松花江流域主要干支流纵向连通性与鱼类生境

吕 军,汪雪格,刘 伟,王彦梅,魏春凤,吴计生

(松辽流域水资源保护局松辽水环境科学研究所,吉林 长春 130026)

松花江流域主要干支流纵向连通性与鱼类生境

吕 军,汪雪格,刘 伟,王彦梅,魏春凤,吴计生

(松辽流域水资源保护局松辽水环境科学研究所,吉林 长春 130026)

基于松花江流域拦河建筑物现状，采用阻隔系数法，评价主要干支流的纵向连通性。结果表明：松花江干流和嫩江纵向连通性指数分别为0.21和0.27，连通性评价等级为良，第二松花江连通性指数为0.62，连通性评价等级为中等。嫩江支流中连通性最好的是嫩江，成为冷水性鱼与嫩江尼尔基以下河段交流的唯一通道；而甘河、雅鲁河、绰尔河和讷谟儿河连通性评价等级为良，洮儿河、霍林河和乌裕尔河连通性评价等级为劣。第二松花江支流中伊通河和饮马河拦河坝众多，鱼类洄游受阻，连通性等级为劣。松花江干流支流牡丹江、拉林河受梯级水电站开发影响，其评价指数为劣；倭肯河、汤旺河受河流沿岸灌区渠首闸坝、水库及水电站建设影响，评价等级为差，这些支流目前濒危珍稀鱼类已绝迹，也极少见到冷水性鱼类。整个流域内未建设过鱼设施，对鱼类洄游和种群交流产生阻隔，提出了补建和新建过鱼设施，必要时开展增殖放流的措施。建议对没有预留生态流量的拦河建筑物进行改造或者利用现有设施泄放生态流量，对预留生态流量的调整水库调度方案保证其下泄流量满足不同时间、空间鱼类生存需求。

河流；纵向连通性；鱼类生境；阻隔系数法；松花江流域

松花江流域水系发育，河流、湖泊、水库、沼泽众多，水域广阔，生态系统类型复杂，水生生物资源和生物多样性极为丰富，有北方冷水性鱼类，还有列入《中国濒危动物红皮书》(1990年)的日本七鳃鳗、雷氏七鳃鳗、达氏鳇、施氏鲟、哲罗鱼、细鳞鲑、怀头鲶、乌苏里白鲑等[1]。然而，目前一些鱼类自然分布区域逐渐缩小，种群下降，濒危程度加剧。如施氏鲟，据记载，在松花江干流都有分布，上游在三岔河也有分布，现今只在松花江中下游偶尔出现；大马哈鱼20世纪五六十年代可以洄游到松花江中上游，目前仅上溯到同江段。哲罗鱼、细鳞鲑、怀头鲶、黑龙江茴鱼等鱼类现如今只分布在松花江流域支流的上游区域，中下游及干流很少出现。

影响鱼类分布和资源量的因素很多，包括水库大坝的阻隔、鱼类捕捞、水质污染、生态环境变化等。其中，水利工程的阻隔是导致鱼类生境萎缩、资源量下降的重要原因。水利工程的阻隔，导致河流纵向连接不畅通甚至不连通，使得一些洄游性的鱼类无法跨越大坝洄游至上游完成其生活史。目前，关于水库大坝等水利工程对鱼类洄游的阻隔研究仅停留在单一工程、定性的描述，很少有累积、定量的研究与评价，如何定量评价水利工程对鱼类洄游产生的影响成为水利、水环境和水生态研究的重点和难点。

河湖水系连通是新时期治水新方略，相关理论技术研究正处于探索阶段[2-13]。总结相关研究，本文将河湖水系连通性在空间层面分为纵向连通性、横向连通性和垂向连通性。纵向连通性不仅包括水流的连续性，还包括生物学过程的连续性。纵向连通性受到两种因素的影响：①连通河段的长度，如连通河段足够长，能满足鱼类生存所需的生境，则河流的纵向连通性较好；②河湖连通的质量，不同的拦河建筑物对河道的阻隔时间和程度不同，对水文情势的改变不同，对连通性影响不同。

本文从流域河流层面，采用阻隔系数法，评价河流纵向连通性，进而揭示水利工程对鱼类洄游通道的累积影响程度，以期为水利发展、水环境健康和水生态平衡提供技术支撑。

1 数据与方法

1.1 松花江流域水利工程建设情况

松花江流域位于我国的东北部，是我国七大流域之一。流域水利水电工程开发较晚，日伪时期(20世纪三四十年代)在第二松花江中游修建了小丰满水电站，第一次把第二松花江分成上下两段。1949年后随着社会经济的发展，人工修建了大量的水库、闸坝、堤防、渠系与灌区等水利工程[14]，这些水利工程和自然演进过程中形成的江河、湖泊、湿地等水体构建了新的水力联系。松花江流域主要干支流河流长度及水利工程统计见表1。

目前，松花江流域内的水库数量由20世纪50年代的30座增加到2 356座，水库的总库容也由112亿m3增加至518亿m3(图1)，整个流域1990—2010年水库总库容增长迅速。松花江流域内共有水电站(非水库型水电站)为132座，装机容量共计4 662万kW。流域内为了灌溉以及城市段景观用水，建设了橡胶坝、节制闸等拦水工程，共计662个。这些闸坝雍高水位，形成水位落差，对鱼类洄游造成阻隔，对上下游鱼类的交流产生不利影响。

图1 松花江流域水库库容增长曲线

流域河流河长/km灌溉拦河坝城市段景观拦河坝水电站水库嫩江嫩 江1370北部引嫩渠首坝3个城市拦河坝尼尔基水库甘 河446甘河橡胶坝诺敏河467查哈阳灌区渠首泄洪闸雅鲁河398古里金灌区节制闸、成吉思汗红光灌区节制闸龙宝发电站绰尔河576绰勒水库洮儿河553巴达仍贵枢纽节制闸、义勒力特节制闸察尔森水库霍林河590霍林郭勒市城区段防洪工程1～9号橡胶坝讷谟尔河688讷全渠首拦河闸、红太渠首拦河闸山口水库乌裕尔河587灌区渠首橡胶坝、依安县乌裕尔河拦河闸红卫水库、东升水库第二松花江第二松花江958龙城水电站红石水库、白山水库、红石水库、丰满水库、哈达山水库伊通河342范家灌区管理所拦河闸、寿山水库灌区向前拦河闸马哨口拦河闸、小板桥橡胶坝、自由拦河闸、兴华拦河闸、四化拦河闸新立城水库饮马河(不含伊通河)386灌区7个橡胶坝,九台市太平桥橡胶坝黄河水库、石头口门水库辉发河289季家拦河闸、海龙橡胶坝、湾龙橡胶坝、合胜橡胶坝、团结橡胶坝、黑山头橡胶坝、永胜橡胶坝松花江干流松花江939哈尔滨城区坝2个大顶子山水电站呼兰河523河口水电站拉林河244金马干渠橡胶坝向阳水电站、小河里水电站磨盘山水库、龙凤山水库蚂蚁河341方正县灌区渠首溢流坝尚志市蚂蚁河橡胶坝牡丹江726大湾拦河闸敦化市2个橡胶坝丹江水电站、黑石二级水电站、黑石三级水电站、镜泊湖新厂发电站、镜泊湖老厂发电站、阿堡电站、红卫发电站、红农发电站、渤海发电站、石头电站、牡丹江市三间房水电站、晨光发电厂上石水库、上沟水库、红石水库、西崴子水库、黑石水库、莲花水库倭肯河450倭肯渠首闸、解放坝泄洪闸、大鲜拦河闸、龙梦闸凤凰山水库、安兴水库、桃山水库汤旺河509永久节制闸前进社区橡胶坝庆丰电站、永久水电站、小云峰水电站

1.2 松花江流域保护性鱼类习性、特点

历史上松花江流域鱼类种类繁多，上游以出产名贵的冷水性鱼类著名，下游有经济价值很高的大马哈鱼和日本七鳃鳗洄游，鲤科等鱼类在松花江流域生长迅速，大量出产在中游各地。

松花江流域冷水性鱼类多种多样，有10科16属19种，占松花江水系鱼类总种数的30.65%[17]。其中有溯河洄游型的大马哈鱼和日本七鳃鳗，有经济价值的冷水性鱼类有大马哈鱼、黑斑狗鱼、江鳕、银鱼、池沼公鱼、乌苏里白鲑、哲罗鱼、雅罗鱼等8种。属于我国珍稀种的有大马哈鱼、江鳕、乌苏里白鲑、日本七鳃鳗等4种。

冷水性鱼类多生活在上游的山涧溪流、湖泊和海拔较高的地区，可以在水温很低的水体中生长发育。随生活水域环境温度变化，有明显的季节性迁徙，在江河的深水区越冬，初春结冻时即上溯洄游。不同的冷水鱼的产卵期不同，分布在全年的各月。

大马哈鱼在秋季沿黑龙江溯河上游至松花江流域产卵，受精卵在冰下低温水域孵化，翌年2—3月孵出，至5月开始降海洄游，然后远海栖息生活3～5年达性成熟时溯河，回归原繁殖河流产卵。日本七鳃鳗从鱼卵到幼鱼开始在松花江生活四五年后变态下海，在海洋中生活2年后，秋季由海洋进入江河，在江河下游越冬，翌年5—6月溯至上游产卵繁殖。

中游分布有产黏性卵和产漂流性卵的鱼类，具有江湖半洄游性，一般生活在江河、湖泊等水域，性成熟个体在江河流水中产卵，冬季则在干流或湖泊的深水处越冬。产卵一般在4—7月。产黏性卵和漂流性卵的鱼类产卵均需一定流速的水流刺激。而对于产漂流性卵的鱼类，鱼苗的孵化过程需要一定的水流速度，如草鱼等，其漂流距离需达几十千米才能孵化成鱼苗。但是当流速减小到一定程度后，鱼卵便会沉到江底腐烂，不能孵化成鱼苗。

1.3 研究方法

河流纵向连通性受到连通河段长度和阻隔程度的影响。连通河段长度越长对鱼类等水生生物的生存越有利，阻隔程度越小对鱼类的洄游、迁徙越有利。因此，采用阻隔系数法计算单位长度河道所受的完全阻隔系数，系数越大表明阻隔越大，系数越小表明阻隔越小，越适合鱼类生存。其数学表达式可以表述为

(1)

式中：Cj为第j段河流的纵向连通性指数；n为拦河坝的种类数量；Ni为第i种拦河坝的数量；ai为第i种的拦河坝(城市段滚水坝、水库、水电站、渠首坝等)对应的阻隔系数；Lj为河流的长度。

闸坝等水利工程对鱼类的影响主要表现在两个方面，一是改变水文情势，二是对鱼类洄游产生阻隔。水文情势变化包括流量、流速、洪水出现时间等的变化，这些对于鱼类生境会产生很大的影响。当流速降到很低时鱼类无法产卵，漂流性卵的孵化需要一定的距离，当闸坝太多时，两坝之间距离过短，鱼类还未孵化就进入库区，因库区流速太小而使鱼卵沉底，无法孵化。

不同的拦河建筑物对鱼类的阻隔程度、时间不同，相应的对鱼类洄游造成的影响也不同。水库、水电站由于高坝的建设，如果没有建设过鱼设施，会阻隔所有鱼类的洄游，例如松花江干流上大顶子山水库与水电站的建成，对大马哈鱼和日本七鳃鳗的洄游造成了严重的阻隔，完全切断了大马哈鱼和日本七鳃鳗洄游至大顶子山大坝以上产卵场的洄游通道；嫩江的尼尔基水库的建设，几乎完全阻断了嫩江上游冷水性鱼与嫩江干流之间的交流，上游的冷水性鱼只能到达尼尔基水库越冬，而尼尔基水库以下的冷水性鱼因水库大坝的阻隔无法洄游至上游冷水区生长繁殖，冷水性鱼类因下游温度高而无法生存，导致冷水性鱼的生境缩小。松嫩平原是我国的主要农业产区，灌区众多，拦河取水的现象很多，一般为橡胶坝，坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝顶，控制上游水位。灌区取水基本只是在5—9月份，而其他月份通过放气或放水等将坝顶调低，河流基本连通；而且灌区拦河坝的高度较低，一些大型的鱼类可以越过拦河坝进入上游完成生活史。一些城市段的景观拦河坝，为了城市的景观全年拦河，但是其坝顶较低，某些大型鱼类可以跳跃过去。另外，有一些拦河坝也建设了鱼梯、鱼道等过鱼设施，可以保证一些鱼类洄游。基于以上分析，确定闸坝阻隔系数ai取值(表2)。

表2 闸坝阻隔系数取值

根据《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》(水总环移[2010]248号)、全国主要河湖水生态保护与修复规划、全国水资源保护规划等已有成果，针对水流连续河流，结合流域实际，确定纵向连通性等级的评价阈值标准：阻隔系数小于0.1为优，0.1～0.5为良，0.5～0.8为中，0.8～1.2为差，大于1.2为劣。

纵向连通性指标评价阈值标准是针对不断流河流的，如果是经常出现断流的河流则纵向连通性评价等级直接定义为劣。

2 结果与分析

根据现场调查、资料收集、遥感解译等方法，统计了松花江流域嫩江、第二松花江、松花江干流等主要干流及一级支流河流拦河闸坝等建设情况。在此基础上采用阻隔系数法，对松花江流域内主要河流纵向连通性进行计算并评价，评价结果见表3和图2。从表3和图2可知：

a. 在众多的水利工程中均未建设过鱼设施，对鱼类洄游、种群交流产生阻隔。建议新建拦河建筑物时要考虑鱼类洄游的实际情况，保留满足鱼类生存的生态基流，并且修建过鱼设施，必要时开展增殖放流。对于纵向连通性较差的河段，现有拦河建筑物没有过鱼设施的，建议补建过鱼设施；对没有预留生态流量的拦河建筑物进行改造或者利用现有设施泄放生态流量；对预留生态流量的调整水库调度方案保证其下泄流量满足不同时间、空间鱼类生存需求。

表3 松花江流域主要河流纵向连通性评价

图2 松花江流域主要干支流纵向连通性评价等级分布

b. 流域北部开发利用程度低，河湖连通性较好，而流域的南部开发利用程度高，河湖连通性差。松花江流域的3条干流中，松花江干流纵向连通性指数为0.21，连通性最好；嫩江连通性指数为0.27，连通性其次；第二松花江连通性指数为0.62，连通性较差。从连通性评价等级看，松干和嫩江纵向连通性为良，二松为中等。

c. 嫩江流域河流纵向连通性总体较好，因地处大小兴安岭山区，人口稀少，水利工程建设对河流纵向连通性影响较小，河流纵向连通性评价等级为良。嫩江尼尔基水库建成以前，嫩江上游分布有冷水性鱼类产卵场，中下游分布有冷水性鱼类的索饵场、越冬场。但是，尼尔基水库建成后，由于大坝阻隔，嫩江上游冷水性鱼类无法洄游至坝下索饵、越冬，洄游通道受阻，冷水性鱼类适栖生境减少。目前嫩江尼尔基水库以下支流中，仅有诺敏河开发程度低，拦河建筑物少，基本能保持自然的生态系统，是冷水性鱼与嫩江尼尔基以下河段交流的唯一通道，建议维持天然的纵向连通性。而洮儿河、霍林河、乌裕尔河等支流位于嫩江下游，受人类开发活动影响，河流沿岸为农田灌区，流域水资源开发利用率高，河流呈断流状态，水利工程建设加剧阻隔了河流的连通性，其纵向连通性评价等级为劣。

d. 第二松花江流域城镇密集，人类活动频繁，已建丰满、白山、红石、新立城、石头口门等多项大中型水库、水电站工程，河流纵向连通性总体较差。尤其在支流伊通河和饮马河，因灌区拦河坝、城市滚水坝、橡胶坝、拦河闸等建设，造成河流渠化、片断化明显，鱼类洄游受阻，河道纵向连通性受到严重破坏。历史上，第二松花江流域河流鱼类多为产漂流性卵的鱼类。对于产漂浮性卵的鱼类来说，鱼类繁殖需要一定的水流速度。如草鱼，其漂流性卵需要在江面上漂浮几十公里才能孵化成鱼苗。但是当流速减小到一定程度后，鱼卵便会沉到江底腐烂，不能孵化成鱼苗。第二松花江由于丰满、白山、红石水库及哈达山大坝的阻隔导致流速降低，鱼卵漂流时间过短，青鱼等的天然产量已大为减少，青鱼、草鱼、鲢等产漂流性卵鱼类的产卵场消失。

e. 松花江干流河流较长，目前，干流上除大顶子山航电枢纽、哈尔滨市城区滚水坝外，尚未有其他拦河设施，河流纵向连通性尚可。但是由于大顶子山航电枢纽的建设，给鱼类资源带来了极大的影响，严重破坏了鱼类的生长、繁殖、育肥、洄游环境，阻断了鱼类洄游通道；阻断了鲢鱼产卵群体由下游向位于松花江上游肇源、涝洲鲢鱼的产卵场繁殖的洄游通道，使涝洲江段鲢鱼的产卵场失去其生态功能；阻断了大马哈鱼、日本七鳃鳗等鱼类洄游通道，使得大马哈鱼、日本七鳃鳗等在大顶子山水电站上游基本消失。支流牡丹江、拉林河受梯级水电站开发影响，河流纵向连通性受阻严重，其评价等级为劣。支流倭肯河、汤旺河受河流沿岸灌区渠首闸坝、水库及水电站建设影响，纵向连通性处于较差状态。这些支流目前濒危珍稀鱼类已绝迹，也极少见到冷水性鱼类。

f. 松花江流域内共有2 386座水库，132座水电站，其中干流和主要一级支流上有水库25座、水电站21座，显然，绝大多数的水库、水电站分布于二级及以上支流中。因此，二级及以上支流受阻隔程度更高，河湖连通性更差。河湖连通性优劣顺序为：干流、一级支流、二级及以上支流。

3 结 语

本文采用阻隔系数法较准确、系统地从流域层面评价了松花江流域主要干支流的纵向连通性及对鱼类生境的影响。该方法不仅简单、快捷，还能够宏观、定量评价水库大坝等拦河建筑物对鱼类洄游通道累积的环境影响。评价结果简便可靠，可为水利规划、水环境治理和水生态恢复措施的制定提供技术支撑和决策依据，具有实际使用价值。

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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

水利部公益性行业科研专项(201401014)

吕军(1964—)，女，教授级高级工程师，主要从事水资源保护研究。E-mail：752726319@qq.com

汪雪格,高级工程师，博士。E-mail：m13504314997@163.com

TV213.4

A

1004-6933(2017)06-0155-06

2017-04-21 编辑：徐 娟)