水電設施拆除區域的魚類棲息地修復措施研究

摘要：隨著近些年水電設施的興建，越來越多的河流領域生態環境受到影響。為迅速修復水電設施拆除后的魚類棲息地環境，研究分析了多項水域環境修復措施。研究通過前期環境調研采集水域數據，以當地水生生物研究所的流域魚類種群數據作為調研基礎，設立合適區域作為環境參數采樣點，通過采樣點監測數據，分類比較河流的岸邊環境和底質環境。建立棲息地環境的指標評價體系，以礫石排列法優化水域的底質環境，不同的排列方式能夠調節區域的水流速度使之適應于魚類的生存繁殖。研究結果表明，通過修復措施恢復魚類棲息地后，河流中心區域的流速減緩了23.58%，而河岸流速有所加快，增加了41.35%，使河流環境更適合魚類生存，并且經措施優化后的棲息地環境更復雜，為魚類提供了更豐富的隱蔽場所。經過統計分析，改善后的魚群規模表現出明顯的增長趨勢，相較于自然恢復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境恢復提供了一個較為有效的改善方向。

關鍵詞：水電設施；生態環境；魚類棲息地；底質環境

中圖分類號：X171.1 文獻標識碼：A 文章編號：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

由于設施對環境的影響過大，國家嘗試通過各項措施拆除部分設施，但已經造成的水域環境破壞難以在短時間內恢復[1-2]。同時，由于水域環境的變化，區域內的魚類資源逐漸減少甚至消失。為了修復水域環境，早期研究通過河流地貌法分析河流的地質，根據地貌變化判斷河流的水環境狀態，但地貌判斷需要足夠的經驗才能迅速分析出水質狀態并制定改善措施[3]。因此，在恢復水域的過程中采用流速歷時曲線法分析水環境數據，曲線結果通常能表現流域的整體水環境數據，但河流的區域性變化強，缺少局部數據，難以評估河流環境的復雜度[4]。隨著統計學方法的更新，河道內流量增量法被提出，通過將措施體系與環境狀態關聯，以多項學科結合的方式建立河流水域變量與棲息地對魚群的適宜度之間的關系，但方法對衡量指標的判斷較為基礎[5]。物理棲息地模擬方法被提出，通過模擬方式可視化環境數據并關聯生物適宜環境，對算力的需求較高。基于此，研究創新性地將二維棲息地模型方法與礫石排布法相結合建立一種新型棲息地修復措施，通過實時監測數據計算棲息地適應度變化，以期為恢復魚類棲息地提供一種有效的方法。

1 魚類棲息地恢復方法模型構建

1.1 設施拆除流域的環境采樣及魚類種群調查

水域環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環境，影響了魚類的生存，國家開始重視對河流生態的保護，拆除河流區域的水電設施[7-8]。為了修復魚群的棲息地并有效保護瀕危魚種，需要對河流生態實施改善措施。棲息地的生態環境狀況決定著魚群在環境中的適宜度，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境中的生存狀態。為了初步了解河流環境，優先調查區域環境的氣候環境和降水特點，再設置監測采樣點分散在拆除水電設施的河段區域。以不同環境的河段作為采樣示例，采樣點的分布如圖1所示。

圖1（a）的采樣位點主要設置在河底和河岸邊緣，當前段落的河流水勢較為平緩，因此兩岸的檢測采樣點分布相對平均。圖1（b）根據河流水勢和河段周邊環境設置河底檢測位點和岸邊檢測位點，當前河段的一側受水流沖擊力較大，因此在受沖擊段設置更多的檢測采樣點。河流流速也是影響魚類種群變化的一個重要因素，因此在河流的橫截段設置流速檢測位點以計算河段流速。采用三點法測量河道的流速，計算方法如式（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。

根據水電設施拆除狀況在12個區域河段設置監測采樣點，以LS126B流速儀作為檢測儀器測量河流速度。同時，對河段的周邊環境進行采樣，分別記錄河流的選段位置、選段長度、河流寬度以及水流深度等。由于河流的局部環境對魚群的作用不同，環境狀態不能以平均數值表現。魚類的種群類別不同，偏好的生存環境也存在差異，復雜的水流環境更適宜多樣魚類種群的生存。以水體環境的空間范圍作為劃分標準，測量岸邊區域流速、底層水域流速以及表面水體流速。由于河流底部相對復雜的環境，通常作為魚類的主要隱蔽場。將河流底質環境的影響因素劃分為河流底部成分類型和成分粒徑。為檢測魚類棲息地的水質環境，分別取河流表層、岸邊、底層區域的水樣，采用濁度儀測定水樣懸浮物與濁度等數據。為進一步分析流域的魚類食物豐富度和水質環境，取樣檢測水域環境的水生生物種類。統計水生生物的群落和數量，并測量流域岸邊的植被覆蓋率和植被種類數量。流域魚類種群調查主要以當地水生生物研究所2022—2023年的調研數據作為參考，并在河段進行部分取樣調查，過程通過無害性手段觀察統計。

1.2 魚類棲息地的修復策略模型建立

隨著現代化技術被應用于各個領域，自然環境越來越被人為因素影響[9-10]。水電設施導致水域的流量變小，水溫升高，適宜魚類的生存環境被破壞[11]。因此，魚類棲息地的修復治理關系到多種珍稀魚類的生存。對拆除水電設施后的區域開展水樣檢測及水環境調研工作，統計得到當前水域環境的基礎狀況，基于河段水環境現狀采取逐級恢復流程。為實現逐級恢復魚類棲息地的目標，需要通過多項指標的衡量制定水域環境修復措施，結合二維棲息地模型方法將環境數據與魚類對環境的適應度相關聯。其中，區域環境因素的評價標準以河流的基礎指標和水質情況作為主要評價指標，實時記錄河流的寬度和水流速度，水質的情況以水質污染指數計算，計算公式如式（2）所示。

（2）

式中：Q為水質污染指數；Pi為水樣i檢測到污染物的數值；Ci為評價的污染物標準數值；n為污染物的種類數量。選定河流區域的魚類種群較為豐富，水域的環境修復措施無法適宜每一種魚類的生存環境，因此需要設計魚類保護分級方法，設置魚類種群的保護優先級，當水域環境指標無法向同一個方向靠近時，以分級優先的魚群適宜環境作為修復標準。魚類的保護分級通過物種珍稀度、物種價值、物種遺傳特性3個方面劃分。

物種珍稀度的計算如式（3）所示。

（i=1，…，n）（3）

式中：Hi為物種i在總魚群中的珍稀度評分；Km為統計過程魚類的總物種數；Ki為物種i的統計數量。

物種的價值根據生態價值和經濟價值進行綜合判斷，物種所處的生態位置與更多物種相關聯時，物種在生態環境中的影響范圍更廣，生態價值更重要。物種的經濟價值與物種的數量和個體質量相關，當物種的數量更少時物種個體價值更高，而物種的體積質量更大時相應的物種的經濟總價也會更高。

物種的遺傳特性主要根據物種在水域范圍的分布情況判斷，當物種僅集中在部分水域范圍而在其他水域范圍較少時需要加強對物種的關注度，而物種在大部分水域范圍均衡分布時可以相應地降低物種的關注度。通過區域物種的價值比較與優先級評估建立了魚類的優先度保護層級，根據物種的繁殖習性劃分洄游類型，以洄游特性關聯物種的適應水環境流速。為使水域環境更利于魚群繁殖，以礫石群排布方法優化水域環境，采取干預措施增加水域環境的復雜度，其中礫石群排布方式如圖2所示。

設立4組礫石群排布來優化河段中心區域的底質環境，通過不同的礫石堆方式減緩河流中心區域的水流速度，并以礫石堆增加河流的河道覆蓋物作為魚類的隱蔽區域。在放置礫石堆的同時增加河道的植被覆蓋，優化河道環境并補充魚類的食物資源。綜合評估指標與恢復措施得到棲息地的恢復工作流程如圖3所示。

拆除水電設施后的魚類棲息地恢復需要優先調查河流區域的環境變化與水質指標，以魚類棲息地環境作為評估標準檢測區域水質情況。將測定環境作為優化基準，建立魚類優先級的評估體系，通過魚類的保護級別確定恢復方向。設立修復措施改善水域環境，并進一步優化修復措施的適用性，使恢復后的水域生態更適合魚類的生長與繁殖。

2 魚類棲息地修復措施的效果測試

2.1 魚類棲息地實時環境數據變化

為確定修復措施的可行性，根據選定河道區域2022年10月21日10：00—16：00和2023年5月10日10：00—16：00的采集數據作為評估資料。統計河流檢測點的采集數據，對比恢復前后的水流速度變化如圖4所示。

圖4（a）顯示，拆除水電設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，通過修復措施恢復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；恢復后河段河岸流速有所上升，部分區域的流速高于河心區域，并且河岸區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。修復后與修復前相比，河心區域的流速降低23.58%，而河岸區域的流度增加41.35%，同時河岸區域的流速落差增加46.63%。由此說明，修復后河心的流速得到有效的減緩，水流壓力疏散到河岸范圍，同時河岸的流速變化較大，提升了水域環境的流速豐富性。

2.2 魚類棲息地的水生生物數據變化

為進一步觀察修復措施對水生環境及魚類的種群變化的影響，以2022年10月1—31日的河道植物統計作為修復前的比較數據，以2023年5月1—31日的河道植物統計作為修復后的比較數據，得到河段周邊植物生長變化如圖5所示。

圖5（a）顯示，水電設施拆除后河段生態中的浮游生物物種數量在34～39種，不同取樣點的浮游生物物種數量差距較小，經過棲息地修復后的水環境浮游生物的物種數量有所提升，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，在不同區域的植物物種數量存在差異，河段區域的河岸植物物種數量在10～19種，經過棲息地修復后河岸植物的物種數量提升幅度在26.08%～52.38%。圖5（b）顯示，水電設施拆除后河段生態取樣結果中浮游生物的物種種群規模在4 237～4 896，經過棲息地修復后的浮游生物物種種群規模在4 482～5 172；水域環境中浮游生物的種群規模明顯大于河岸植物，修復前河岸植物在取樣結果中的物種種群規模在52～81，修復后河岸植物的物種種群規模增大到89～123。由此說明，修復后的水域環境生態出現明顯好轉，浮游生物和河岸植物的種群規模均出現一定程度的增長。植物數量的增長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。

為檢測修復措施對魚群樣本的實際影響，選取區域內3組時間段的魚群抽樣調查結果，如圖6所示。

拆除前，區域的魚群數量出現了明顯下降，部分珍稀度較高的魚種數量明顯減少；有魚種在調查過程中不再被觀測到，觀測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月水電設施拆除后，區域的魚群數量有所恢復，部分種類的魚群可以再被觀測到；但珍稀度較高的魚群數量增長較慢，整體魚群的增長幅度僅有5.29%～14.53%。圖6（c）顯示，在2023年3—5月采取棲息地恢復措施后，區域的魚群數量恢復幅度提升，魚群規模增長較為明顯，增長幅度在15.71%～46.84%；珍稀度較高的魚種數量也明顯增加，相較于自然恢復方式規模提升了23.11%～42.79%。由此說明，水電設施對魚類棲息地的破壞性較大，僅以自然恢復方式保護水域環境的魚類資源需要等待較長的時間，并且部分魚類資源可能再難以恢復。

3 結論

近些年，人類行為對環境的過度干預導致部分流域的珍稀魚種大量減少，為修復棲息地環境，研究通過建立區域模型，分別采集急流區域和緩流區域數據。觀測拆除水電設施后河流范圍的流勢和地質參數，調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先度分級，根據分級關聯魚類的生存環境適宜范圍，綜合魚群的適宜指標建立優化標準，并通過底質改善與增加植被數量恢復水域環境，采取修復措施實時監測魚類棲息地改善狀態。結果表明，采取修復措施后區域的水流速度更適于魚類的隱蔽和產卵，明顯改善區域環境。植被覆蓋率明顯增長，河岸植物物種數增加26.08%～52.38%，植物種群規模也有所增加。同時，水域中的浮游生物種類明顯增多，采取修復措施后的水環境浮游生物物種數量提升了13.33%～26.08%，取樣結果的浮游生物種群規模有所增加。調研措施修復前后的魚群樣本數量，修復后的魚群種類和數量均有效提升。但是，考慮不同區域的水域環境差別，應用的修復措施必須對實際環境進行調研后再執行，因此研究主要為環境恢復提供一個有效的思路。后續研究可以采集更多類型的水域環境數據，以期為魚類棲息地的恢復提供更可靠的修復方法。

參考文獻

1 于子鋮，張 晶，趙進勇，等.小水電梯級開發河段地貌單元識別與異質性分析[J].水利學報，2022（5）：574-585.

2 曉梅楊.混凝土施工技術在水利水電施工中的應用研究[J].水電科技，2023（1）：20-22.

3 LI Z，YAN C，BOOTA M W. Review and outlook of river morphology expression[J]. Journal of Water and Climate Change，2022（4）：1725-1747.

4 SANTANA P L，CAPRARIO J，WU F K，et al. Hydraulic-hydrological modelling for ecological flow analysis in urbanised basins without monitored flow data[J]. Urban Water Journal，2023（10）：1303-1316.

5 RAHIMI H，YUAN S，TANG X，et al. Study on conveyance coefficient influenced by momentum exchange under steady and unsteady flows in compound open channels[J]. Water Resources Management，2022（7）：2179-2199.

6 武 智，李躍飛，朱書禮，等.基于漁業聲學調查的珠江東塔產卵場魚類棲息地適宜性研究[J].南方水產科學，2023（3）：11-18.

7 何萬朝，尹成杰，袁 靜，等.生態廊道建設對洱海不同類型湖灣魚類群落分布及多樣性的影響[J].水生生物學報，2023（12）：1965-1975.

8 劉 飛，劉煥章.長江上游赤水河示范區水生態修復的成效與挑戰[J].中國科學院院刊，2023（12）：1883-1893.

9 王友文，徐 杰，李繼影，等.東太湖圍網全面拆除前后水生植被及水質變化[J].生態與農村環境學報，2022（1）：104-111.

10 張云雷，孫 霄，劉曉慧，等.氣候變化對黃海中南部斑鰶產卵場適宜性的影響[J].水產學報，2022（2）：215-223.

11 王學雷，蔡曉斌，楊 超，等.長江中游河湖濕地系統演變與生態修復[J].中國科學基金，2022（3）：398-405.

作者簡介：邱承皓（1992—），男，湖北武漢人，碩士，工程師。研究方向：水生態環保。

通信作者：程鑫（1990—），男，江蘇南京人。研究方向：水生態環保。