长江陆溪口汊道开辟为豚类迁地保护区的可行性探讨

2012-08-29冯顺新廖文根

中国水利水电科学研究院学报 2012年2期

朱瑶，冯顺新，廖文根

（1.中国水利水电科学研究院国际合作处，北京 100038 2.中国水利水电科学研究院水电可持续发展研究中心，北京 100038）

1 研究背景

白鱀豚（Lipotesvexillifer）和长江江豚（（Neophocaenaphocaenoidesasiaeorientalis）是生活在我国长江的两种重要豚类。2006年全长江考察未见白鱀豚，白鱀豚已基本灭绝；长江江豚的种群数量也在急剧减少，正处于极度濒危的状态[1-2]。导致长江豚类种群数量减少的因素很多，包括渔业资源衰退、水污染、航运、水利工程的影响等。按照目前的发展趋势，长江江豚有可能在未来25～100年面临和白鱀豚相同的命运[1]，对长江豚类的保护刻不容缓。

我国正处在经济持续快速发展的时期，受其影响，今后相当长时期内豚类在长江的生存环境难有显著的改善。对豚类实行迁地保护是实行豚类保护、避免豚类灭绝的重要手段。长江江豚的迁地保护已在湖北石首天鹅洲故道内取得成功，故道内已有江豚30多头[1]。随着天鹅洲故道内长江江豚种群数量的扩大，故道面临环境容量不足的问题。为进一步做好长江江豚保护工作，相关机构提出了将位于湖北洪湖长江陆溪口江段的左汊开辟为与天鹅洲故道类似的豚类迁地保护区的设想。

陆溪口汊道位于湖北长江新螺江段豚类国家级自然保护区内，为典型的鹅头型汊道，将其左汊（见图1）开辟为半封闭式江豚迁地保护区的设想得到了当地政府、豚类保护区管理处等政府和机构的支持。左汊能否被开辟为豚类迁徙保护区尚需进行科学论证。本文从陆溪口汊道的地形特征、汊道自身的演变趋势、三峡水库长期运行和河道整治工程的影响，以及豚类对生境的需求（水深、封闭性、食物资源）等方面，对将陆溪口汊道左汊开辟为豚类保护区的可行性进行论证。

2 长江江豚的生活习性及对栖息地的需求

一个水域是否能满足长江江豚对栖息地的一般需求，直接影响到该水域能否被开辟为江豚的保护区或栖息地。在长江八里江江段进行的观测表明，江豚一般在离岸100～300m的范围内活动（占81.8%），在离岸距离小于100m以及大于300m的范围内江豚出现的机会很少；江豚对水深的要求一般大于3m[3]，而且出现在水深小于9m的水域比例占73.3%；江豚活动水域流速范围为0.3～1.2m/s[4]。但在半自然水域如天鹅洲故道的静水环境中，江豚多在地形多样性高，有一定水深，浅滩发育的水区活动，而回避河床平坦，人类活动较多区域。另外，江豚有明显地回避狭长的“门”或“网”结构的现象[5]。

长江江豚的食性较广，小型淡水鱼是其主要食物来源。江豚的核心生境为觅食生境。在长江中，江豚较多地在顺直分汊河段近岸带、矶头挑流形成的回水区、江心洲洲头附近、以及曲率较大的弯道捕食和栖息[6]。在半自然水域（如天鹅洲故道），江豚活动较多的小生境（水域）一般具有如下特征：食物资源较为丰富；水下地貌多样性程度较高；人类活动影响较小；水质较好。此外，江豚对水质较为敏感，明显回避污水和含沙量较高的水域[5，7]。总体上看，在半自然水域（静水或准静水环境），影响江豚栖息地质量的主要因素是鱼类资源、水质以及人类活动。

3 陆溪口汊道的地形特征

3.1 陆溪口汊道陆溪口汊道位于长江的城陵矶至汉口江段，为典型的鹅头型汊道。鹅头型汊道为长江中下游所特有河道类型，多数具有2个或2个以上的江心洲，河道分成3支或3支以上的复式汊道，其中弯道的出口和直道的出口交角很大；各股汊道中至少有一股弯曲系数较大，超过1.5，成为弯曲度大或鹅头状的河道[8]。陆溪口汊道上游右岸有赤壁山作为单边控制节点，而左岸为广阔的冲积平原。陆溪口汊道共有3汊，分别为左汊、中汊和右汊（航道管理部门通常称为圆港、中港和直港），左汊最为弯曲，左汊和中汊之间的江心洲称为“中洲”，而中汊和右汊之间的江心洲为“新洲”。陆溪口汊道的左汊宽约100～300m，当地称其为老湾故道（因其不是长江故道而应被称为老湾支汊）。陆溪口汊道的示意图见图1。

3.2 陆溪口汊道左汊地形及水力学特征图2为2008年10月陆溪口汊道的地形（已换算为吴淞高程），左汊宽度较为均匀，深泓线高程变化不大，18m等高线几乎能贯穿整个左汊，深泓线平均高程为18m。长江水位为22m时左汊水面宽为100～150m，长江水位27m时左汊水面宽为250～300m。按照长江江豚活动区域的水深应大于3m[3]的要求，若将左汊开辟为豚类栖息地，左汊内水位不宜低于21m。

由于缺乏长江陆溪口河段的水位资料，本文利用位于本河段上游约50km的长江螺山水文站水位以及长江宜昌—武汉段的一维水动力学模型[6]来推算陆溪口河段的水位特征值。由一维水动力学数学模型计算得到的2005—2008年螺山水文站与陆溪口代表断面的逐日水位差见图3。可见两断面汛期的水位差约为1.0m，而非汛期水位差约为1.3～1.4m。

由一维水动力学模型计算得到，从1984—1999年，陆溪口河段的水位最高为33.9m，最低为16.0m，部分时段的水位低于左汊深泓线平均高程18m；2005—2008年三峡水库运行后，陆溪口代表性断面最高水位约为32.4m，最低水位约为17.2m，也出现部分时段水位低于左汊深泓线平均高程的现象。这表明，由于支汊内地形高程过高，无论在三峡工程建设前或蓄水后的枯水期左汊均可能出现断流的现象，水深无法满足3m要求。

3.3 中洲地形特征由图2可知，中洲（以及左汊的上下口门处）高程大于30m的面积有限，而28m等高线几乎能包围全岛。若遇百年一遇洪水，对应的中洲附近长江水位约为33.9m，大部分中洲将被淹没，而28m等高线处水深为5.9m。

综上所述，由于陆溪口汊道左汊在枯水期水深无法满足3m的最低要求，乃至会断流；而丰水期中洲淹没水深可达5.9m，没有阻拦江豚进入长江干流的天然屏障。

4 陆溪口汊道的演变趋势

4.1 陆溪口汊道的历史演变

4.1.1 陆溪口汊道中汊的周期性演替鹅头型汊道的形成需具备以下几个条件：（1）河段处于地质凹陷区；（2）具有二元结构的河岸组成；（3）河段上游具有单边抗冲节点；（4）来水来沙具有变异性[8]。陆溪口汊道的形成与上游的单边节点赤壁山有关。在1861年时赤壁山已濒临大江，之后由于赤壁上游河岸发生坍塌，赤壁山便凸出形成山矶，把水流挑向左岸。经过1926、1931和1933年大水的作用，左岸显著崩退，到1934年本河段终于形成了鹅头型分汊河道[9]。

陆溪口汊道的演变具有鹅头型汊道演变的一般特征，即中汊的周期性切割变化。其演变过程可概括为：新中汊产生、老中汊萎缩——新中汊发展下摆——新、老中汊重合——中汊继续弯曲下摆——新中汊再次产生与发展[10]。自1921年形成三汊格局后，陆溪口汊道已出现过4次周期性汊道交替变化，完成一个演变周期平均约需20年[11]。1993—2002年间，陆溪口汊道处于新、老中汊合并时期，汊道在平面上呈现“两洲、三汊”的形态。2002年汛后，陆溪口汊道的河床形态发生了较大的变化：新洲头部滩面大面积刷低2～3m，在新洲中部形成宽300～450m（航行基面上4m时的水面宽度）、最大深度在航行基面下1.1m的横向窜沟，与汛前地形相比，窜沟部位最大冲深达8m。另外右汊进口航槽发生了明显淤积，与汛前相比，淤积厚度在1m左右，出浅碍航情况加重。由历史演变规律来看，窜沟的出现标志着新中汊可能即将形成，该水道即将进入新一轮演变周期[12]。

4.1.2 陆溪口汊道左汊的持续萎缩近几十年来，陆溪口汊道的左汊持续萎缩。1935年时左汊为主汊，最小水深在4m以上；之后从1959—2000年，虽然中汊已经历过两轮周期性的发展，但左汊分流比始终逐步减小，从1959年的26%下降到2000年的2.7%[10]。由于泥沙淤积，从20世纪70年代开始左汊不再被作为航道。1998—2007年左汊淤积明显，断面平均淤积厚度从1.87～2.81m不等，淤积较多地发生在凸岸[3]。

长江中下游鹅头型汊道左汊的萎缩并不是个例。长江上另一个典型的鹅头型汊道——团凤汊道的左汊从20世纪70年代以来一直处于淤积衰退中，分流比逐步减小，左汊枯水时断流，河床年平均抬高近0.29m[9]。目前团凤汊道左汊已淤死，常年不过流[11]。

4.2 陆溪口航道整治工程对汊道演变的影响长江陆溪口江段为有名的浅滩碍航江段。为控制河势、改善通航条件，长江航道管理部门从2003年起对本江段进行了整治。于2003年6月首先实施了临时工程，在窜沟下口处抛沙枕进行河床护底，以控制新洲头部串沟的发展；从2004年11月至2008年5月，实施了“长江中游陆溪口水道航道整治工程”，工程的主要内容见图4[12-13]。

航道整治工程施工时，陆溪口汊道正处在新洲上的新中汊快要形成的阶段。由于实施了临时工程控制串沟的发展，串沟不久即淤平。后续建设的鱼嘴顺坝、洲脊顺坝、格坝、锁坝以及在中洲上半段修建的护岸工程稳定了河势，已经并将继续对陆溪口汊道的演变产生影响：（1）同流量下中汊分流比增大。由于新洲滩头高程较低，原有部分进入中汊的水流转而经过新洲洲头流往右汊（从而在中洲上冲刷出“串沟”）。航道整治工程完成后，这部分水流通道被截断，导致中汊分流比加大。这会加剧新洲洲头以及中洲右岸的冲刷。实测地形证实了这一点[12]。（2）由于中汊断面扩大，水流动力轴线偏向左岸的几率变小。这导致水流对左汊（老湾支汊）进口上游部位的冲刷减弱，使左汊的分流比变小，不利于左汊的维持。

4.3 三峡水库蓄水运用后陆溪口汊道的演变趋势河流建坝后，由于水库下游河道流量变幅变小、水库拦截泥沙导致清水冲刷，坝下游分汊河道一般向分汊程度减小的方向发展。韩其为等[14]认为在冲刷过程中水库下游河道普遍出现支汊萎缩、主汊扩大的趋向。依据数学模型计算成果，冲刷初、中期（1～34年）长江九江以下的8个汊道中有6个主汊冲刷、支汊淤积，其中4个汊道自始至终（1～82年）均是主汊冲、支汊淤。如支汊淤塞，则分汊河道将逐渐改变性质，中、低水位时将转变为单一河道[14]。潘庆燊[15]认为三峡水库运用后长江中下游各段的河型和河势均不会出现重大调整，河道演变主要表现为河床冲深、河势的局部调整以及分汊河段支汊的萎缩。

陆溪口鹅头型汊道从其形成以来直至2007年，左汊均在向萎缩的方向发展。韩冬等[16]对长江宜昌至武汉段河道冲淤进行的分析表明，三峡水库初期蓄水以来，陆溪口汊道所在长江干流先淤积而后转为冲刷，但1998—2007年老湾支汊全面淤积，平均淤积厚度约为2m。他们使用一维水流泥沙数学模型，以2003年10月—2008年10月共5年宜昌站以及湘资沅醴四水的实测水沙条件循环作为边界条件进行的计算表明，陆溪口汊道所在江段在2020年前总体趋势为强度不大的冲刷，但左汊内仍会出现较大淤积；由于长江螺山段冲淤幅度不大，尚未发现左汊有脱流的迹象，但本江段将来可能发生较大冲刷，主流存在摆动的可能。可见数学模型预测表明左汊仍会进一步淤积。

流量变化导致的水流动力轴线摆动是鹅头型汊道得以维持的重要条件。如前文所述，陆溪口鹅头型汊道的形成本身与1926、1931和1933大洪水的作用有关。鹅头型汊道形成后，流量变化（尤其是大流量）导致的水流动力轴线摆动对左汊的维持仍具有重要意义。图2（以及相应的Google Earth地图）表明，陆溪口汊道左汊进口上游地形较高，此处在洪水作用下形成了两个与河岸平行、长约6km的条带状沙洲，条带状沙洲之间、以及沙洲和左岸之间有带状的凹槽。这表明在洪水时，由于右岸赤壁山的挑流，主流在一定程度上被导向左岸，导致左汊进口上游部位的冲刷及左汊分流比扩大。这在客观上起到了减缓左汊淤积、长期维持左汊的作用。

综上所述，陆溪口汊道左汊按自然演变规律呈萎缩趋势；陆溪口航道整治工程抑制了鹅头型汊道中汊的周期性演替，可能导致中汊的分流比增大，对左汊的维持不利；同时三峡工程运行后，由于河道冲刷，本河段出现大洪水的几率减小，洪水冲刷左汊的机会也变小，对维持左汊不利。总体上看，陆溪口汊道左汊在未来将继续萎缩。

5 开辟为豚类迁地保护区的可行性分析

食物资源不是左汊能否被开辟为豚类迁地保护区的决定性因素。研究表明，左汊内鱼类资源量丰富，种类较多，且主要以中小鱼类为主，而中小型鱼类为长江江豚的适口性鱼类；枯水期左汊内的鱼类资源相对较少，可能导致江豚的食物不足，但这可通过鱼类放流等措施解决[2]。近年对左汊水质的监测结果表明，左汊内水质和长江水质接近，能达到江豚栖息所需要的水质条件[2]。

根据以上对陆溪口汊道地形条件、历史演变规律、水力学条件、工程建设等因素对左汊影响的综合分析，影响左汊开辟为豚类保护区的主要因素是水深不能满足3m最低需求，而且中洲地形较低，洪水期无法形成天然屏障。如若在陆溪口汊道左汊建立半自然豚类迁地保护区需增加一定量的工程措施，或建闸设网，或挖深河床，以保证左汊内的水深全年满足3m水深要求，而且在洪水期，有安全的屏障保证江豚不会顺洪水游入长江干流。

[1]赵修江.河流生态系统鲸豚类种群数量调查方法探索及其应用研究[D].武汉：中国科学院水生生物研究所，2009.

[2]王克雄，郝玉江，梅志刚，等.白鱀豚与长江江豚资源变动趋势及保护对策研究技术报告[R].武汉：中国科学院水生生物研究所，2011.

[3]魏卓，王丁，张先锋，等.长江八里江江段江豚种群数量、行为及其活动规律与保护[J].长江流域资源与环境，2002，11（5）：427-432.

[4]魏卓，张先锋，王克雄，等.长江江豚对八里江江段的利用及其栖息地现状的初步评价[J].动物学报，2003，49（2）：163-170.

[5]杨健，陈佩薰.湖北天鹅洲故道江豚的活动与行为[J].水生生物学报，1996，20（1）：32-40.

[6]冯顺新，朱瑶，李海英，等.三峡水库运行后白鱀豚（及江豚）国家级自然保护区及其它栖息地环境变化趋势及保护对策研究[R].北京：中国水利水电科学研究院，2011.

[7]王克雄.我们能否帮助江豚摆脱困境?[J].大自然，2007（4）：42-45.

[8]钱宁，张仁，周志德.河床演变学[M].北京：科学出版社，1987.

[9]冷魁，罗海超.长江中下游鹅头型分汊河道的演变特征及形成条件[J].水利学报，1994（10）：82-89.

[10]赵志舟，周华军，黄超，等.长江中游陆溪口水道演变与整治设想[J].水利水运工程学报，2003，（1）：53-57.

[11]余文畴，卢金友.长江河道演变与治理[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[12]长江重庆航运工程勘察设计院.长江中游陆溪口水道航道整治工程施工图设计（筑坝与护岸工程部分）[R].2004.