西藏湘河水利樞紐工程對黑頸鶴夜宿地影響研究

王 旭 航，楊 樂，繆 寧，許 高 金，施 家 月，郭 堅，王 建 威

(1.中國電建集團(tuán) 華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.西藏自治區(qū)高原生物研究所，西藏 拉薩 850000； 3.四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610065)

西藏湘河水利樞紐工程是國家重點(diǎn)水利工程，工程建設(shè)將顯著改善湘河流域的灌溉條件和社會民生。工程水利樞紐壩址下游約47.5 km分布有西藏雅魯藏布江中游河谷黑頸鶴國家級自然保護(hù)區(qū)，主要是保護(hù)對象為國家一級重點(diǎn)保護(hù)鳥類黑頸鶴。目前，關(guān)于黑頸鶴的研究主要集中在對其繁殖、越冬、遷徙、分布等的生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)習(xí)性領(lǐng)域，馮科民[1]、Dwyer等[2]、李筑眉等[3]、倉決卓瑪?shù)萚4]均在不同時期對黑頸鶴的種群分布、生態(tài)習(xí)性及保護(hù)現(xiàn)狀等進(jìn)行了研究。關(guān)于工程建設(shè)或人類活動對于黑頸鶴或鄰近鶴類種群的影響研究相對較少，吳楊[5]對拉日鐵路對西藏“一江兩河”地區(qū)黑頸鶴棲息地影響評價進(jìn)行了研究，但主要是從工程占地、燈光、噪聲等方面展開；Bishop等[6]、顏鳳等[7]以及劉勝龍[8]分別從農(nóng)業(yè)耕作活動對黑頸鶴的食性和食物可獲得性、圍填海對越冬水鳥群落及空間分布、補(bǔ)水對鶴類生態(tài)及其生境的影響等角度進(jìn)行了研究。對于水文條件變化對黑頸鶴夜宿地生境的影響方面，國內(nèi)尚未有相關(guān)報道。本研究基于對生態(tài)下泄流量過程的模擬，結(jié)合黑頸鶴夜宿習(xí)性，研究工程建設(shè)水文情勢變化對黑頸鶴夜宿地產(chǎn)生的影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

湘河是雅魯藏布江中游左岸一級支流，又名香曲。湘河發(fā)源于岡底斯山脈中段的謝通門縣娘熱鄉(xiāng)卡嘎村吉古勒附近。干流全長182 km，流域面積7 418 km2。西藏湘河水利樞紐工程位于西藏日喀則市南木林縣境內(nèi)，灌區(qū)規(guī)劃范圍為湘河水利樞紐壩址以下至雅魯藏布江匯合口湘河下游河谷兩岸。工程為Ⅱ等大(2)型工程，工程任務(wù)以灌溉、供水、改善保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境為主，兼顧發(fā)電。水庫總庫容為1.156億m3，興利調(diào)節(jié)庫容為0.69億m3。水利樞紐攔河壩最大壩高51 m；下游取水共設(shè)置5座無壩取水口和1座有壩取水樞紐(央瑪取水樞紐)，有壩取水樞紐壩址位于湘河水庫水利樞紐下游約39.7 km處，溢流壩高度4.0 m。湘河水利樞紐和央瑪取水樞紐壩址處的多年平均流量分別為58.3 m3/s和69.0 m3/s。

1.2 保護(hù)區(qū)概況及區(qū)位關(guān)系

西藏雅魯藏布江中游河谷黑頸鶴國家級自然保護(hù)區(qū)地跨西藏“一江兩河”流域大片河谷濕地、農(nóng)田和羊卓雍錯湖泊濕地，保護(hù)區(qū)總面積6 143.45 km2。保護(hù)區(qū)由三大塊組成，分別為：日喀則雅魯藏布江中游河谷區(qū)、拉薩河流域河谷區(qū)和羊卓雍錯湖泊濕地區(qū)。該自然保護(hù)區(qū)是以保護(hù)國家一類保護(hù)動物黑頸鶴及其越冬棲息地及其他高原水禽為主的自然保護(hù)區(qū)[9]。近年來，隨著生態(tài)保護(hù)工作的不斷推進(jìn)，保護(hù)區(qū)日喀則片區(qū)的生境適宜性程度總體呈現(xiàn)增加的趨勢[10]。

西藏湘河水利樞紐壩址位于保護(hù)區(qū)日喀則片區(qū)上游約47.5 km處，其中央瑪取水樞紐壩址位于保護(hù)區(qū)上游約7.8 km處(見圖1)。

圖1 西藏湘河水利樞紐工程與西藏雅魯藏布江中游河谷黑頸鶴國家級自然保護(hù)區(qū)(日喀則片區(qū))區(qū)位關(guān)系Fig.1 Location of Xianghe Water Conservarcy Project and Black-necked Crane National Nature Reserve (Shigatse Region)in the middle reaches of the Yarlung Zangbo River in Tibet

1.3 研究對象

黑頸鶴是世界現(xiàn)存15種鶴類中唯一棲息于海拔3 500～4 500 m之間的以青藏高原為中心分布的物種。全世界黑頸鶴約有10 000只，90%以上棲息于我國[11]。冬季在我國西藏南部、四川、云南、貴州等省區(qū)高原地區(qū)越冬，夏季遷徙至西藏北部、青海、新疆、四川、甘肅等省區(qū)的高原湖泊濕地繁殖育雛[11]。黑頸鶴每年10月中下旬至11月結(jié)群飛至青藏高原南部和東南部越冬，黑頸鶴在西藏自治區(qū)的越冬地集中在雅魯藏布江中游河谷及其支流拉薩河、年楚河的“一江兩河”地區(qū)(本工程涉及的區(qū)域)，南木林縣屬于黑頸鶴越冬的重要場所之一[12-14]。

根據(jù)研究，黑頸鶴一般選擇在淺水沼澤或溪流中間的小島上夜宿，其對夜宿地的選擇具有較高的依賴性，常與斑頭雁、赤麻鴨、灰鶴等其他水鳥一起夜宿[15-16]。

2 研究方法

(1) 現(xiàn)場踏勘和走訪。通過對湘河流域及湘河匯入雅魯藏布江河口上下游區(qū)域的現(xiàn)場調(diào)查和走訪，了解黑頸鶴的棲息地分布和主要行為習(xí)慣，確定黑頸鶴的主要夜宿地及其環(huán)境特征。

(2) 資料總結(jié)。從黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)、當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門收集相關(guān)資料，并利用近年來相關(guān)科研機(jī)構(gòu)在西藏及周邊黑頸鶴棲息地開展的研究成果，盡可能還原黑頸鶴在湘河流域的分布和棲息情況。

(3) 模型分析。結(jié)合生態(tài)流量調(diào)度過程，采用DHI MIKE11水動力模型對庫區(qū)以下至河口段的河流水文情勢進(jìn)行模擬，分析工程建設(shè)后湘河河口濕地的變化情況。結(jié)合黑頸鶴的生物學(xué)特性和生態(tài)習(xí)性，選擇河口區(qū)域黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)附近的3處典型河道斷面，引入水位等重要夜宿地生境因子，對生境因子的變化進(jìn)行了定量計算，并采用生態(tài)機(jī)理法分析工程建設(shè)后對黑頸鶴夜宿地的影響變化。

3 結(jié)果與討論

3.1 湘河河口黑頸鶴夜宿地分布特性

Bishop等[15]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑頸鶴選擇的夜宿地平均水深在15.8 cm左右。彭明春等[17]通過對云南大山包自然保護(hù)區(qū)的科學(xué)考察研究發(fā)現(xiàn)，黑頸鶴的夜宿地選擇在水深不超過30 cm的淺水區(qū)域。雷桂林等[18]對西藏林周縣的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑頸鶴夜宿地主要選擇在臨水淺灘、視野開闊的暖河、避風(fēng)點(diǎn)的濕地等區(qū)域。本研究通過對湘河河口區(qū)域黑頸鶴夜宿地的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)黑頸鶴夜宿地主要分布于河口區(qū)域的河心沙洲及河道淺水區(qū)域，部分選擇在靠近河道視野較為開闊的河灘地，其夜宿地的生境特性與其他區(qū)域的研究成果基本相似(見圖2)。從食物鏈角度，黑頸鶴夜宿地選擇與其在湘河流域潛在的敵害如狼、藏狐等肉食性哺乳類動物有關(guān)，通過一定水深的隔離可有效減少敵害生物的威脅，為自身留足夜宿所需的安全空間。在云南納帕海等其他越冬區(qū)域夜宿的黑頸鶴也具有類似特點(diǎn)[19]。

圖2 分析斷面與黑頸鶴夜宿地的位置關(guān)系Fig.2 Location of cross sections and roosting site of black-necked crane

3.2 水文情勢變化過程

根據(jù)對黑頸鶴生態(tài)習(xí)性的了解，黑頸鶴前往雅魯藏布江中游河谷越冬的時間主要集中在10月中、下旬至次年3月底。為盡可能保持湘河下游黑頸鶴夜宿地的生境現(xiàn)狀，基于徑流頻率和河道形態(tài)的方法進(jìn)行了生態(tài)流量模擬[20]，盡可能使下游河口區(qū)域的流量過程與現(xiàn)狀的天然過程接近(見圖3)。在P=75%偏枯年的情況下，運(yùn)行后與建成前央瑪取水樞紐斷面的流量比值在0.76～1.12之間，黑頸鶴越冬期間的下泄流量總體略低于天然情況，最枯的1月份則有所上升。

圖3 工程建設(shè)前后央瑪取水?dāng)嗝嫦滦沽髁孔兓疐ig.3 Discharge flow changes at Yangma water intake section before and after project construction

3.3 不同流量工況下黑頸鶴夜宿地變化

3.3.1工況條件設(shè)定

從水文情勢變化對黑頸鶴夜宿地的影響看，當(dāng)水量過小時，水流將歸向主河槽，不易形成河心洲的局部地形；當(dāng)水量過大時，由于水位高，淹沒后形成的河心洲面積有限；當(dāng)水量適中時，既可以形成河心洲，又不至于將四周環(huán)水的沙洲大量淹沒，這種水文條件對黑頸鶴的夜宿是最為有利的。

結(jié)合建庫前后央瑪取水樞紐下泄流量條件，將下泄流量的變化總體歸結(jié)為三大類工況(見表1)。

表1 央瑪取水樞紐斷面不同流量工況Tab.1 Different flow conditions at the cross section of Yangma water intake conservancy

3.3.210月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響

對8，10，13號3個黑頸鶴夜宿地的斷面進(jìn)行分析(見表2)表明：10月份3處斷面水量變化后，建庫前和建庫后的水位變幅在-0.04～-0.03 m之間，四面環(huán)水適宜黑頸鶴夜宿的沙洲寬(不包含岸邊鄰水沙地，下同)變幅在7.9～10.9 m之間，水面寬變幅在-18.5～-10.1 m之間，沙洲寬與水面寬的比值變幅(建庫后沙洲寬與水面寬的比值減建庫前比值，下同)在0.08～0.21之間，建庫后水位小幅降低，河槽最深處水深30 cm(見圖4)，大于黑頸鶴夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具備作為理想夜宿地的條件。

表2 10月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響Tab.2 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in October

圖4 10月8號斷面建庫前后沙洲與水面資源對比Fig.4 Comparison of sandbar and water resources at the No.8 section before and after the project construction in October

3.3.311月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響

對8，10，13號3個黑頸鶴夜宿地的斷面進(jìn)行分析(見表3)表明：11月份3處斷面水量變化后，建庫前和建庫后的水位變幅為-0.04～-0.03 m，沙洲寬變幅在5.00～10.40 m之間，水面寬變幅在-17.00～-9.10 m之間，沙洲寬與水面寬的比值變幅在0.09～0.21之間，建庫后水位小幅降低，河槽最深處水深22 cm(見圖5)，大于黑頸鶴理想夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具備作為理想夜宿地的條件。

表3 11月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響Tab.3 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in November

圖5 11月10號斷面建庫前后沙洲與水面資源對比Fig.5 Comparison of sandbar and water resources at the No.10 section before and after the project construction in November

由此可見，建庫后11月份流量較建庫前略有降低，適宜黑頸鶴夜宿的沙洲規(guī)模有所上升，沙洲增加的比例在0.47%～1.52%之間。沙洲的增加，使夜宿地能夠容納更多黑頸鶴。因此，工程建設(shè)后，將有利于11月份黑頸鶴的夜宿。

3.3.412月至次年3月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響

12月至次年3月期間，12月份建庫前后的水量變化較大(3.0 m3/s)，對應(yīng)的黑頸鶴夜宿地(四周環(huán)水的沙洲)的差別相對明顯，故以12月份為代表進(jìn)行分析。

通過對8，10，13號3個黑頸鶴夜宿地的斷面進(jìn)行分析(見表4)，12月份3處斷面水量變化后，建庫前和建庫后的水位變幅為-0.02 m，沙洲寬變幅在6.17～24.86 m之間，水面寬變幅在-31.99～-10.00 m之間，沙洲寬與水面寬的比值變幅在0.21～0.37之間，建庫后水位小幅降低，河槽最深處水深16 cm(見圖6)，大于黑頸鶴夜宿地平均水位15.8 cm，沙洲具備作為理想夜宿地的條件，但已接近成為理想夜宿地的15.8 cm的必要水深，如水量繼續(xù)減少，部分沙洲將失去作為理想夜宿地的生境條件。對于黑頸鶴而言，在下泄11.9 m3/s水文條件下，理想棲息地雖略有增加，但已接近夜宿地功能得以維持的流量閾值，因此，從黑頸鶴生境保護(hù)角度，在人工運(yùn)行調(diào)度的情況下，將央瑪取水樞紐下泄11.9 m3/s左右的流量作為黑頸鶴夜宿地生境維持所需的生態(tài)流量值是合適的。這在生態(tài)機(jī)理上，與生態(tài)水文學(xué)方法等計算生態(tài)流量的分析過程具有較強(qiáng)的一致性[21]。

表4 12月流量變化對黑頸鶴夜宿地的影響Tab.4 Impact of flow changes on the roosting site of black-necked crane in December

圖6 12月13號斷面建庫前后沙洲與水面資源對比Fig.6 Comparison of sandbar and water resources at the No.13 section before and after the project construction in December

4 結(jié) 論

本文在黑頸鶴的夜宿地特性調(diào)查和河道水文情勢模擬分析的基礎(chǔ)上，采用系列生境特性指標(biāo)對黑頸鶴夜宿地生境的變化進(jìn)行了研究，為評價水文情勢變化對黑頸鶴夜宿地生境適宜性影響提供了新的方法。

(1) 水文情勢變化的過程。為盡可能保持湘河下游黑頸鶴夜宿地的生境現(xiàn)狀，工程通過對運(yùn)行調(diào)度的控制，盡可能使下游河口區(qū)域的流量過程與現(xiàn)狀的天然過程接近，P=75%偏枯年的情況下，運(yùn)行后與建成前央瑪取水樞紐斷面的流量比值在0.76～1.12之間，黑頸鶴越冬期間的下泄流量總體略低于天然情況。

(2) 不同流量工況下黑頸鶴夜宿地的變化規(guī)律。在黑頸鶴越冬季節(jié)，湘河水庫及央瑪取水樞紐下泄流量過程總體與湘河天然情況下的下泄過程保持一致，運(yùn)行后河口區(qū)域的流量略低于天然情況，但通過預(yù)測分析可知，流量減少后，湘河河口黑頸鶴的理想夜宿地(四周環(huán)水的沙洲)寬度變幅在0.47%～3.52%之間，夜宿地規(guī)模和質(zhì)量總體將維持現(xiàn)狀；若下泄流量進(jìn)一步減少至11.9 m3/s以下時，則可能出現(xiàn)理想夜宿地生境大幅減少的情形。湘河河口區(qū)域?yàn)闃洳鏍詈泳W(wǎng)，河網(wǎng)形態(tài)始終處于動態(tài)變化的過程中，上游來水水量在年際間也存在一定的變化，黑頸鶴對夜宿地的要求首選四周環(huán)水的沙洲和淺水河灘，但對于河岸邊開闊的鄰水沙地，若距居民點(diǎn)直線距離達(dá)400 m以上時，黑頸鶴也會選擇其作為夜宿地[17]，因此，理想夜宿地生境大幅減少也并不意味著相應(yīng)區(qū)域徹底失去夜宿功能，但從環(huán)境保護(hù)角度，應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)該類情形。

5 建議和展望

由于不同水文年型的流量水平存在差異，因此，若要全面評估黑頸鶴夜宿地的生態(tài)需水，需結(jié)合不同水平年的流量條件進(jìn)行進(jìn)一步深入分析。此外，水質(zhì)、土壤、食物等生態(tài)因素發(fā)生變化對黑頸鶴生物行為的影響也將是今后黑頸鶴保護(hù)與研究的重要方向，相應(yīng)的影響評價方法及其適用性也有待進(jìn)一步探討。