拋石噪聲特性及其對(duì)長(zhǎng)江江豚的可能影響

居 濤，張?zhí)熨n，王志陶，謝 燕，鄭超蕙，王克雄，王 丁

(1. 中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，湖北武漢 430072;2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049;3. 交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028)

0 引 言

鯨類(lèi)動(dòng)物是高度依賴(lài)聲音進(jìn)行導(dǎo)航、交流、覓食等生存活動(dòng)的水生物種。隨著水環(huán)境中人類(lèi)活動(dòng)，諸如航運(yùn)、聲吶、打樁等[1]的加劇，水體噪聲污染對(duì)于鯨類(lèi)等水生哺乳動(dòng)物的影響正在引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注[2-3]。Bailey[4]等人研究了近岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組施工時(shí)的打樁噪聲，結(jié)果表明在距離打樁點(diǎn) 100 m范圍內(nèi)的噪聲可能造成瓶鼻海豚(Tursiops truncatus)的聽(tīng)覺(jué)損傷，即使是在距離打樁點(diǎn)50 km之外的海域，打樁噪聲仍可能會(huì)干擾瓶鼻海豚的行為。Tougaard[5]等發(fā)現(xiàn)在打樁噪聲可影響范圍的港灣鼠海豚(Phocoena phocoena)的發(fā)聲行為，其發(fā)聲行為減少，直至打樁結(jié)束后48 h才可恢復(fù)到打樁前的水平。李松海[6]等通過(guò)對(duì)廣西三娘灣的觀(guān)豚快艇噪聲研究發(fā)現(xiàn)，快艇高速行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率大于100 kHz的高頻噪聲，并可能對(duì)中華白海豚(Sousa chinensis)的聲信號(hào)造成掩蔽。

長(zhǎng)江流域人工水下噪聲研究也已有一些工作，如王振太[7]等報(bào)道了洞庭湖內(nèi)作業(yè)中的采砂船噪聲，其聲源級(jí)范圍在150～170 dB re 1μPa(后文聲壓級(jí)的單位均簡(jiǎn)寫(xiě)為dB)且能量主要集中在1 kHz以下。時(shí)文靜[8]等研究了長(zhǎng)江洪湖段的打樁噪聲，報(bào)道其聲源級(jí)可達(dá)205.4±2.6 dB。張?zhí)熨n[9]等研究了石首天鵝洲保護(hù)區(qū)內(nèi)常見(jiàn)的小型快艇噪聲，發(fā)現(xiàn)其在高速航行狀態(tài)下，大于10 kHz的高頻聲壓級(jí)可達(dá)130 dB。

長(zhǎng)江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)是白鱀豚(Lipotes vexillifer)功能性滅絕后長(zhǎng)江中僅存的鯨類(lèi)[10]，僅分布于長(zhǎng)江中下游干流及兩大通江湖泊——洞庭湖和鄱陽(yáng)湖。2012年底的調(diào)查結(jié)果表明，長(zhǎng)江江豚種群數(shù)量大約僅為 1040頭，且呈加速下降：長(zhǎng)江干流的江豚種群數(shù)量在2006年之前的年下降速率約為 6.4%，而到了2006～2012年間，年下降速率達(dá)13.7%[11-12]。基于種群動(dòng)態(tài)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，如果長(zhǎng)江流域棲息地條件得不到顯著改善，且長(zhǎng)江江豚保護(hù)又沒(méi)能取得明顯效果，長(zhǎng)江江豚在未來(lái) 10余年內(nèi)存在較高的滅絕風(fēng)險(xiǎn)[13]。長(zhǎng)江江豚目前仍屬?lài)?guó)家二級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物，2014年底，農(nóng)業(yè)部已發(fā)文要求各漁業(yè)主管部門(mén)，按照國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物的保護(hù)要求，對(duì)長(zhǎng)江江豚實(shí)施最嚴(yán)格的保護(hù)和管理措施。

廣義的拋石是指拋投塊石、卵石等人工或天然石料，在指定區(qū)域鋪砌形成符合一定設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)體，并使其具備某種功能的施工方法[14]。在長(zhǎng)江航道整治應(yīng)用方面，拋石可表述為在河岸或河底拋填質(zhì)地堅(jiān)硬、裂隙較少、不易水解風(fēng)化的具備一定體積和重量要求的石塊，減緩水流對(duì)于河岸或水下構(gòu)造物沖刷的一種航道整治施工方法。伴隨著人類(lèi)對(duì)于長(zhǎng)江流域的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，由此產(chǎn)生的大量水下噪聲，很可能會(huì)對(duì)依賴(lài)水下聲探測(cè)和聲通訊進(jìn)行生存和繁衍的長(zhǎng)江江豚造成愈來(lái)愈嚴(yán)重的不利影響。因此，為了更有效地保護(hù)長(zhǎng)江江豚，很有必要加強(qiáng)對(duì)包括航道整治施工噪聲在內(nèi)的長(zhǎng)江涉水工程施工噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究[15]。本研究針對(duì)長(zhǎng)江航道整治過(guò)程中經(jīng)常采用的拋石施工，研究了其水下噪聲特征，分析了其可能對(duì)長(zhǎng)江江豚造成的不利影響，并提出了相應(yīng)的緩解措施。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域及對(duì)象

研究區(qū)域位于長(zhǎng)江下游和暢洲北汊江段(見(jiàn)圖1)。和暢洲南汊為主航道，航運(yùn)繁忙，人為噪聲干擾較大；北汊為江蘇鎮(zhèn)江長(zhǎng)江豚類(lèi)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，禁止通航，除航道整治施工外，偶爾有船舶拋錨，人為噪聲干擾較小。北汊水面寬為1 000～1 600 m，最深處可達(dá)60 m，河底較為平緩。北汊河床多為泥沙質(zhì)，岸地類(lèi)型兼有泥沙質(zhì)岸和人工水泥及石塊固化岸，泥沙質(zhì)地疏松，吸聲性能強(qiáng)，可以有效減弱聲信號(hào)的反射干擾，為了確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性，本研究的噪聲采集位點(diǎn)盡量選擇在泥沙質(zhì)河岸范圍內(nèi)。此外，考慮到北汊受到潮汐的影響，本研究的噪聲采集時(shí)間盡量選擇在潮位相近的時(shí)間段內(nèi)，以降低潮汐因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。采樣點(diǎn)信息見(jiàn)表1。

圖1 拋石水下噪聲采集點(diǎn)(a-斗式拋石，b-挖掘機(jī)拋石，c-網(wǎng)兜沉石，d-網(wǎng)兜拋石)Fig.1 Data collection points for riprapping noise (a-riprapping by bucket, b-riprapping by excavator, c-riprapping with net-bag,d-riprapping by net-bag)

表1 拋石噪聲采樣點(diǎn)基本信息Table 1 Basic information of riprapping noise sampling sites

研究對(duì)象為航道整治施工中常用的四種拋石方式，即斗式拋石、挖掘機(jī)拋石、網(wǎng)兜沉石和網(wǎng)兜拋石(見(jiàn)圖2)。不同類(lèi)型拋石方式的工藝如下：斗式拋石，每次每斗石料重17～18 t，通過(guò)吊機(jī)控制斗倉(cāng)，當(dāng)斗倉(cāng)接觸水面附近后，通過(guò)翻動(dòng)斗倉(cāng)，將石塊拋入江中，拋石持續(xù)時(shí)間為3～6 s。挖掘機(jī)拋石，挖掘機(jī)在平底貨船上，用抓斗將石塊推入江中或?qū)⑹瘔K鏟起再倒入江中，石塊從距離水面0.5～1.5 m高度落下，每艘運(yùn)石船石量為800～1 000 t，需耗時(shí)20～30 min才能拋完，但抓斗每次推入水中或每次鏟起倒入水中的石量差異很大。網(wǎng)兜沉石，每個(gè)網(wǎng)兜盛放石料重7～10 t，拋石過(guò)程中，每?jī)纱鼮橐唤M，通過(guò)吊機(jī)緩慢送入水下10～15 m，在接近河床或接觸河床的時(shí)候放下，石塊和網(wǎng)兜一起沉入江底，拋石過(guò)程持續(xù)約 10～15 s(從網(wǎng)兜接觸水面到放下網(wǎng)兜)。網(wǎng)兜拋石，每個(gè)鋼絲網(wǎng)兜內(nèi)石料重約2～3 t，通過(guò)吊機(jī)控制網(wǎng)兜，在距離水面2～3 m的時(shí)候翻動(dòng)網(wǎng)兜，讓石料落入江中，持續(xù)時(shí)間為2～3 s(從石料最初接觸水面開(kāi)始到最后一塊巖石落入水中)。四種拋石工藝的主要特征參考表 2。對(duì)于本研究中的四種拋石而言，單位時(shí)間內(nèi)落入水中的石量差異較大。石塊與水體的碰撞以及相關(guān)拋石設(shè)備的運(yùn)行是形成噪聲的最主要原因，此外，石塊下沉?xí)r與河床的碰撞也會(huì)產(chǎn)生噪聲。

圖2 四種拋石施工圖Fig.2 Four types of riprapping

表2 不同類(lèi)型的拋石特征(*表示數(shù)據(jù)未知)Table 2 Characteristics of different riprapping(* means data unknown)

1.2 數(shù)據(jù)采集

聲學(xué)數(shù)據(jù)的采集平臺(tái)為一艘長(zhǎng)為15.1 m、噸位為 0.9 t的漁船，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為 2016年11～12月，此時(shí)長(zhǎng)江處于枯水期，水流較緩，水流對(duì)于數(shù)據(jù)干擾較小且數(shù)據(jù)采集操作易于執(zhí)行；此外，此時(shí)北汊航道整治施工接近尾聲，施工點(diǎn)較少且分散，數(shù)據(jù)采集時(shí)基本不受其他施工點(diǎn)噪聲的干擾。實(shí)驗(yàn)期間，通過(guò)向施工方咨詢(xún)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查，發(fā)現(xiàn)有拋石施工時(shí)，則開(kāi)船行駛至拋石施工點(diǎn)附近，將船掛靠在錨漂或者掛靠在施工浮吊平臺(tái)上并關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。采樣點(diǎn)設(shè)置在漁船上或施工浮吊平臺(tái)上，之后對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行觀(guān)察判斷。當(dāng)方圓1.5 km范圍內(nèi)沒(méi)有其他人為噪聲干擾且沒(méi)有江豚出現(xiàn)時(shí)，則用遙控器啟動(dòng)聲學(xué)記錄儀(SoundTrap 300HF, Ocean Instruments Ltd, New Zealand)，并將記錄儀垂直浸沒(méi)至水下約2 m深處進(jìn)行記錄。聲學(xué)記錄儀的參數(shù)如下：有效工作頻率范圍：20 Hz～150 kHz ；靈敏度：?171.3 dB re 1V/μPa(高增益檔)；采樣率：288 kHz；模數(shù)轉(zhuǎn)換位點(diǎn)數(shù)：16 bit。采樣點(diǎn)環(huán)境背景噪聲的采集選擇在人為噪聲干擾最弱，即采樣點(diǎn)附近1.5 km范圍內(nèi)既無(wú)其它施工也無(wú)施工船航行的時(shí)段進(jìn)行，儀器選擇和參數(shù)設(shè)置與采集施工噪聲相同。聲學(xué)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)的位置信息、石塊入水時(shí)間以及聲學(xué)記錄儀出、入水的時(shí)間(位置和時(shí)間信息從 GPS中讀取：GPS72, Garmin,Schaffhausen, Switzerland)和水深信息。水深信息通過(guò)水深儀(Hondex electronics CO., LTD. Aichi, Japan)測(cè)量獲得。采樣點(diǎn)和拋石點(diǎn)的間距由激光測(cè)距儀(ELITE1500 LRF, Bushnell, Missouri)測(cè)量獲得。所有數(shù)據(jù)采集均在蒲氏風(fēng)級(jí)<3且無(wú)雨無(wú)雹的天氣情況下進(jìn)行。需要說(shuō)明的是，采集噪聲數(shù)據(jù)時(shí)，四種拋石方式均為獨(dú)立施工，且每種拋石方式僅是一臺(tái)機(jī)械單獨(dú)施工。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將聲學(xué)記錄儀記錄下的音頻文件(.wav格式)導(dǎo)入電腦并分類(lèi)存儲(chǔ)。采集拋石施工噪聲現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 采集拋石施工噪聲現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 The scene of collecting riprapping noises

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有.wav文件均用 Adobe Audition 3.0軟件(Adobe Systems Inc., San Jose, California)查看波形圖，選擇信噪比較高的文件，截取拋石過(guò)程中的 3段時(shí)長(zhǎng)為4 s的具有代表性的音頻數(shù)據(jù)用作下一步分析。

用Matlab軟件(Math Works, Natick, MA)對(duì)截取的聲信號(hào)(帶寬為20 Hz～144 kHz)進(jìn)行進(jìn)一步的校準(zhǔn)和分析。測(cè)定的聲學(xué)參數(shù)包括均方根聲壓級(jí)SPLrms(單位為 dB)、聲暴露級(jí)SEL(單位為 dB re 1μPa2·s)以及聲源級(jí)SL(單位為 dB)。相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式為[16]：

其中，P(t)為t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的聲壓(單位為 Pa)，P(0)為基準(zhǔn)聲壓1 μPa，T為聲信號(hào)時(shí)長(zhǎng)；TL為<50 m的淺水環(huán)境中聲音的傳播損耗，可近似認(rèn)為[17]

其中：R為采樣點(diǎn)與聲源之間的距離(單位為 m)；在計(jì)算聲信號(hào)的功率譜密度(Power Spectral Density，PSD)、進(jìn)行聲信號(hào)的頻譜聲壓級(jí)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算聲信號(hào)的 1/3倍頻程聲壓級(jí)時(shí)選用漢寧窗(窗寬 1 s，窗口重疊50%)。

2 結(jié) 果

2.1 不同類(lèi)型拋石的噪聲強(qiáng)度比較

表3 不同類(lèi)型拋石的寬頻噪聲Table 3 Broadband noise levels of different riprapping

四個(gè)采樣點(diǎn)的環(huán)境背景噪聲強(qiáng)度基本一致。各類(lèi)拋石的寬頻噪聲數(shù)據(jù)如表3所示。從表3可得，環(huán)境背景噪聲級(jí)約為108.1 dB，而所有類(lèi)型拋石噪聲的寬帶聲源級(jí)均高于 151 dB，明顯高于本底噪聲。不同類(lèi)型拋石按聲源級(jí)由大到小排列依次為：網(wǎng)兜拋石>斗式拋石>挖掘機(jī)拋石>網(wǎng)兜沉石。其次，各類(lèi)拋石噪聲的聲暴露級(jí)也明顯高于本底噪聲，由大到小排列依次為：網(wǎng)兜拋石>斗式拋石>挖掘機(jī)拋石>網(wǎng)兜沉石(見(jiàn)表3)。此外，結(jié)合表2可以發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型拋石的聲源級(jí)大小同石塊自由下落時(shí)與水面的距離呈正相關(guān)。

2.2 不同類(lèi)型拋石的噪聲在不同頻率的能量分布

為了探索不同類(lèi)型的拋石噪聲所包含的頻率成分的能量分布，進(jìn)一步分析了它們的功率譜密度圖(如圖 4所示)。四個(gè)采樣點(diǎn)環(huán)境背景噪聲的特征非常接近。拋石噪聲聲壓級(jí)在不同頻率段的分布概率統(tǒng)計(jì)如圖5所示，其中，P表示百分位數(shù)。不同施工類(lèi)型噪聲的均方根聲壓級(jí)對(duì)比如圖6所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，因傳播損耗，圖4、5和6所示噪聲強(qiáng)弱都是來(lái)自采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，均低于其相應(yīng)的聲源級(jí)水平。

由圖4可知，環(huán)境本底噪聲的能量分布在時(shí)間上的連續(xù)性較好，其能量主要集中于<1 kHz的低頻部分，1 kHz以上的頻帶所包含的能量較小(<70 dB re 1μPa2·Hz-1)，且呈現(xiàn)頻率越高，所含能量越小的趨勢(shì)。拋石噪聲的能量分布在時(shí)間上呈現(xiàn)不連續(xù)性，這一點(diǎn)與拋石施工方式吻合。斗式拋石和網(wǎng)兜沉石的噪聲能量主要集中在0.1～10 kHz，而挖掘機(jī)拋石和網(wǎng)兜拋石的噪聲能量在20 Hz～10 kHz的頻段均有分布。總體而言，四種拋石的水下噪聲能量主要集中在中低頻段，在>20 kHz的高頻段，能量均小于 80 dB re 1μPa2·Hz-1。

圖4 功率譜密度圖(x軸時(shí)間范圍0～12 s)Fig.4 PSD maps (x axis: 0～12 s)

圖 5亦表明，拋石噪聲以高強(qiáng)度的中低頻為主，噪聲的頻帶較寬且高頻成分的聲壓級(jí)普遍較低。在>20 kHz的噪聲頻帶，只有網(wǎng)兜拋石和挖掘機(jī)拋石達(dá)到了60 dB。在>200 Hz時(shí)，所有拋石的噪聲聲壓級(jí)均隨頻率增加而呈下降趨勢(shì)；在 20～200 Hz時(shí)，斗式拋石和網(wǎng)兜沉石的噪聲聲壓級(jí)隨頻率增加而呈增加趨勢(shì)；總體而言，所有類(lèi)型拋石的噪聲聲壓級(jí)隨頻率的變化趨勢(shì)均較為復(fù)雜，其中以挖掘機(jī)拋石和網(wǎng)兜拋石尤為明顯。就均方根聲壓級(jí)而言(見(jiàn)圖 6)，拋石噪聲聲壓級(jí)均小于 120 dB。在20 Hz～100 kHz范圍內(nèi)，拋石噪聲聲壓級(jí)均大于45 dB。在20～80 Hz以及>3 kHz范圍內(nèi)，網(wǎng)兜拋石的均方根聲壓級(jí)最高，在>50 Hz的頻段，網(wǎng)兜沉石的均方根聲壓級(jí)最低。對(duì)所有類(lèi)型拋石的噪聲而言，聲壓級(jí)在200 Hz～120 kHz頻段內(nèi)隨頻率增加而下降的速率較緩，此后聲壓級(jí)隨頻率增高而加速下降。在所有頻段內(nèi)，所有類(lèi)型的拋石噪聲聲壓級(jí)均大于背景噪聲，在200 Hz～10 kHz范圍內(nèi)，拋石噪聲與背景噪聲的聲壓級(jí)差值變化不明顯，10 kHz之后，拋石噪聲與背景噪聲的聲壓級(jí)差值隨頻率增加而減小。數(shù)據(jù)顯示，各種拋石作業(yè)會(huì)在所有頻率范圍內(nèi)提升環(huán)境背景噪聲的聲壓級(jí)。

圖5 不同類(lèi)型拋石工藝在各頻率處的聲壓級(jí)統(tǒng)計(jì)圖(x軸頻率范圍20 Hz～144 kHz；y軸幅值0～140 dB)Fig.5 Distribution patterns of different riprapping noises at different frequencies (x axis: 20 Hz～144 kHz; y axis: 0～140 dB)

圖6 不同類(lèi)型拋石的均方根聲壓級(jí)對(duì)比(x軸幅值20 Hz～144 kHz)Fig.6 Comparison between SPLrms of different riprapping noises (x axis: 20 Hz～144 kHz)

2.3 拋石噪聲1/3倍頻程聲壓級(jí)對(duì)比

因?yàn)椴溉閯?dòng)物聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的有效濾波帶寬接近1/3倍頻程[18]，所以進(jìn)一步計(jì)算了拋石噪聲的1/3倍頻程功率譜來(lái)評(píng)估拋石對(duì)長(zhǎng)江江豚的影響(見(jiàn)圖7)。

圖7 不同類(lèi)型拋石噪音的1/3倍頻程均方根聲壓級(jí)與長(zhǎng)江江豚聽(tīng)閾曲線(xiàn)圖的比對(duì)(x軸頻率范圍25 Hz～170 kHz, 圖中長(zhǎng)江江豚的聽(tīng)閾曲線(xiàn)引自文獻(xiàn)[19])Fig.7 Comparison of 1/3 octave SPLrms of different riprapping noises and the audiogram of the Yangtze finless porpoise (x axis:25 Hz～170 kHz, the porpoise audiogram is adopted from reference[19])

由圖7顯示，背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)數(shù)值在所有頻率范圍內(nèi)都低于所有類(lèi)型的拋石噪聲(四個(gè)采樣點(diǎn)背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)基本一致)。在<400 Hz的頻段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)呈現(xiàn)隨頻率增高而增加的趨勢(shì)，而在>400 Hz頻段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)呈現(xiàn)隨頻率增高而降低的趨勢(shì)。在<13.6 kHz、>142.7 kHz這2個(gè)頻率范圍內(nèi)，長(zhǎng)江江豚的聽(tīng)覺(jué)閾值高于背景噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)，無(wú)法聽(tīng)到這些頻段的本底噪聲。拋石噪聲絕大部分頻率的1/3倍頻程聲壓級(jí)都遠(yuǎn)高于長(zhǎng)江江豚對(duì)應(yīng)頻率的聽(tīng)覺(jué)閾值，可被長(zhǎng)江江豚感知；僅在>158.5 kHz的頻率段，拋石噪聲的1/3倍頻程聲壓級(jí)迅速降低，而長(zhǎng)江江豚的聽(tīng)覺(jué)閾值則急劇上升，該頻段的拋石噪聲可能不能被長(zhǎng)江江豚聽(tīng)聞。此外，由于實(shí)驗(yàn)中記錄到的拋石噪聲是噪聲源在水下傳播損耗后的信號(hào)，因此拋石噪聲可被江豚感知的距離應(yīng)遠(yuǎn)大于本實(shí)驗(yàn)的 40 m及45 m。

3 討 論

3.1 拋石噪聲對(duì)長(zhǎng)江江豚棲息地的影響

和暢洲北汊江段屬于江蘇鎮(zhèn)江長(zhǎng)江豚類(lèi)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，相對(duì)于南汊主航道，水環(huán)境較為安靜。據(jù)中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所 2010年和 2012年的考察數(shù)據(jù)以及保護(hù)區(qū)管理處長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在航道整治施工前，北汊水域長(zhǎng)期有 20余頭穩(wěn)定的江豚群體活動(dòng)，這些江豚由于長(zhǎng)期在水下環(huán)境較為安靜的水域生活，很可能對(duì)北汊的安靜水體產(chǎn)生了一定程度的依賴(lài)，對(duì)噪聲耐受性較低。長(zhǎng)江江豚可以在北汊保持較為穩(wěn)定的種群，說(shuō)明它們已經(jīng)很好地適應(yīng)了該水域的水下背景環(huán)境。由表3可見(jiàn)，拋石施工噪聲的聲源級(jí)和聲暴露級(jí)都明顯高于背景噪聲；而圖7更加直觀(guān)地表明，拋石噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級(jí)在長(zhǎng)江江豚聽(tīng)力曲線(xiàn)頻率范圍內(nèi)均遠(yuǎn)大于背景噪聲，由此推測(cè)，拋石噪聲可能會(huì)對(duì)一定范圍內(nèi)的長(zhǎng)江江豚造成水下聲環(huán)境上的明顯不適。北汊航道整治施工前期，各種拋石施工覆蓋范圍較大(大約占據(jù)北汊水域面積的一半)，大規(guī)模的水體施工可能會(huì)進(jìn)一步壓縮江豚原有的棲息地甚至造成棲息地的喪失，江豚進(jìn)入和暢洲南汊主航道水域的時(shí)間可能被迫增加，隨之而來(lái)的是較高的動(dòng)物被船舶傷害的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在施工水域江豚的目視考察也進(jìn)一步支持了上述的推測(cè)：自北汊航道整治施工開(kāi)始以來(lái)，在北汊目擊江豚的頻次明顯減少。綜上所述，拋石所產(chǎn)生的水下噪聲很可能會(huì)進(jìn)一步壓縮長(zhǎng)江江豚有限的棲息地，對(duì)其生存造成不利影響。

3.2 拋石噪聲對(duì)長(zhǎng)江江豚聲信號(hào)的影響

3.2.1 對(duì)長(zhǎng)江江豚高頻聲信號(hào)的影響

長(zhǎng)江江豚在巡游和捕食時(shí)主要使用高頻回聲定位信號(hào)[20]，野外環(huán)境下的成年長(zhǎng)江江豚的回聲定位信號(hào)中心頻率可達(dá)129 kHz，表觀(guān)聲源級(jí)可達(dá)176 dB[21]。對(duì)比圖5可知，記錄到的拋石施工產(chǎn)生的>100 kHz的噪聲的聲壓級(jí)小于80 dB且隨頻率升高而下降，明顯小于長(zhǎng)江江豚的回聲定位信號(hào)的聲源級(jí)。因此可以認(rèn)為，只有在距離施工點(diǎn)很近的情況下，拋石噪聲才有可能掩蔽長(zhǎng)江江豚的高頻回聲定位信號(hào)，即拋石噪聲對(duì)于長(zhǎng)江江豚的高頻聲信號(hào)造成掩蔽的可能性較小。

3.2.2 對(duì)長(zhǎng)江江豚低頻聲信號(hào)的影響

值得注意的是，長(zhǎng)江江豚亦會(huì)發(fā)出 2～3 kHz的低頻聲信號(hào)。例如，圈養(yǎng)于野外水域以及人工豢養(yǎng)下的長(zhǎng)江江豚，在有較多個(gè)體一起活動(dòng)并伴有社交行為時(shí)，會(huì)發(fā)出<15 kHz的低頻聲信號(hào)[22]；人工豢養(yǎng)的長(zhǎng)江江豚在巡游、試圖交配和探索水聽(tīng)器等情況下會(huì)發(fā)出1.1～2.4 kHz的低頻聲信號(hào)[23]；人工豢養(yǎng)的新生幼年長(zhǎng)江江豚只能發(fā)出頻率在 2～3 kHz、聲壓級(jí)為130 dB左右的低頻聲信號(hào)，在出生約20天后才能發(fā)出>100 kHz的高頻聲信號(hào)，但聲壓級(jí)只有約150 dB；此外，幼豚出生100天內(nèi)，仍不能熟練發(fā)出高頻聲信號(hào)，可能僅依賴(lài)低頻聲信號(hào)與母親聯(lián)系[24-25]。在小于15 kHz的頻段，拋石噪聲聲壓級(jí)較高，均大于80 dB，而在1～3 kHz的頻段，拋石噪聲均大于90 dB，有的甚至大于100 dB(見(jiàn)圖5)，考慮到低頻聲音傳播衰減較慢，影響范圍相應(yīng)較大，因此認(rèn)為，拋石噪聲可能對(duì)于長(zhǎng)江江豚低頻聲信號(hào)具有較強(qiáng)的掩蔽作用。由于長(zhǎng)江江豚的低頻聲信號(hào)多與個(gè)體間的交流通訊和情感表達(dá)有關(guān)[22-23]，因此拋石噪聲可能會(huì)對(duì)長(zhǎng)江江豚個(gè)體間的交流造成干擾。對(duì)于成年長(zhǎng)江江豚而言，由于具備獨(dú)立捕食能力且可以使用不易被掩蔽的高頻聲信號(hào)，因此拋石噪聲對(duì)其影響較小；然而，對(duì)于幼年江豚尤其是剛出生不久的江豚而言，由于不具備獨(dú)立捕食能力、且只能發(fā)出易被掩蔽的低頻聲信號(hào)或不能熟練發(fā)出高頻聲信號(hào)(出生不到 100天)，因此拋石可能造成幼豚與母豚分離，由于低頻噪聲強(qiáng)度大、影響范圍廣，且幼豚游泳能力及體力較差，失散后的母子豚較難恢復(fù)聯(lián)絡(luò)，幼豚易于發(fā)生意外。研究野外收集的標(biāo)本也表明，在不同年齡段，幼年長(zhǎng)江江豚的死亡率較高[26]，正說(shuō)明其生存能力較弱，更容易受到傷害。

綜上，拋石噪聲對(duì)于長(zhǎng)江江豚高頻聲信號(hào)的掩蔽作用不明顯，對(duì)其低頻聲信號(hào)的掩蔽可能性較大。因此可以認(rèn)為，拋石對(duì)于幼年長(zhǎng)江江豚造成傷害的可能性大于成年長(zhǎng)江江豚。

3.3 拋石噪聲對(duì)長(zhǎng)江江豚聽(tīng)覺(jué)的影響

當(dāng)動(dòng)物暴露在強(qiáng)度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的噪聲環(huán)境下，容易引發(fā)暫時(shí)性聽(tīng)力閾移(Temporary Threshold Shift，TTS)和/或永久性聽(tīng)覺(jué)閾移(Permanent Threshold Shift，PTS)，Popov[27]等研究了噪聲引起的人工豢養(yǎng)的長(zhǎng)江江豚的 TTS和噪聲暴露后的聽(tīng)覺(jué)恢復(fù)。結(jié)果顯示，將長(zhǎng)江江豚暴露在強(qiáng)度為 140 dB、頻率為32 kHz的單頻噪聲環(huán)境中3 min，會(huì)導(dǎo)致其對(duì)45 kHz的測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生高達(dá)25 dB的TTS，且聽(tīng)覺(jué)恢復(fù)時(shí)間需要 18 min；將長(zhǎng)江江豚暴露在150 dB、23 kHz的單頻噪聲中1 min，動(dòng)物對(duì)32 kHz的測(cè)試信號(hào)的聽(tīng)覺(jué)閾值上升了 27 dB，恢復(fù)時(shí)間需要大約23 min，當(dāng)暴露時(shí)間延長(zhǎng)至3 min時(shí)，其對(duì)32 kHz的測(cè)試信號(hào)的聽(tīng)覺(jué)閾值提高了30 dB，恢復(fù)時(shí)間則超過(guò)100 min。即隨著噪音暴露時(shí)間的增長(zhǎng)，長(zhǎng)江江豚在不同頻率下的聽(tīng)覺(jué)閾值加速提高，恢復(fù)時(shí)間亦隨之延長(zhǎng)。

由圖7可見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)中獲得的各類(lèi)拋石噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級(jí)在各頻率處均不超過(guò) 130 dB，然而，在距拋石施工點(diǎn)更近的水域，其噪聲的1/3倍頻程均方根聲壓級(jí)可能會(huì)超過(guò)140 dB，在累積效應(yīng)的作用下，可能對(duì)長(zhǎng)江江豚造成TTS，因此，初步認(rèn)為拋石在近距離下可能對(duì)長(zhǎng)江江豚的聽(tīng)覺(jué)造成不利影響。

3.4 緩解措施

綜上分析，拋石對(duì)長(zhǎng)江江豚的可能不利影響主要是壓縮其棲息地和傷害幼年江豚。從拋石類(lèi)型來(lái)看，拋石的噪聲聲源級(jí)與石塊開(kāi)始落水時(shí)和水面的距離呈正相關(guān)，而與每次拋石的重量關(guān)系不大。由此提出以下緩解措施：

(1) 減少網(wǎng)兜拋石和挖掘機(jī)拋石的使用強(qiáng)度，或者將其改良，使得石料開(kāi)始落水的位置距離水面更近，以降低噪聲。

(2) 拋石施工不宜大批量同時(shí)作業(yè)。應(yīng)選擇在小范圍內(nèi)小規(guī)模作業(yè)，以減小對(duì)長(zhǎng)江江豚的棲息地的壓縮。

(3) 施工期應(yīng)該避開(kāi)長(zhǎng)江江豚的交配高峰期和撫幼關(guān)鍵期(3～9月份)[28-29]。

(4) 在拋石施工前和施工過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)觀(guān)察附近水域有無(wú)江豚活動(dòng)，特別是有無(wú)幼豚活動(dòng)。如果發(fā)現(xiàn)有江豚活動(dòng)，則應(yīng)暫緩施工或中止施工，待江豚游出視線(xiàn)范圍(約1 000 m)后再行施工。

3.5 本研究的局限和不足

本研究在整個(gè)錄音過(guò)程中都沒(méi)有直接發(fā)現(xiàn)江豚出現(xiàn)在施工附近水域，因此缺乏江豚對(duì)施工操作的實(shí)際行為反應(yīng)觀(guān)察的直接證據(jù)，而僅是在分析了相關(guān)拋石噪音的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)了拋石噪聲對(duì)江豚的潛在影響；其次對(duì)于拋石噪音強(qiáng)度而言，其強(qiáng)度可能與每次的拋石量、拋石高度都有關(guān)，因此本研究的結(jié)果可能并不能普遍地適用于其它類(lèi)似方式的拋石作業(yè)。此外，聲源(拋石的落水點(diǎn))的位置會(huì)發(fā)生變動(dòng)，雖然采樣過(guò)程中該變動(dòng)范圍很小，約在2 m以?xún)?nèi)，但測(cè)量點(diǎn)與聲源之間的距離仍然存在一定程度的不確定性。

4 結(jié) 論

(1) 拋石水下噪聲聲源級(jí)均大于151 dB，明顯高于環(huán)境背景噪聲；拋石水下噪聲頻帶較寬，以高強(qiáng)度的中低頻為主；能量主要集中在中低頻段。

(2) 拋石產(chǎn)生的水下噪聲會(huì)壓縮長(zhǎng)江江豚的棲息地；對(duì)長(zhǎng)江江豚高頻聲信號(hào)造成干擾的可能性較小，對(duì)長(zhǎng)江江豚的低頻聲信號(hào)可能造成掩蔽，對(duì)幼年長(zhǎng)江江豚造成傷害的可能性較大；可能引發(fā)長(zhǎng)江江豚的TTS。

(3) 通過(guò)改良拋石工藝、進(jìn)行小規(guī)模的拋石作業(yè)、避開(kāi)長(zhǎng)江江豚的繁殖期和加強(qiáng)施工過(guò)程中對(duì)長(zhǎng)江江豚的觀(guān)察等措施，可減小拋石作業(yè)對(duì)長(zhǎng)江江豚的不利影響。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所鯨類(lèi)保護(hù)生物學(xué)學(xué)科組全體老師、同學(xué)和工作人員，感謝江蘇鎮(zhèn)江長(zhǎng)江豚類(lèi)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)朱孝鋒主任等工作人員的大力支持，感謝中交第一航務(wù)工程局有限公司朱成龍安全總監(jiān)對(duì)相關(guān)問(wèn)題的細(xì)心解答，感謝深水航道建設(shè)工程指揮部的佘俊華處長(zhǎng)，及交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院的韓兆興博士在工作過(guò)程中提供的便利，感謝鎮(zhèn)江漁民朱春榮、宗桂蘭在野外工作生活中的照顧，感謝湖北大學(xué)的葉雷凱和南京師范大學(xué)的居康提供的幫助。

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