松花江流域主要干支流縱向連通性與魚類生境

呂 軍,汪雪格,劉 偉,王彥梅,魏春鳳,吳計生

(松遼流域水資源保護局松遼水環境科學研究所,吉林 長春 130026)

松花江流域主要干支流縱向連通性與魚類生境

呂 軍,汪雪格,劉 偉,王彥梅,魏春鳳,吳計生

(松遼流域水資源保護局松遼水環境科學研究所,吉林 長春 130026)

基于松花江流域攔河建筑物現狀，采用阻隔系數法，評價主要干支流的縱向連通性。結果表明：松花江干流和嫩江縱向連通性指數分別為0.21和0.27，連通性評價等級為良，第二松花江連通性指數為0.62，連通性評價等級為中等。嫩江支流中連通性最好的是嫩江，成為冷水性魚與嫩江尼爾基以下河段交流的唯一通道；而甘河、雅魯河、綽爾河和訥謨兒河連通性評價等級為良，洮兒河、霍林河和烏裕爾河連通性評價等級為劣。第二松花江支流中伊通河和飲馬河攔河壩眾多，魚類洄游受阻，連通性等級為劣。松花江干流支流牡丹江、拉林河受梯級水電站開發影響，其評價指數為劣；倭肯河、湯旺河受河流沿岸灌區渠首閘壩、水庫及水電站建設影響，評價等級為差，這些支流目前瀕危珍稀魚類已絕跡，也極少見到冷水性魚類。整個流域內未建設過魚設施，對魚類洄游和種群交流產生阻隔，提出了補建和新建過魚設施，必要時開展增殖放流的措施。建議對沒有預留生態流量的攔河建筑物進行改造或者利用現有設施泄放生態流量，對預留生態流量的調整水庫調度方案保證其下泄流量滿足不同時間、空間魚類生存需求。

河流；縱向連通性；魚類生境；阻隔系數法；松花江流域

松花江流域水系發育，河流、湖泊、水庫、沼澤眾多，水域廣闊，生態系統類型復雜，水生生物資源和生物多樣性極為豐富，有北方冷水性魚類，還有列入《中國瀕危動物紅皮書》(1990年)的日本七鰓鰻、雷氏七鰓鰻、達氏鰉、施氏鱘、哲羅魚、細鱗鮭、懷頭鯰、烏蘇里白鮭等[1]。然而，目前一些魚類自然分布區域逐漸縮小，種群下降，瀕危程度加劇。如施氏鱘，據記載，在松花江干流都有分布，上游在三岔河也有分布，現今只在松花江中下游偶爾出現；大馬哈魚20世紀五六十年代可以洄游到松花江中上游，目前僅上溯到同江段。哲羅魚、細鱗鮭、懷頭鯰、黑龍江茴魚等魚類現如今只分布在松花江流域支流的上游區域，中下游及干流很少出現。

影響魚類分布和資源量的因素很多，包括水庫大壩的阻隔、魚類捕撈、水質污染、生態環境變化等。其中，水利工程的阻隔是導致魚類生境萎縮、資源量下降的重要原因。水利工程的阻隔，導致河流縱向連接不暢通甚至不連通，使得一些洄游性的魚類無法跨越大壩洄游至上游完成其生活史。目前，關于水庫大壩等水利工程對魚類洄游的阻隔研究僅停留在單一工程、定性的描述，很少有累積、定量的研究與評價，如何定量評價水利工程對魚類洄游產生的影響成為水利、水環境和水生態研究的重點和難點。

河湖水系連通是新時期治水新方略，相關理論技術研究正處于探索階段[2-13]。總結相關研究，本文將河湖水系連通性在空間層面分為縱向連通性、橫向連通性和垂向連通性。縱向連通性不僅包括水流的連續性，還包括生物學過程的連續性。縱向連通性受到兩種因素的影響：①連通河段的長度，如連通河段足夠長，能滿足魚類生存所需的生境，則河流的縱向連通性較好；②河湖連通的質量，不同的攔河建筑物對河道的阻隔時間和程度不同，對水文情勢的改變不同，對連通性影響不同。

本文從流域河流層面，采用阻隔系數法，評價河流縱向連通性，進而揭示水利工程對魚類洄游通道的累積影響程度，以期為水利發展、水環境健康和水生態平衡提供技術支撐。

1 數據與方法

1.1 松花江流域水利工程建設情況

松花江流域位于我國的東北部，是我國七大流域之一。流域水利水電工程開發較晚，日偽時期(20世紀三四十年代)在第二松花江中游修建了小豐滿水電站，第一次把第二松花江分成上下兩段。1949年后隨著社會經濟的發展，人工修建了大量的水庫、閘壩、堤防、渠系與灌區等水利工程[14]，這些水利工程和自然演進過程中形成的江河、湖泊、濕地等水體構建了新的水力聯系。松花江流域主要干支流河流長度及水利工程統計見表1。

目前，松花江流域內的水庫數量由20世紀50年代的30座增加到2 356座，水庫的總庫容也由112億m3增加至518億m3(圖1)，整個流域1990—2010年水庫總庫容增長迅速。松花江流域內共有水電站(非水庫型水電站)為132座，裝機容量共計4 662萬kW。流域內為了灌溉以及城市段景觀用水，建設了橡膠壩、節制閘等攔水工程，共計662個。這些閘壩雍高水位，形成水位落差，對魚類洄游造成阻隔，對上下游魚類的交流產生不利影響。

圖1 松花江流域水庫庫容增長曲線

流域河流河長/km灌溉攔河壩城市段景觀攔河壩水電站水庫嫩江嫩 江1370北部引嫩渠首壩3個城市攔河壩尼爾基水庫甘 河446甘河橡膠壩諾敏河467查哈陽灌區渠首泄洪閘雅魯河398古里金灌區節制閘、成吉思汗紅光灌區節制閘龍寶發電站綽爾河576綽勒水庫洮兒河553巴達仍貴樞紐節制閘、義勒力特節制閘察爾森水庫霍林河590霍林郭勒市城區段防洪工程1～9號橡膠壩訥謨爾河688訥全渠首攔河閘、紅太渠首攔河閘山口水庫烏裕爾河587灌區渠首橡膠壩、依安縣烏裕爾河攔河閘紅衛水庫、東升水庫第二松花江第二松花江958龍城水電站紅石水庫、白山水庫、紅石水庫、豐滿水庫、哈達山水庫伊通河342范家灌區管理所攔河閘、壽山水庫灌區向前攔河閘馬哨口攔河閘、小板橋橡膠壩、自由攔河閘、興華攔河閘、四化攔河閘新立城水庫飲馬河(不含伊通河)386灌區7個橡膠壩,九臺市太平橋橡膠壩黃河水庫、石頭口門水庫輝發河289季家攔河閘、海龍橡膠壩、灣龍橡膠壩、合勝橡膠壩、團結橡膠壩、黑山頭橡膠壩、永勝橡膠壩松花江干流松花江939哈爾濱城區壩2個大頂子山水電站呼蘭河523河口水電站拉林河244金馬干渠橡膠壩向陽水電站、小河里水電站磨盤山水庫、龍鳳山水庫螞蟻河341方正縣灌區渠首溢流壩尚志市螞蟻河橡膠壩牡丹江726大灣攔河閘敦化市2個橡膠壩丹江水電站、黑石二級水電站、黑石三級水電站、鏡泊湖新廠發電站、鏡泊湖老廠發電站、阿堡電站、紅衛發電站、紅農發電站、渤海發電站、石頭電站、牡丹江市三間房水電站、晨光發電廠上石水庫、上溝水庫、紅石水庫、西崴子水庫、黑石水庫、蓮花水庫倭肯河450倭肯渠首閘、解放壩泄洪閘、大鮮攔河閘、龍夢閘鳳凰山水庫、安興水庫、桃山水庫湯旺河509永久節制閘前進社區橡膠壩慶豐電站、永久水電站、小云峰水電站

1.2 松花江流域保護性魚類習性、特點

歷史上松花江流域魚類種類繁多，上游以出產名貴的冷水性魚類著名，下游有經濟價值很高的大馬哈魚和日本七鰓鰻洄游，鯉科等魚類在松花江流域生長迅速，大量出產在中游各地。

松花江流域冷水性魚類多種多樣，有10科16屬19種，占松花江水系魚類總種數的30.65%[17]。其中有溯河洄游型的大馬哈魚和日本七鰓鰻，有經濟價值的冷水性魚類有大馬哈魚、黑斑狗魚、江鱈、銀魚、池沼公魚、烏蘇里白鮭、哲羅魚、雅羅魚等8種。屬于我國珍稀種的有大馬哈魚、江鱈、烏蘇里白鮭、日本七鰓鰻等4種。

冷水性魚類多生活在上游的山澗溪流、湖泊和海拔較高的地區，可以在水溫很低的水體中生長發育。隨生活水域環境溫度變化，有明顯的季節性遷徙，在江河的深水區越冬，初春結凍時即上溯洄游。不同的冷水魚的產卵期不同，分布在全年的各月。

大馬哈魚在秋季沿黑龍江溯河上游至松花江流域產卵，受精卵在冰下低溫水域孵化，翌年2—3月孵出，至5月開始降海洄游，然后遠海棲息生活3～5年達性成熟時溯河，回歸原繁殖河流產卵。日本七鰓鰻從魚卵到幼魚開始在松花江生活四五年后變態下海，在海洋中生活2年后，秋季由海洋進入江河，在江河下游越冬，翌年5—6月溯至上游產卵繁殖。

中游分布有產黏性卵和產漂流性卵的魚類，具有江湖半洄游性，一般生活在江河、湖泊等水域，性成熟個體在江河流水中產卵，冬季則在干流或湖泊的深水處越冬。產卵一般在4—7月。產黏性卵和漂流性卵的魚類產卵均需一定流速的水流刺激。而對于產漂流性卵的魚類，魚苗的孵化過程需要一定的水流速度，如草魚等，其漂流距離需達幾十千米才能孵化成魚苗。但是當流速減小到一定程度后，魚卵便會沉到江底腐爛，不能孵化成魚苗。

1.3 研究方法

河流縱向連通性受到連通河段長度和阻隔程度的影響。連通河段長度越長對魚類等水生生物的生存越有利，阻隔程度越小對魚類的洄游、遷徙越有利。因此，采用阻隔系數法計算單位長度河道所受的完全阻隔系數，系數越大表明阻隔越大，系數越小表明阻隔越小，越適合魚類生存。其數學表達式可以表述為

(1)

式中：Cj為第j段河流的縱向連通性指數；n為攔河壩的種類數量；Ni為第i種攔河壩的數量；ai為第i種的攔河壩(城市段滾水壩、水庫、水電站、渠首壩等)對應的阻隔系數；Lj為河流的長度。

閘壩等水利工程對魚類的影響主要表現在兩個方面，一是改變水文情勢，二是對魚類洄游產生阻隔。水文情勢變化包括流量、流速、洪水出現時間等的變化，這些對于魚類生境會產生很大的影響。當流速降到很低時魚類無法產卵，漂流性卵的孵化需要一定的距離，當閘壩太多時，兩壩之間距離過短，魚類還未孵化就進入庫區，因庫區流速太小而使魚卵沉底，無法孵化。

不同的攔河建筑物對魚類的阻隔程度、時間不同，相應的對魚類洄游造成的影響也不同。水庫、水電站由于高壩的建設，如果沒有建設過魚設施，會阻隔所有魚類的洄游，例如松花江干流上大頂子山水庫與水電站的建成，對大馬哈魚和日本七鰓鰻的洄游造成了嚴重的阻隔，完全切斷了大馬哈魚和日本七鰓鰻洄游至大頂子山大壩以上產卵場的洄游通道；嫩江的尼爾基水庫的建設，幾乎完全阻斷了嫩江上游冷水性魚與嫩江干流之間的交流，上游的冷水性魚只能到達尼爾基水庫越冬，而尼爾基水庫以下的冷水性魚因水庫大壩的阻隔無法洄游至上游冷水區生長繁殖，冷水性魚類因下游溫度高而無法生存，導致冷水性魚的生境縮小。松嫩平原是我國的主要農業產區，灌區眾多，攔河取水的現象很多，一般為橡膠壩，壩頂可以溢流，并可根據需要調節壩頂，控制上游水位。灌區取水基本只是在5—9月份，而其他月份通過放氣或放水等將壩頂調低，河流基本連通；而且灌區攔河壩的高度較低，一些大型的魚類可以越過攔河壩進入上游完成生活史。一些城市段的景觀攔河壩，為了城市的景觀全年攔河，但是其壩頂較低，某些大型魚類可以跳躍過去。另外，有一些攔河壩也建設了魚梯、魚道等過魚設施，可以保證一些魚類洄游。基于以上分析，確定閘壩阻隔系數ai取值(表2)。

表2 閘壩阻隔系數取值

根據《水工程規劃設計生態指標體系與應用指導意見》(水總環移[2010]248號)、全國主要河湖水生態保護與修復規劃、全國水資源保護規劃等已有成果，針對水流連續河流，結合流域實際，確定縱向連通性等級的評價閾值標準：阻隔系數小于0.1為優，0.1～0.5為良，0.5～0.8為中，0.8～1.2為差，大于1.2為劣。

縱向連通性指標評價閾值標準是針對不斷流河流的，如果是經常出現斷流的河流則縱向連通性評價等級直接定義為劣。

2 結果與分析

根據現場調查、資料收集、遙感解譯等方法，統計了松花江流域嫩江、第二松花江、松花江干流等主要干流及一級支流河流攔河閘壩等建設情況。在此基礎上采用阻隔系數法，對松花江流域內主要河流縱向連通性進行計算并評價，評價結果見表3和圖2。從表3和圖2可知：

a. 在眾多的水利工程中均未建設過魚設施，對魚類洄游、種群交流產生阻隔。建議新建攔河建筑物時要考慮魚類洄游的實際情況，保留滿足魚類生存的生態基流，并且修建過魚設施，必要時開展增殖放流。對于縱向連通性較差的河段，現有攔河建筑物沒有過魚設施的，建議補建過魚設施；對沒有預留生態流量的攔河建筑物進行改造或者利用現有設施泄放生態流量；對預留生態流量的調整水庫調度方案保證其下泄流量滿足不同時間、空間魚類生存需求。

表3 松花江流域主要河流縱向連通性評價

圖2 松花江流域主要干支流縱向連通性評價等級分布

b. 流域北部開發利用程度低，河湖連通性較好，而流域的南部開發利用程度高，河湖連通性差。松花江流域的3條干流中，松花江干流縱向連通性指數為0.21，連通性最好；嫩江連通性指數為0.27，連通性其次；第二松花江連通性指數為0.62，連通性較差。從連通性評價等級看，松干和嫩江縱向連通性為良，二松為中等。

c. 嫩江流域河流縱向連通性總體較好，因地處大小興安嶺山區，人口稀少，水利工程建設對河流縱向連通性影響較小，河流縱向連通性評價等級為良。嫩江尼爾基水庫建成以前，嫩江上游分布有冷水性魚類產卵場，中下游分布有冷水性魚類的索餌場、越冬場。但是，尼爾基水庫建成后，由于大壩阻隔，嫩江上游冷水性魚類無法洄游至壩下索餌、越冬，洄游通道受阻，冷水性魚類適棲生境減少。目前嫩江尼爾基水庫以下支流中，僅有諾敏河開發程度低，攔河建筑物少，基本能保持自然的生態系統，是冷水性魚與嫩江尼爾基以下河段交流的唯一通道，建議維持天然的縱向連通性。而洮兒河、霍林河、烏裕爾河等支流位于嫩江下游，受人類開發活動影響，河流沿岸為農田灌區，流域水資源開發利用率高，河流呈斷流狀態，水利工程建設加劇阻隔了河流的連通性，其縱向連通性評價等級為劣。

d. 第二松花江流域城鎮密集，人類活動頻繁，已建豐滿、白山、紅石、新立城、石頭口門等多項大中型水庫、水電站工程，河流縱向連通性總體較差。尤其在支流伊通河和飲馬河，因灌區攔河壩、城市滾水壩、橡膠壩、攔河閘等建設，造成河流渠化、片斷化明顯，魚類洄游受阻，河道縱向連通性受到嚴重破壞。歷史上，第二松花江流域河流魚類多為產漂流性卵的魚類。對于產漂浮性卵的魚類來說，魚類繁殖需要一定的水流速度。如草魚，其漂流性卵需要在江面上漂浮幾十公里才能孵化成魚苗。但是當流速減小到一定程度后，魚卵便會沉到江底腐爛，不能孵化成魚苗。第二松花江由于豐滿、白山、紅石水庫及哈達山大壩的阻隔導致流速降低，魚卵漂流時間過短，青魚等的天然產量已大為減少，青魚、草魚、鰱等產漂流性卵魚類的產卵場消失。

e. 松花江干流河流較長，目前，干流上除大頂子山航電樞紐、哈爾濱市城區滾水壩外，尚未有其他攔河設施，河流縱向連通性尚可。但是由于大頂子山航電樞紐的建設，給魚類資源帶來了極大的影響，嚴重破壞了魚類的生長、繁殖、育肥、洄游環境，阻斷了魚類洄游通道；阻斷了鰱魚產卵群體由下游向位于松花江上游肇源、澇洲鰱魚的產卵場繁殖的洄游通道，使澇洲江段鰱魚的產卵場失去其生態功能；阻斷了大馬哈魚、日本七鰓鰻等魚類洄游通道，使得大馬哈魚、日本七鰓鰻等在大頂子山水電站上游基本消失。支流牡丹江、拉林河受梯級水電站開發影響，河流縱向連通性受阻嚴重，其評價等級為劣。支流倭肯河、湯旺河受河流沿岸灌區渠首閘壩、水庫及水電站建設影響，縱向連通性處于較差狀態。這些支流目前瀕危珍稀魚類已絕跡，也極少見到冷水性魚類。

f. 松花江流域內共有2 386座水庫，132座水電站，其中干流和主要一級支流上有水庫25座、水電站21座，顯然，絕大多數的水庫、水電站分布于二級及以上支流中。因此，二級及以上支流受阻隔程度更高，河湖連通性更差。河湖連通性優劣順序為：干流、一級支流、二級及以上支流。

3 結 語

本文采用阻隔系數法較準確、系統地從流域層面評價了松花江流域主要干支流的縱向連通性及對魚類生境的影響。該方法不僅簡單、快捷，還能夠宏觀、定量評價水庫大壩等攔河建筑物對魚類洄游通道累積的環境影響。評價結果簡便可靠，可為水利規劃、水環境治理和水生態恢復措施的制定提供技術支撐和決策依據，具有實際使用價值。

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LongitudinalconnectivityandfishhabitatofmaintributariesinSonghuajiangRiverBasin

LYUJun,WANGXuege,LIUWei,WANGYanmei,WEIChunfeng,WUJisheng

(SongliaoInstituteofWaterEnvironmentalScience,SongliaoRiverBasinWaterResourcesProtectionBureau,Changchun130026,China)

Based on the current situation of the river blocking structures in the Songhua River basin, the barrier coefficient method is used to evaluate the longitudinal connectivity of the main tributaries. The results show that the longitudinal connectivity indices of the Songhua River and Nenjiang are 0.21 and 0.27 respectively, the connectivity grade is good. The connectivity index of the second Songhua River is 0.62, and the connectivity level is medium. The best connectivity among the Nenjiang tributaries is Nenjiang, which is the only passageway for cold water fish to interflow with the lower reaches of Nierji, Nenjiang. The connectivity of the Gan River, Yalu River, Chuoer River and Nemo River connectivity level is good, and the same of the Taoer River, Huolin River and Wu Yuer River is inferior. Yitong River and Yinma River of the second Songhua River tributary have numerous dams, fish migration is blocked, their connectivity level is inferior. Mudanjiang, Lalin River of Songhua River tributaries are influenced by the development of cascade hydropower stations, their evaluation index is bad; Wukan River, Tangwang River, affected by the construction of dam gates, reservoirs and hydropower stations along the river irrigation area, evaluation grade for them is poor. At present, the endangered rare fish in these tributaries have been extinct, cold water fish are rarely seen. Fish pass structures are not built in the whole basin, which blocks fish migration and population exchange. Such measures as to make up and build fish pass structures and carry out the proliferation and release of fish if necessary are proposed in this paper. The river structures without reserved ecological flow are to be reconstructed or the ecological flow is discharged by using the existing facilities. For those river structures with reserved ecological flow, reservoir regulation scheme shall be adjusted to ensure that the discharged volume will meet fish survival needs at different times and in different spaces.

river; longitudinal connectivity; fish habitat; barrier coefficient method; Songhuajiang River Basin

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.06.24

水利部公益性行業科研專項(201401014)

呂軍(1964—)，女，教授級高級工程師，主要從事水資源保護研究。E-mail：752726319@qq.com

汪雪格,高級工程師，博士。E-mail：m13504314997@163.com

TV213.4

A

1004-6933(2017)06-0155-06

2017-04-21 編輯：徐 娟)