棲息地；底質(zhì)環(huán)境

中圖分類號(hào)：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）12-0-0663

Study on Restoration Measures of Fish Habitat in the Dismantled Area of Hydropower Facilities

QIU Chenghao， CHENG Xin， FANG Chao

（Wuhan Zhongke Ruihua Ecological Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China）

Abstract： With the construction of hydropower facilities in recent years， more and more ecological environments in river areas have been affected. To quickly restore the habitat environment of fish after the dismantling of hydropower facilities， multiple water environment restoration measures were studied and analyzed. The study collected water area data through preliminary environmental research， using fish population data from the local aquatic biology research institute as the research basis. Suitable areas were set up as environmental parameter sampling points， and the monitoring data from the sampling points were used to classify and compare the riverbank environment and sediment environment. Establish an indicator evaluation system for habitat environment， optimize the sediment environment of water bodies using gravel arrangement method， and adjust the water flow velocity in different arrangements to adapt to the survival and reproduction of fish. The research results show that after restoration measures were taken to restore fish habitats， the flow velocity in the central area of the river decreased by 23.58%， while the flow velocity on the riverbank increased by 41.35%， making the river environment more suitable for fish survival. Moreover， the optimized habitat environment after measures provided richer hiding places for fish. After statistical analysis， the improved fish population showed a significant growth trend， with an increase of 15.71%～46.84% compared to natural restoration methods. Therefore， research provides a relatively effective direction for improving the environmental restoration of fish habitats.

Keywords： hydropower facility; ecological environment; fish habitat; bottom environment

由于設(shè)施對(duì)環(huán)境的影響過大，國家嘗試通過各項(xiàng)措施拆除部分設(shè)施，但已經(jīng)造成的水域環(huán)境破壞難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)[1-2]。同時(shí)，由于水域環(huán)境的變化，區(qū)域內(nèi)的魚類資源逐漸減少甚至消失。為了修復(fù)水域環(huán)境，早期研究通過河流地貌法分析河流的地質(zhì)，根據(jù)地貌變化判斷河流的水環(huán)境狀態(tài)，但地貌判斷需要足夠的經(jīng)驗(yàn)才能迅速分析出水質(zhì)狀態(tài)并制定改善措施[3]。因此，在恢復(fù)水域的過程中采用流速歷時(shí)曲線法分析水環(huán)境數(shù)據(jù)，曲線結(jié)果通常能表現(xiàn)流域的整體水環(huán)境數(shù)據(jù)，但河流的區(qū)域性變化強(qiáng)，缺少局部數(shù)據(jù)，難以評(píng)估河流環(huán)境的復(fù)雜度[4]。隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的更新，河道內(nèi)流量增量法被提出，通過將措施體系與環(huán)境狀態(tài)關(guān)聯(lián)，以多項(xiàng)學(xué)科結(jié)合的方式建立河流水域變量與棲息地對(duì)魚群的適宜度之間的關(guān)系，但方法對(duì)衡量指標(biāo)的判斷較為基礎(chǔ)[5]。物理?xiàng)⒌啬M方法被提出，通過模擬方式可視化環(huán)境數(shù)據(jù)并關(guān)聯(lián)生物適宜環(huán)境，對(duì)算力的需求較高。基于此，研究創(chuàng)新性地將二維棲息地模型方法與礫石排布法相結(jié)合建立一種新型棲息地修復(fù)措施，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算棲息地適應(yīng)度變化，以期為恢復(fù)魚類棲息地提供一種有效的方法。

1 魚類棲息地恢復(fù)方法模型構(gòu)建

1.1 設(shè)施拆除流域的環(huán)境采樣及魚類種群調(diào)查

水域環(huán)境作為水生生物的主要棲息地，影響魚類的種群變化[6]。近些年，由于水電工程的興建破壞了江河流域水生生態(tài)環(huán)境，影響了魚類的生存，國家開始重視對(duì)河流生態(tài)的保護(hù)，拆除河流區(qū)域的水電設(shè)施[7-8]。為了修復(fù)魚群的棲息地并有效保護(hù)瀕危魚種，需要對(duì)河流生態(tài)實(shí)施改善措施。棲息地的生態(tài)環(huán)境狀況決定著魚群在環(huán)境中的適宜度，水域中的食物資豐富程度，水流溫度是否適宜都決定著魚類在環(huán)境中的生存狀態(tài)。為了初步了解河流環(huán)境，優(yōu)先調(diào)查區(qū)域環(huán)境的氣候環(huán)境和降水特點(diǎn)，再設(shè)置監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)分散在拆除水電設(shè)施的河段區(qū)域。以不同環(huán)境的河段作為采樣示例，采樣點(diǎn)的分布如圖1所示。

圖1（a）的采樣位點(diǎn)主要設(shè)置在河底和河岸邊緣，當(dāng)前段落的河流水勢(shì)較為平緩，因此兩岸的檢測(cè)采樣點(diǎn)分布相對(duì)平均。圖1（b）根據(jù)河流水勢(shì)和河段周邊環(huán)境設(shè)置河底檢測(cè)位點(diǎn)和岸邊檢測(cè)位點(diǎn)，當(dāng)前河段的一側(cè)受水流沖擊力較大，因此在受沖擊段設(shè)置更多的檢測(cè)采樣點(diǎn)。河流流速也是影響魚類種群變化的一個(gè)重要因素，因此在河流的橫截段設(shè)置流速檢測(cè)位點(diǎn)以計(jì)算河段流速。采用三點(diǎn)法測(cè)量河道的流速，計(jì)算方法如式（1）所示。

（1）

式中：v為平均水流速度；v0.2為河流橫截線上0.2比例處的水流速度；v0.6為河流橫截線上0.6比例處的水流速度；v0.8為河流橫截線上0.8比例處的水流速度。

根據(jù)水電設(shè)施拆除狀況在12個(gè)區(qū)域河段設(shè)置監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)，以LS126B流速儀作為檢測(cè)儀器測(cè)量河流速度。同時(shí)，對(duì)河段的周邊環(huán)境進(jìn)行采樣，分別記錄河流的選段位置、選段長(zhǎng)度、河流寬度以及水流深度等。由于河流的局部環(huán)境對(duì)魚群的作用不同，環(huán)境狀態(tài)不能以平均數(shù)值表現(xiàn)。魚類的種群類別不同，偏好的生存環(huán)境也存在差異，復(fù)雜的水流環(huán)境更適宜多樣魚類種群的生存。以水體環(huán)境的空間范圍作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量岸邊區(qū)域流速、底層水域流速以及表面水體流速。由于河流底部相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境，通常作為魚類的主要隱蔽場(chǎng)。將河流底質(zhì)環(huán)境的影響因素劃分為河流底部成分類型和成分粒徑。為檢測(cè)魚類棲息地的水質(zhì)環(huán)境，分別取河流表層、岸邊、底層區(qū)域的水樣，采用濁度儀測(cè)定水樣懸浮物與濁度等數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步分析流域的魚類食物豐富度和水質(zhì)環(huán)境，取樣檢測(cè)水域環(huán)境的水生生物種類。統(tǒng)計(jì)水生生物的群落和數(shù)量，并測(cè)量流域岸邊的植被覆蓋率和植被種類數(shù)量。流域魚類種群調(diào)查主要以當(dāng)?shù)厮镅芯克?022—2023年的調(diào)研數(shù)據(jù)作為參考，并在河段進(jìn)行部分取樣調(diào)查，過程通過無害性手段觀察統(tǒng)計(jì)。

1.2 魚類棲息地的修復(fù)策略模型建立

隨著現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，自然環(huán)境越來越被人為因素影響[9-10]。水電設(shè)施導(dǎo)致水域的流量變小，水溫升高，適宜魚類的生存環(huán)境被破壞[11]。因此，魚類棲息地的修復(fù)治理關(guān)系到多種珍稀魚類的生存。對(duì)拆除水電設(shè)施后的區(qū)域開展水樣檢測(cè)及水環(huán)境調(diào)研工作，統(tǒng)計(jì)得到當(dāng)前水域環(huán)境的基礎(chǔ)狀況，基于河段水環(huán)境現(xiàn)狀采取逐級(jí)恢復(fù)流程。為實(shí)現(xiàn)逐級(jí)恢復(fù)魚類棲息地的目標(biāo)，需要通過多項(xiàng)指標(biāo)的衡量制定水域環(huán)境修復(fù)措施，結(jié)合二維棲息地模型方法將環(huán)境數(shù)據(jù)與魚類對(duì)環(huán)境的適應(yīng)度相關(guān)聯(lián)。其中，區(qū)域環(huán)境因素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以河流的基礎(chǔ)指標(biāo)和水質(zhì)情況作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)時(shí)記錄河流的寬度和水流速度，水質(zhì)的情況以水質(zhì)污染指數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式如式（2）所示。

（2）

式中：Q為水質(zhì)污染指數(shù)；Pi為水樣i檢測(cè)到污染物的數(shù)值；Ci為評(píng)價(jià)的污染物標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；n為污染物的種類數(shù)量。選定河流區(qū)域的魚類種群較為豐富，水域的環(huán)境修復(fù)措施無法適宜每一種魚類的生存環(huán)境，因此需要設(shè)計(jì)魚類保護(hù)分級(jí)方法，設(shè)置魚類種群的保護(hù)優(yōu)先級(jí)，當(dāng)水域環(huán)境指標(biāo)無法向同一個(gè)方向靠近時(shí)，以分級(jí)優(yōu)先的魚群適宜環(huán)境作為修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。魚類的保護(hù)分級(jí)通過物種珍稀度、物種價(jià)值、物種遺傳特性3個(gè)方面劃分。

物種珍稀度的計(jì)算如式（3）所示。

（i=1，…，n）（3）

式中：Hi為物種i在總魚群中的珍稀度評(píng)分；Km為統(tǒng)計(jì)過程魚類的總物種數(shù)；Ki為物種i的統(tǒng)計(jì)數(shù)量。

物種的價(jià)值根據(jù)生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行綜合判斷，物種所處的生態(tài)位置與更多物種相關(guān)聯(lián)時(shí)，物種在生態(tài)環(huán)境中的影響范圍更廣，生態(tài)價(jià)值更重要。物種的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與物種的數(shù)量和個(gè)體質(zhì)量相關(guān)，當(dāng)物種的數(shù)量更少時(shí)物種個(gè)體價(jià)值更高，而物種的體積質(zhì)量更大時(shí)相應(yīng)的物種的經(jīng)濟(jì)總價(jià)也會(huì)更高。

物種的遺傳特性主要根據(jù)物種在水域范圍的分布情況判斷，當(dāng)物種僅集中在部分水域范圍而在其他水域范圍較少時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)物種的關(guān)注度，而物種在大部分水域范圍均衡分布時(shí)可以相應(yīng)地降低物種的關(guān)注度。通過區(qū)域物種的價(jià)值比較與優(yōu)先級(jí)評(píng)估建立了魚類的優(yōu)先度保護(hù)層級(jí)，根據(jù)物種的繁殖習(xí)性劃分洄游類型，以洄游特性關(guān)聯(lián)物種的適應(yīng)水環(huán)境流速。為使水域環(huán)境更利于魚群繁殖，以礫石群排布方法優(yōu)化水域環(huán)境，采取干預(yù)措施增加水域環(huán)境的復(fù)雜度，其中礫石群排布方式如圖2所示。

設(shè)立4組礫石群排布來優(yōu)化河段中心區(qū)域的底質(zhì)環(huán)境，通過不同的礫石堆方式減緩河流中心區(qū)域的水流速度，并以礫石堆增加河流的河道覆蓋物作為魚類的隱蔽區(qū)域。在放置礫石堆的同時(shí)增加河道的植被覆蓋，優(yōu)化河道環(huán)境并補(bǔ)充魚類的食物資源。綜合評(píng)估指標(biāo)與恢復(fù)措施得到棲息地的恢復(fù)工作流程如圖3所示。

拆除水電設(shè)施后的魚類棲息地恢復(fù)需要優(yōu)先調(diào)查河流區(qū)域的環(huán)境變化與水質(zhì)指標(biāo)，以魚類棲息地環(huán)境作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)區(qū)域水質(zhì)情況。將測(cè)定環(huán)境作為優(yōu)化基準(zhǔn)，建立魚類優(yōu)先級(jí)的評(píng)估體系，通過魚類的保護(hù)級(jí)別確定恢復(fù)方向。設(shè)立修復(fù)措施改善水域環(huán)境，并進(jìn)一步優(yōu)化修復(fù)措施的適用性，使恢復(fù)后的水域生態(tài)更適合魚類的生長(zhǎng)與繁殖。

2 魚類棲息地修復(fù)措施的效果測(cè)試

2.1 魚類棲息地實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)變化

為確定修復(fù)措施的可行性，根據(jù)選定河道區(qū)域2022年10月21日10：00—16：00和2023年5月10日10：00—16：00的采集數(shù)據(jù)作為評(píng)估資料。統(tǒng)計(jì)河流檢測(cè)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，對(duì)比恢復(fù)前后的水流速度變化如圖4所示。

圖4（a）顯示，拆除水電設(shè)施后選定河段河心處的水流速度高于河岸處的水流速度，河段在河心處的流速均值為0.776 m/s，河段河心處的流速落差為0.233 m/s；河段在河岸處的流速均值為0.329 m/s，流速落差為0.214 m/s。圖4（b）顯示，通過修復(fù)措施恢復(fù)后的河段河心流速有所降低，流速均值為0.593 m/s，流速落差為0.128 m/s；恢復(fù)后河段河岸流速有所上升，部分區(qū)域的流速高于河心區(qū)域，并且河岸區(qū)域的水流速度變化落差增大，流速均值為0.561 m/s，流速落差為0.401 m/s。修復(fù)后與修復(fù)前相比，河心區(qū)域的流速降低23.58%，而河岸區(qū)域的流度增加41.35%，同時(shí)河岸區(qū)域的流速落差增加46.63%。由此說明，修復(fù)后河心的流速得到有效的減緩，水流壓力疏散到河岸范圍，同時(shí)河岸的流速變化較大，提升了水域環(huán)境的流速豐富性。

2.2 魚類棲息地的水生生物數(shù)據(jù)變化

為進(jìn)一步觀察修復(fù)措施對(duì)水生環(huán)境及魚類的種群變化的影響，以2022年10月1—31日的河道植物統(tǒng)計(jì)作為修復(fù)前的比較數(shù)據(jù)，以2023年5月1—31日的河道植物統(tǒng)計(jì)作為修復(fù)后的比較數(shù)據(jù)，得到河段周邊植物生長(zhǎng)變化如圖5所示。

圖5（a）顯示，水電設(shè)施拆除后河段生態(tài)中的浮游生物物種數(shù)量在34～39種，不同取樣點(diǎn)的浮游生物物種數(shù)量差距較小，經(jīng)過棲息地修復(fù)后的水環(huán)境浮游生物的物種數(shù)量有所提升，整體提升幅度在13.33%～26.08%；相較于水體中的浮游生物，河岸植物的分布不均，在不同區(qū)域的植物物種數(shù)量存在差異，河段區(qū)域的河岸植物物種數(shù)量在10～19種，經(jīng)過棲息地修復(fù)后河岸植物的物種數(shù)量提升幅度在26.08%～52.38%。圖5（b）顯示，水電設(shè)施拆除后河段生態(tài)取樣結(jié)果中浮游生物的物種種群規(guī)模在4 237～4 896，經(jīng)過棲息地修復(fù)后的浮游生物物種種群規(guī)模在4 482～5 172；水域環(huán)境中浮游生物的種群規(guī)模明顯大于河岸植物，修復(fù)前河岸植物在取樣結(jié)果中的物種種群規(guī)模在52～81，修復(fù)后河岸植物的物種種群規(guī)模增大到89～123。由此說明，修復(fù)后的水域環(huán)境生態(tài)出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，浮游生物和河岸植物的種群規(guī)模均出現(xiàn)一定程度的增長(zhǎng)。植物數(shù)量的增長(zhǎng)可以為魚類提供更多的隱蔽空間，而浮游生物的增多則保障了魚類的食物資源。

為檢測(cè)修復(fù)措施對(duì)魚群樣本的實(shí)際影響，選取區(qū)域內(nèi)3組時(shí)間段的魚群抽樣調(diào)查結(jié)果，如圖6所示。

拆除前，區(qū)域的魚群數(shù)量出現(xiàn)了明顯下降，部分珍稀度較高的魚種數(shù)量明顯減少；有魚種在調(diào)查過程中不再被觀測(cè)到，觀測(cè)過程中魚群的下降幅度在23.78%～43.17%。圖6（b）顯示，在2022年9—11月水電設(shè)施拆除后，區(qū)域的魚群數(shù)量有所恢復(fù)，部分種類的魚群可以再被觀測(cè)到；但珍稀度較高的魚群數(shù)量增長(zhǎng)較慢，整體魚群的增長(zhǎng)幅度僅有5.29%～14.53%。圖6（c）顯示，在2023年3—5月采取棲息地恢復(fù)措施后，區(qū)域的魚群數(shù)量恢復(fù)幅度提升，魚群規(guī)模增長(zhǎng)較為明顯，增長(zhǎng)幅度在15.71%～46.84%；珍稀度較高的魚種數(shù)量也明顯增加，相較于自然恢復(fù)方式規(guī)模提升了23.11%～42.79%。由此說明，水電設(shè)施對(duì)魚類棲息地的破壞性較大，僅以自然恢復(fù)方式保護(hù)水域環(huán)境的魚類資源需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間，并且部分魚類資源可能再難以恢復(fù)。

3 結(jié)論

近些年，人類行為對(duì)環(huán)境的過度干預(yù)導(dǎo)致部分流域的珍稀魚種大量減少，為修復(fù)棲息地環(huán)境，研究通過建立區(qū)域模型，分別采集急流區(qū)域和緩流區(qū)域數(shù)據(jù)。觀測(cè)拆除水電設(shè)施后河流范圍的流勢(shì)和地質(zhì)參數(shù)，調(diào)研河流的植被覆蓋情況與魚群分布情況。通過分析確立魚類的優(yōu)先度分級(jí)，根據(jù)分級(jí)關(guān)聯(lián)魚類的生存環(huán)境適宜范圍，綜合魚群的適宜指標(biāo)建立優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，并通過底質(zhì)改善與增加植被數(shù)量恢復(fù)水域環(huán)境，采取修復(fù)措施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)魚類棲息地改善狀態(tài)。結(jié)果表明，采取修復(fù)措施后區(qū)域的水流速度更適于魚類的隱蔽和產(chǎn)卵，明顯改善區(qū)域環(huán)境。植被覆蓋率明顯增長(zhǎng)，河岸植物物種數(shù)增加26.08%～52.38%，植物種群規(guī)模也有所增加。同時(shí)，水域中的浮游生物種類明顯增多，采取修復(fù)措施后的水環(huán)境浮游生物物種數(shù)量提升了13.33%～26.08%，取樣結(jié)果的浮游生物種群規(guī)模有所增加。調(diào)研措施修復(fù)前后的魚群樣本數(shù)量，修復(fù)后的魚群種類和數(shù)量均有效提升。但是，考慮不同區(qū)域的水域環(huán)境差別，應(yīng)用的修復(fù)措施必須對(duì)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行調(diào)研后再執(zhí)行，因此研究主要為環(huán)境恢復(fù)提供一個(gè)有效的思路。后續(xù)研究可以采集更多類型的水域環(huán)境數(shù)據(jù)，以期為魚類棲息地的恢復(fù)提供更可靠的修復(fù)方法。

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作者簡(jiǎn)介：邱承皓（1992—），男，湖北武漢人，碩士，工程師。研究方向：水生態(tài)環(huán)保。

通信作者：程鑫（1990—），男，江蘇南京人。研究方向：水生態(tài)環(huán)保。