秋香江水电梯级开发对鱼类资源影响的调查研究

刘 洁，陈 兰，崔 科，张丽娟，刘协亭,李 歆，胡国成

(1.广东省社会科学院，广东 广州 510635；2.生态环境部华南环境科学研究所，广东 广州 510535；3.华南农业大学，广东 广州 510642；4.国家环境保护环境污染健康风险评价重点实验室,广东 广州 510535；5.广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510170)

水利水电开发会对水生态产生重要影响[1]。流域梯级开发的影响更为显著，流域梯级开发，对流域水生生态及相关联的陆生生态的完整性与稳定性、生态系统结构与功能、生物多样性等均会产生很复杂的、长期的不利影响[2]。鱼类作为水生态系统中的顶级群落，是水生态系统的主要组成部分。鱼类的多样性和群落结构在很大程度上能反映河流的健康状态，因此在维护生态平衡特别是保护水资源环境安全方面有着不可替代的作用[3]。崔磊[4]认为长江水电开发导致下游水文泥沙状况显著改变、库区回水区富营养化和库区干支流江段长江上游特有鱼类种类减少；洪欢[5]认为黄河源干流梯级水电开发对河流形态的改变、河流连通性变化、鱼类分布情况影响显著；张范平等[6]认为赣南地区小水电站对生态环境的影响主要是改变水生生物的生境条件的间接影响和对鱼类的产卵和繁殖产生直接影响两大类；李朝霞等[7]研究指出巴河干流上梯级水电站的建设会影响下游水生动植物种类及数量，尤其对鱼类的影响较为突出。中小河流水电开发对水生态的影响主要表现为对鱼类的影响，其中，最大影响就是破坏了鱼类适宜的栖息环境。鱼类的栖息环境是鱼类完成其生命周期所必需的水域范围和相关环境的总称，水域范围包括产卵场、育肥场、索饵场、越冬场以及洄游场通道等，相关环境要素是指水温、地形、流速、流量、河流地貌等。因此，研究中小河流鱼类资源，可以为因地制宜地制定符合该流域的生态友好型水电开发体系提供技术支撑，保障流域开发的协调性、完整性、可持续性[8]。广东省中小河流水能资源丰富，梯级电站是广东省中小河流水电开发的主要形式。因此，本文以广东省东江流域一级支流秋香江为研究对象，通过现场调查、采样分析，对秋香江的水质及鱼类生物的现状进行评价，并通过文献调研，与历史情况进行对比。

1 研究区域概况

秋香江是东江一级支流，发源于紫金县的黎头寨。流域跨河源、惠州两市，流经惠阳、惠东、紫金3市县，流域面积约1 670 km2，其中紫金县占95.9%。地势东高西低，流向自东向西南流，至紫金县古竹镇江口注入东江。干流全长144 km，河道平均坡降为1.11‰。秋香江流域建有梯级水电站共21座，含7座引水式电站、12座河床式电站、2座坝后式电站，其中，支流青溪河建有3座引水式电站、1座河床式电站(图1)。装机总容量为18 730 kW，多年平均总发电量为4 381万kW·h。秋香江流域的社会经济发展程度一般，除水电开发外，河流及沿岸无其他大规模、高强度的人类活动干扰源，因此，选择秋香江作为调查研究的对象，能够较好地体现中小河流水电梯级开发对于鱼类资源的影响。

图1 秋香江水电站分布

2 调查方法

2.1 地表水水质现状监测

2017年6月与2018年11月，秋香江采集地表水样本，每期1天，1天1次。地表水采集方法参照HJ/T 91—2002《地表水和污水监测技术规范》。现场监测指标包括：水温、pH值、DO值、电导率、透明度、海拔、坐标。理化分析指标包括：叶绿素a、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、BOD5、CODCr、悬浮物、高锰酸盐指数、粪大肠菌群、铜、镉、铅、六价铬。采集水样加固定剂密封保存后运回实验室以待分析。

2017年6月采样点分别位于秋香江上、中、下游的杨梅坳水电站(引水式)、深紫水电站(河床式)和凤凰水电站(河床式)和亚公角水电站(河床式)附近；2018年11月采样点位于深紫水电站、凤凰水电站和亚公角水电站上下游各200 m处(图2)。

图2 秋香江采样点

2.2 鱼类生物资源调查

鱼类调查时间为2017年5月至2018年4月，干流共设上、中、下游3个采样区域，同时在支流清溪河上设一个采样区域。

采用刺网、地笼等多种作业方式采集样品。将鱼类收集清洗后测量体长和体重，并用5%～10%甲醛溶液固定。

3 调查结果

3.1 地表水水质监测结果

丰水期监测结果表明：监测断面中除总氮、总磷、粪大肠菌群的单因子标准指数均大于1外，其余监测指标均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求。枯水期监测结果显示：各水电站监测断面中总氮、总磷的单因子标准指数均大于1，深紫水电站上游和下游中氨氮的单因子标准指数大于1，其余监测指标均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求。

秋香江监测断面总体水质基本满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求。但由于流域内的生活污染、农业污染，总磷、总氮和粪大肠菌群污染超出Ⅲ类水质要求。

值得注意的是，枯水期在3个水电站的上下游布点采样，结果显示：除位于中游城镇聚居点附近的深紫水电站外，其余2个水电站下游中总氮含量均低于上游，这可能源于下游水量增加而稀释河流中总氮的浓度或源于河流自净。因总氮主要源于生活污水的贡献，深紫水电站位于县城中央，上下游均有居民生活污水排放，深紫水电站下游河流中总氮含量没有得到削减。

3.2 鱼类资源现状评价

3.2.1评价方法

采用Jaccard’s相似性指数、相对重要性指数(index of relative importance，IRI)[9]指数对秋香江不同区段的鱼类进行比较及分析，对秋香江鱼类群落多样性变化采用分类学多样性指数[10]。

a)Jaccard’s相似性指数。以Jaccard’s相似性指数分析秋香江流域不同采样区域鱼类群落的相似性，公式如下：

I=j/(a+b-j)

(1)

式中I——Jaccard’s相似性指数；j——秋香江2个采样区域共有的鱼类种数；a——其中一江段的鱼类种数；b——另一江段的鱼类种数。

b)相对重要性指数(IRI)。流域内优势物种采用相对重要性指数(IRI)来确定：

IRI=(N%+W%)×F%×103

(2)

式中N%——某种类的鱼类的尾数占总渔获物尾数的百分比；W%——某种类的鱼类的总质量占总渔获物总质量的百分比；F%——某种类鱼类在调查的采样区域中出现的次数与总采样区域的数目的百分比。

本文将IRI≥100定义为优势种，100>IRI≥50之间定义为主要种，50>IRI>10为一般种，IRI≤10为偶见种。

c)分类学多样性指数。由于本次调查鱼类种数与数目偏少，所以采用分类学多样性指数来对秋香江鱼类多样性进行鉴定。所采用的2个分类学多样性指数为平均分类差异指数△+和分类差异变异指数∧+。平均分类差异指数公式如下：

△+=(ΣΣi

(3)

分类差异变异指数公式如下：

∧+=ΣΣi

(4)

平均分类差异指数△+表示在该鱼类群落中任意2个物种之间平均路径长度，∧+为与△+的偏离程度，也可看作是衡量物种之间分类关系均匀程度的一个指数(∧+越小，则可以认为表明群落物种之间的分类学关系越均匀)。其中，ωij为第i和j个种类在分类系统树中的路径长度，S为种类数，不同分类等级间加权路径长度的权重设置，见表1。本次调查的秋香江鱼类都为硬骨鱼类，所以将分类等级确定为目、科、属、种4个水平。平均分类差异指数△+和分类差异变异指数∧+采用PRIMER7.0软件中的TAXDTEST程序计算。

表1 各分类等级多样性权重值

变异指数越小，说明这个鱼类种群更均匀，相似度一致，多样性较差。

3.2.2评价结果

3.2.2.1Jaccard’s相似性指数

秋香江干流及支流采样区域采样结果如下：秋香江上游(华阳-县城段)共采得鱼类4目11科27属29种，中游(县城-九和段)共采得鱼类4目10科26属26种，下游(九和-东江口段)共采得鱼类5目10科33属34种；秋香江支流(青溪河)共采得鱼类5目13科34属35种，见表2。

从秋香江流域不同区段来看，上游与中游的相似性指数为0.41，中游与下游为0.40，上游与下游为0.31，秋香江干流上、中、下游与秋香江支流的相似性指数分别为：0.60、0.33、0.35，见表3。4个区段相似性指数差别较大，表示秋香江上、中、下游以及支流之间的鱼类的群落结构出现了较大的差异。其中秋香江上游与下游之间、中游与支流之间、下游与支流之间的鱼类种群结构有较大差距，干流中游与上、下游均有所差距，仅上游与支流之间表现为较为相似。

表2 秋香江鱼类组成名录

续表2 秋香江鱼类组成名录

续表2 秋香江鱼类组成名录

表3 秋香江鱼类相似性指数与共有种数

秋香江干流与支流(青溪河)之间的相似性指数见表3，秋香江干流与支流之间鱼类群落的Jaccard’s相似性指数在种级水平上为0.74，在属级水平上为0.81，在科级水平上为0.95，目级上水平上为1，与历史数据对比(表4)，秋香江干流和支流的相似度指数均下降。其中差异显著的为是鲿科鱼类，其次是原缨口鳅科以及斗鱼科鱼类。鲤科和鳅科鱼类在秋香江干流和支流之间无较大差异。

表4 秋香江现场调查与历史资料鱼类相似性指数

3.2.2.2相对重要性指数

在秋香江流域，鲤形目的鲤科和鳅科鱼类与鲇形目的胡子鲶科鱼类占据优势，鲤、鲫、尼罗罗非鱼、埃及革胡子鲶、泥鳅为秋香江流域的优势种。在这之中，尼罗罗非鱼和埃及革胡子鲶均为外来种，在历史资料中，这2种鱼为少见或无，本次调查中却成为了秋香江流域的优势种。而鲤、鲫可能是由增殖放流使得数量增加，而本地鱼类大多为一般种，由此可见秋香江流域鱼类的群落多样性正在逐渐下降。

3.2.2.3分类学多样性指数

秋香江现存鱼类种数远远少于历史数据，鱼类物种数目减少和分类多样性指数的变化可能与长期以来人类活动对秋香江的生境破坏导致的物种减少有关，特别是一些鲤科鱼类种类数急剧减少。秋香江流域分类学多样性指数见表5。

表5 秋香江鱼类分类学多样性指数

4 鱼类调查结果分析

根据《珠江鱼类志》[11]记载，秋香江历史存在鱼类数6目19科59属77种，本次调查采集的渔获物6目18科48属57种，鲤形目鱼类占总调查鱼类的70.2%，鲈形目占14.0%，鲇形目占8.8%，鱂形目占3.4%，合鳃目占比为1.8%，鳗鲡目占比1.8%，鱼类种数较历史数据急剧下降。在秋香江的上、中、下流以及支流，鱼类群落结构差距较大。现存的鱼类中，鲤、鲫、尼罗罗非鱼、埃及革胡子鲶以及部分鳅类为优势种，在秋香江干流各个区段和支流都分布较广。

本次秋香江调查鱼类与《广东淡水鱼类资源调查与研究》[12]上的历史数据相比，也存在较大差异，一些激流水体栖息类群与激流生境繁殖、适应静水生活类群未发现，如间、花、平鳍鳅、大部分鳅科鱼类等。究其原因，主要是由于近年来水电开发、环境污染、人类活动等因素导致。秋香江现存鱼类种数远远少于历史数据，鱼类物种数目减少和分类多样性指数的变化与长期以来人类活动对秋香江的生境破坏有关，特别是一些鲤科鱼类种类数急剧减少。

中小河流梯级水电的开发，能提高水资源的利用率，有利于防洪发电，灌溉农田，但对鱼类资源和生态环境影响巨大。许多调查报告表明，梯级水电工程建成后，当地河流径流量、水质、温度、河流底质、营养物质等因子均产生变化；崔科等[13]对韩江的淡水鱼类资源现状进行调查，由于韩江在上中下游修筑水利枢纽，造成洄游鱼类资源急剧衰退；广东东江流域，在梯级水电坝斜坡下，东江流域鱼类产卵场功能急剧退化[14]，坝上鱼类群落多样性等指数明显高于坝下[15]。

秋香江梯级水电建成后，使得秋香江干流片段化，形成了一连串的小水库群，严重影响了当地的水动力条件。在本次调查中发现一些适合急流底栖的鱼类逐渐减少，如：宽鳍鱲、平舟原缨口鳅、马口鱼、美丽小条鳅等；而一些适应缓流静水环境的鱼类，种群数量上升，成为了秋香江流域的优势种群。对于产漂流性卵的鱼类，如青鱼、草鱼、鲢、鳙等，水电开发对生境造成的破坏，使得这些鱼类没有合适的产卵场，即使有零星符合该鱼类产卵的生境，产下的卵也会因为没有充足的水动力条件，而沉入江底死亡。由于秋香江干流江段缺乏鱼类合适的栖息环境，鱼类的种类和数量都比历史记录少了许多，很难形成稳定的鱼类种群结构，鱼类多样性也随之降低。

5 结语

在各类环境因素对鱼类资源的影响中，人类活动的影响是最广泛的，而这种影响往往都是不可逆的。捕捞强度的增加、河流水电的开发、养殖业污染、生活污水以及外来物种入侵都是导致当地渔获量减少、鱼类多样性降低的因素。本文通过现状调查研究以及与历史资料对比发现，在水电梯级开发的中小河流，鱼类资源也受到了不可逆转的影响。增加中小河流水电梯级调度的研究，进行流域水能资源开发的总体规划以及对其进行环境影响评价与后评估，严格要求小水电站建设泄流设施并对其运行情况加强监管，都是保证河流生态需水量的有效且必要的措施；同时，对本土鱼类进行增殖放流，在减脱水河段采取补水措施、建设人工湿地等措施，也是保护中小河流鱼类资源的方式。根据鱼类洄游特性及水利水电工程特点，建设能够保障鱼类上下通行的鱼道，维护流域水生生态。过鱼设施的类型多样，为有效实施并保障鱼类能够顺利能通行。建设有针对性、确保有效的过鱼设施，是水利水电工程恢复以保护鱼类资源为主的水生生态需要深入研究的重要课题[16]。目前在广东省境内，珠江水系已完成多条鱼道的加建工作，包括与秋香江的生境相似的北江支流连江，可以考虑在充分研究工程可行性及成本效益的基础上，加建鱼道。