陳永昌
(佛山市水利水電建筑設(shè)計有限公司,廣東 佛山 528000)
根據(jù)文獻[1],中國沿海有1 500多條江河入海,注入渤海、黃海、東海和南海近岸海域的總徑流量18 823億m3,流域總面積454萬km2。入海河流流域面積占全國外流河流域總面積的83.3%,總徑流量占全國外流河總徑流量的76.2%。入海江河不僅徑流量大,含沙量也大。黃河、長江、珠江、遼河等大中型河流,每年攜帶泥沙入海量約20億t。在河流作用下,近岸海域形成了許多河口灣、瀉湖和三角洲。據(jù)估計,全國沿海每年淤漲成陸的面積為2.6~3.3萬hm2。入海河流為近岸海域輸送了大量低鹽水、營養(yǎng)鹽和礦物質(zhì),形成了獨特的河口類型的海洋生態(tài)系統(tǒng)。從河口區(qū)生物的生態(tài)類型看,珠江口是以熱帶、亞熱帶種為主,游泳生物以暖水性種為主。長江口和黃河口則是以廣布種和溫帶種為主,游泳生物以暖溫性種為主。
1)長江口:長江徑流挾帶大量泥沙和大量的營養(yǎng)物質(zhì)進入河口區(qū),在海陸相互作用下淡水種群、半咸水種群和海洋種群在河口區(qū)內(nèi)都有發(fā)現(xiàn),形成豐富的生物資源。根據(jù)2004年對長江口海域的基礎(chǔ)生物資源進行監(jiān)測表明:浮游植物當(dāng)年8月份有139種,浮游動物當(dāng)年8月份為91種,中小型浮游動物的數(shù)量在河口附近水域較高,主要優(yōu)勢種有針刺擬哲水蚤等。大型浮游動物種類數(shù)量較高的區(qū)域位于長江沖淡水以外的海域,主要優(yōu)勢種為中華哲水蚤、五角水母、真刺唇角水蚤。另外,鑒定底棲生物146種。長江口四周灘涂還擁有較豐富的沼澤植被,有蘆葦、白茅、獐草、海三梭草、柳葉等植被群落。大量泥沙淤積而成的大片灘涂濕地還是亞太地區(qū)候鳥遷徙時補充能量和越冬的理想之地,具有豐富鳥類資源。灘涂濕地還是城市發(fā)展重要的后備土地資源,近50年來上海通過數(shù)次大規(guī)模的圍墾,共計圈圍灘涂土地8.43萬hm2,使上海的地面積擴大了14%。
2)黃河口:黃河口作為世界珍稀鳥類的重要保護地,以及陸域、江河與海洋生態(tài)系統(tǒng)交匯的敏感區(qū)域,生態(tài)問題十分突出。[4]黃河口作為東北亞內(nèi)陸和環(huán)太平洋西岸鳥類遷徙的重要中轉(zhuǎn)、越冬和繁殖地,有鳥類272種。水生動物641種,屬國家一、二級保護的9種;有植物393種,屬國家重點保護的野大豆8 000 hm2,天然草場51 000 hm2,天然檉柳林8 100 hm2,人工刺槐林12 000 hm2。另外還有5種保護獸類。這里被稱為地球暖溫帶地區(qū)保存最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)。在某種意義上講,維持河口天然淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展,是保護河口濕地生物多樣性水平和保護生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ),也是保障河口濕地生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定平衡的最重要環(huán)節(jié)。
3)珠江口:該區(qū)域主要河流由北江、西江、東江和珠江三角洲諸河,水系年徑流量約3 360億m3,形成河流交錯的三角洲。珠江口三角洲四周水生生物資源豐富,記錄有淡水魚類313種,其中珠江特有魚類有103種,是重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。該區(qū)氣候為熱帶、亞熱帶氣候。底棲生物種類繁多,超過700種(潮間帶)。另外,在深圳惠東縣大亞灣四周,有以綠海龜占多數(shù)的海龜重要產(chǎn)卵場。珠江口水域也是中國中華白海豚分布最密集和擁有資源數(shù)量最多的區(qū)域。
1)鹽度。河口環(huán)境的一個重要特點是鹽度的周期性和季節(jié)性變化。鹽度的變化取決于淡水的流入量。一般的情況下,河口區(qū)表層水鹽度較低,底層水鹽度較高。漲潮時水的鹽度升高,退潮時水的鹽度下降。在雨季,水的鹽度近于淡水,在旱季則近于海水。鹽度的季節(jié)變化還與蒸發(fā)有關(guān)。
2)底質(zhì)。粉砂和軟泥是河口區(qū)底質(zhì)最常見的類型,底泥富含有機碎屑,它們主要來源于河流和潮上帶的一些植物(溫帶以水草和蘆葦為主,熱帶以紅樹為主)。這些有機碎屑可作為河口生物的重要食物來源。體積小的顆粒其表面積相對來說比較大,這意味著細(xì)菌有非常大的棲息場所。因此河口底質(zhì)中的細(xì)菌數(shù)量也很多。
3)溫度。河口區(qū)水溫也是不斷變化的,這種變化比近海和外洋大得多,特別是在中高緯度區(qū),主要原因是河口的水容量較小,而表面積卻比較大。一般說,河口水溫在冬季低于海水,在夏季則高于海水。表層水比底層水溫度變化范圍大。
4)波浪作用和水流。河口三面被陸地包圍,波浪較小,是個較平靜的區(qū)域。河口區(qū)的水流主要受由潮汐產(chǎn)生的海潮和入海河流的影響。大部分河口區(qū)有淡水的連續(xù)注人,與海水進行不同程度的混合,某給定體積的淡水從河口排出的時間稱為沖洗時間。這個時間同時可作為河口系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個測度。較長時間的沖洗對維持河口浮游生物是很重要的。
5)混濁度。由于河水帶來大量泥沙,所以河口區(qū)水的透明度小,光線透入水層的深度不及其他海域。特別是在有大量河水注入的時期,透明度下降,浮游植物和底棲植物的光合作用率隨之下降。在混濁度很高時,浮游植物的產(chǎn)量能達(dá)到可忽略不計的程度。
6)氧。河口經(jīng)常不斷地有淡水和海水流人,加上水淺、濁度高和風(fēng)的混合作用,所以水體中的氧非常充分。因為氧在水中的溶解度隨著溫度和鹽度的增高而降低,故水中的氧量也會隨著這些參數(shù)的變化而發(fā)生變化。底質(zhì)中嚴(yán)重缺氧,而淤泥中有機物含量高和細(xì)菌數(shù)量多則需要消耗大量的氧。但是,淤泥中有大量的蟹類和多毛類等穴居和潛居動物,它們的活動會給底表沉積層充氧。
7)河口沉積。在河口水體中,鹽水和淡水的混合,使懸浮物質(zhì)絮凝而沉降,河口泥沙發(fā)生強烈的淤積。另外,細(xì)顆粒物質(zhì)受海洋生物的作用而聚集成團,也促使河口泥沙的沉積。沉積率同沉積物的顆粒直徑有關(guān)。粗顆粒的沉降率隨顆粒直徑的平方根而變化。
8)河口有機物循環(huán)。淡水流到河口,帶來了陸地或城市排放的各種無機和有機物質(zhì),死亡的有機物為細(xì)菌和其他異養(yǎng)性的微生物所分解,釋放出的無機營養(yǎng)物又被綠色植物所重新利用。濾食性動物過濾微生物或植物,肉食性動物又吞食這些濾食性動物,于是,伴隨著能量從日光到生物體的單向流動,營養(yǎng)物質(zhì)在環(huán)境與生物之間的循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中不斷地往復(fù)進行。
9)河口污染。由于河流承受城市工業(yè)排放的污染,各種工農(nóng)業(yè)污染物,如農(nóng)藥、油污、重金屬離子等。它們隨同淡水下降,一部分隨泥沙沉積在河口、一部分入海擴散,污染嚴(yán)重時河口生物常受損害。例如氮的排放可形成河口高度富營養(yǎng)水,促使一些鞭毛蟲類和硅藻過度繁殖造成河口赤潮現(xiàn)象,直接危害河口貝類、魚類等。一些重金屬離子和農(nóng)藥也常在河口養(yǎng)殖對象體內(nèi)富集為害。工業(yè)熱污染以及放射性污染則造成特殊問題。
河口生物在鹽度適應(yīng)方面存在較大的差異,這影響它們在河口區(qū)的分布。河口生物可劃分為:①貧鹽性種類,適應(yīng)在5.0的鹽度以下生活,因此僅見于河口內(nèi)段,接近正常淡水環(huán)境。②低鹽度種類,適應(yīng)在15~32.0的鹽度下生活。如鹽沼紅樹林、淺水海草群落、偏頂蛤、藍(lán)蛤等軟體動物和甲殼動物。③廣鹽性海洋種,適應(yīng)在26~34.0的鹽度下生活,適應(yīng)幅度較大,可分布在河口,也可見于外海。④狹鹽性海洋種,適應(yīng)在33.0~34.5的鹽度范圍生活,隨著外海高鹽水的入侵,偶見于河口區(qū)或季節(jié)性地分布到河口。河口水溫隨緯度而異。適于在低溫生活的種類,在高溫季節(jié)種群數(shù)量最低,甚至以休眠或包囊形式度過不利條件。反之,適應(yīng)高溫生活的種類在低溫季節(jié)常產(chǎn)休眠卵,以度過不良環(huán)境因此。
對于一些回游類生物,對徑流的變化十分敏感。一方面,入海徑流攜帶了大量營養(yǎng)物質(zhì),為水生生物提供了食物,如果徑流量減小及攜帶泥沙能力下降,引起河口營養(yǎng)物質(zhì)濃度發(fā)生變化,將影響生物的發(fā)育。另外如果徑流量減小,沖淡水與海水的交匯區(qū)上移,沖淡水的面積變小,水生生物的生活空間將被壓縮?;灿涡汪~類的產(chǎn)卵、肥育還與水量、水流速有直接的關(guān)系,通常河流漲水、洪水持續(xù)時間長,將促進徊游魚類的性成熟,產(chǎn)卵的數(shù)量增加。上游一系列水利工程的調(diào)節(jié)作用,使河水的季節(jié)變化趨于平緩,徊游魚類的正常生活習(xí)性受到影響。以長江口為例,近年來長江口主要經(jīng)濟魚類資源嚴(yán)重衰退,漁類資源出現(xiàn)小型化、幼齡化的趨勢,大型徊游型魚類所占比例下降?;灿涡汪~類最有名的是中華鱘,上世紀(jì)70年代葛洲壩大壩建成后它就失去了徊游金沙江的水路,其他引起關(guān)注的還有大鯢、江豚、白鱘等。
河口生物對水質(zhì)惡化反映強烈。根據(jù)長江水利委員會的調(diào)查,由于長江大部分水域均已受到不同程度的污染,部分江段及支流富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重。工業(yè)污水、城市污水的過量排放及污染事故的頻繁發(fā)生,造成餌料生物大量死亡,部分水生生物產(chǎn)卵和索餌場所被破壞,水生生物得不到有效補充,致使水域生產(chǎn)力不斷下降,水生生物總量減少,水域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。污染對浮游生物、底棲生物等多種魚類餌料生物造成嚴(yán)重危害。河口生物多樣性的指數(shù)明顯降低,生物物種減少。
我國在主要的流域均進行了水資源的開發(fā)利用,如在干流和支流上已建和在建的許多大大小小的水利工程,其中重大水利工程,如三峽、南水北調(diào)、小浪底等水利樞紐,它們的存在顯著改變了流域的水、沙動態(tài),改變營養(yǎng)物質(zhì)的輸移特征,直接影響到下游河道的水文、水環(huán)境條件以及遠(yuǎn)離工程的河口生態(tài)環(huán)境。以黃河口為例,[5]根據(jù)《2003年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報?重點河口生態(tài)環(huán)境狀況》表明:黃河河口區(qū)表層海水的最高鹽度已達(dá)34.2,與1959年同期相比,增加了約25%,黃河淡水輸入量的逐年減少,是導(dǎo)致該區(qū)域海水鹽度增加的主要原因。下面將從水文泥沙條件、咸潮入侵、河口區(qū)水質(zhì)、河口濕地和生物多樣性等5大方面說明重大水利工程對河口區(qū)環(huán)境的影響。
為了防洪、灌溉、發(fā)電等需要,我國河流上建有各種類型的水壩近85 000座。重大水利工程建設(shè)后,將顯著改變河流的徑流量和其原有的季節(jié)分配,如三峽水庫建成以后,每年下泄的年水量變化不大,但徑流的季節(jié)分配發(fā)生很大變化。南水北調(diào)工程東、中、西三線調(diào)水總規(guī)模約400億m3/a左右,相當(dāng)于長江年徑流量的4%。加上流域一系列的引水工程及航道整治工程的實施及疊加的影響,將直接引起河口水文情勢的變化。另外,受筑壩建庫、截流攔沙的影響,近20年全國河流入海泥沙從20億t/a減至7~8億t/a,導(dǎo)致三角洲海岸侵蝕加劇,沿海土地資源破壞性喪失,具有重要生態(tài)功能的濱海濕地減少約50%,海堤防御能力降低,風(fēng)暴潮災(zāi)害加重。[6]據(jù)1951—2000年共50年長江下游大通水文站觀測資料,平均輸沙量為4.32億t/a,其中上世紀(jì)50—80年代平均輸沙量為4.68億t/a,而90年代年均值為3.52億t/a,減少了約25%。由于長江入海泥沙以細(xì)顆粒物質(zhì)為主,入海泥沙數(shù)量減少了,含沙量也出現(xiàn)明顯的降低。大通站50—80年代的平均含沙量0.48~0.55 kg/m3,而90年代年平均含沙量僅為0.36 kg/m3。[7]黃河過去的年輸沙量平均為12億t,素以多沙稱著于世的黃河在1960年由于三門峽水庫截流出現(xiàn)第一次斷流之后,自1972年起在人類活動的影響下,黃河下游斷流日趨嚴(yán)重。黃河的斷流導(dǎo)致入海泥沙銳減,近幾年的黃河來沙僅相當(dāng)于50年代的1/60,2000年黃河入海泥沙不到2 000萬t。含沙量的降低使得河口有機物質(zhì)吸附的載體減少,進入河口區(qū)的營養(yǎng)鹽減少,必然會引起河口生態(tài)和水質(zhì)發(fā)生變化。
河口咸潮入侵,又稱海水倒灌,海水沿河上溯,咸潮人侵河道,并污染地下水,灘地土壤發(fā)生鹽漬化,是海洋災(zāi)害之一。重大水利工程的攔蓄作用,使流域中下游和河口的水量明顯減少,將加重咸潮入侵的災(zāi)害,表現(xiàn)在咸潮入侵出現(xiàn)的時間提前,出現(xiàn)的時間延長,海水倒灌的距離加大,江水中氯化物濃度升高。
據(jù)水利部珠江水利委員會的統(tǒng)計,近20年來珠三角地區(qū)曾發(fā)生過5次嚴(yán)重咸潮,其中3次發(fā)生在最近3年的冬春季節(jié),咸潮影響時間和范圍不斷擴大,對珠三角地區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市供水、生態(tài)環(huán)境等造成了嚴(yán)重影響。每當(dāng)咸潮上溯時,企業(yè)用水咸度猛增,為防設(shè)備被腐蝕,企業(yè)被迫停產(chǎn),有的生產(chǎn)設(shè)備來不及關(guān)閉,遭嚴(yán)重?fù)p毀,只能長時間停產(chǎn)。根據(jù)中國生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,生活飲用水氯化物含量必須低于250 mg/L,但咸潮上溯時珠三角各城市水源氯化物含量長時間保持高濃度,部分水廠被迫關(guān)閉,居民飲用水受到威脅。2005年底至2006年初,特大咸潮再襲擊珠三角,珠海、澳門累計無法正常取水達(dá)48 d,聯(lián)石灣水閘含氯度最高時達(dá)7 130 mg/L,磨刀門水道廣昌泵站含氯度最高達(dá)10 000 mg/L,分別是國家標(biāo)準(zhǔn)的28.5倍和40倍,成為有記錄以來最嚴(yán)重的情況。
河流將大量化學(xué)物質(zhì)輸入河口區(qū),包括河水中溶解物質(zhì)、懸浮顆粒物質(zhì)等。根據(jù)E.D.Goldberg研究數(shù)據(jù)表明,從陸地輸送到海洋的物質(zhì),每年約為250億t,其中約有210億t(84%)是經(jīng)河口進入海洋的。就一些重金屬進入海洋的通量來看,銀、鈷、鉻等各有90%以上是通過河口進入的,鎘、銅、汞各約50%由河口輸入,而鋅、鉛、鎳則較多地通過大氣輸送到海洋,總之,進入海洋的化學(xué)物質(zhì),絕大部分通過河口。近年來我國河流、湖泊水污染加劇,直接原因是工農(nóng)業(yè)污染排放造成的,但與重大水利工程及中小型水利工程實施也不無關(guān)系。各大流域從50年代以來,先后修建的以發(fā)電、灌溉、防洪為目的的大中型水利工程,雖然促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展,但因此水文情勢也發(fā)生了變化。上游對水量的人為調(diào)節(jié),大大損害了河流自然凈化的功能。水體中高濃度的懸沙吸附了大量污染物,如重金屬、有機物,其中的一部分隨徑流和潮流人海,另一部分逐漸沉積下來。重大水利工程建成以后,徑流的季節(jié)分配明顯改變,人海泥沙量將減少,靠泥沙吸附污染物向外海輸送或沉積于河口底泥中的能力將減弱。
濕地是生物繁衍的重要場所,也為人類拓展生存空間提供后備土地資源,濕地還是污染物進人水體之前的最后一道防線,能夠通過土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列作用,降低進人水體中的有機質(zhì)、懸浮物和氮、磷的含量。建壩蓄水導(dǎo)致河流攜帶泥沙能力下降,導(dǎo)致三角洲從淤積型向侵蝕型轉(zhuǎn)化,海岸線蝕退,再加上灘涂圍墾,造成濕地逐漸萎縮。80年代以前,黃河三角洲原生濕地總面積約4 500 km2,80年代以后,隨著黃河斷流的不斷加劇、下泄泥沙的銳減,黃河三角洲原生濕地不僅其生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能正面臨新的挑戰(zhàn)和嚴(yán)重威脅,而且受海水侵蝕大面積后退,潮間帶濕地范圍減少,潮下帶普遍刷低,總面積已經(jīng)不足1 570 km2。據(jù)遙感調(diào)查資料顯示,近20年來黃河口淡水濕地的面積已萎縮約70%,自然保護區(qū)的生物量損失超過55%。流域濕地生態(tài)系統(tǒng)的破壞,減弱了其對氮磷營養(yǎng)成分的消化能力及對有機物的吸附、截留和分解能力,是河口水體質(zhì)量惡化的原因之一。
生物多樣性的變化是河口環(huán)境改變的直觀反映。重大水利工程實施,由于上游蓄水和引水造成的河流徑流量減少、季節(jié)分配變化而使水體營養(yǎng)物質(zhì)輸移能力和水體自凈能力受到影響。上游建壩蓄水以后,洪水的消除或洪泛次數(shù)減少削弱了河流與濕地之間的聯(lián)系,濕地逐漸減少,甚至大面積喪失,生物食物鏈中斷,生物多樣性和生產(chǎn)力下降。據(jù)長江口生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀特征及修復(fù)工程研究,至1983年以來,長江口水生生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,物種明顯減少,國家保護物種,如中華鱘、白暨豚、胭脂魚等幾乎滅絕,經(jīng)濟水產(chǎn)生物產(chǎn)量明顯下降。另外,[5]根據(jù)《2003年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報?重點河口生態(tài)環(huán)境狀況》表明:長江口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體穩(wěn)定,但始終處于不健康和亞健康之間的臨界狀態(tài)。長江口水體富營養(yǎng)化、氮磷比失衡嚴(yán)重,水體溶解氧含量呈下降趨勢,局部出現(xiàn)溶解氧低于2 mg/L的低氧區(qū)。部分生物體內(nèi)銅、鋅、砷、鎘和鉛含量偏高。長江口生物群落結(jié)構(gòu)狀況總體上較差,長江沖淡水區(qū)域生物群落結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定;長江口門以內(nèi)區(qū)域生物群落結(jié)構(gòu)趨于簡單,生物種類減少,生物多樣性降低;漁業(yè)生物資源衰退等生態(tài)問題嚴(yán)重。陸源排污、長江來水量不足、各類海洋海岸工程建設(shè)和灘涂圍墾等是威脅長江口生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素。
根據(jù)珠江水利委員會的資料,珠江流域已建成各類型水庫工程13 988座,總庫容706億m3,水電站總裝機容量950萬kW,占可開發(fā)量的34.3%。其中近年建成的規(guī)模較大的水利工程有飛來峽水利樞紐、長洲水利樞紐、巖灘水電站、龍灘水電站等。飛來峽水利樞紐工程水庫總庫容19.04億m3,多年平均年發(fā)電量5.54億kW·h;長洲水利樞紐工程水庫總庫容56億m3,每年可供電25.585億kW·h;巖灘水電站總庫容33.5億m3,年平均年發(fā)電量56.6億kW·h;最近建成的龍灘水電站年均發(fā)電量187億kW·h,總庫容273億m3。
大中型水利工程的修建除了能夠調(diào)節(jié)徑流分配外,還攔截水庫上游的大量泥沙,導(dǎo)致通過河道進入河口區(qū)的泥沙減少。含沙量的降低使得進入河口區(qū)的營養(yǎng)鹽減少,引起河口生態(tài)和水質(zhì)發(fā)生變化;由于上游水利工程的人為徑流調(diào)節(jié),導(dǎo)致下游河口處淡水供應(yīng)量的減少或季節(jié)分配產(chǎn)生變化,河口淡水補給的不足,造成了珠江三角洲濕地生境的功能和穩(wěn)定發(fā)育受到嚴(yán)重的影響與抑制,咸潮入侵加劇,致使河口濕地的典型生境遭到破壞,大量珍稀保護動物瀕臨滅絕,生物多樣性的保護面臨重大威脅;此外,隨著珠江三角洲經(jīng)濟的快速發(fā)展,整個珠三角成為了“世界制造中心”,珠江口海域卻成為我省污染最嚴(yán)重的海域,魚蝦減少,數(shù)萬漁民面臨生存困境,《2008年廣東省海洋環(huán)境質(zhì)量公報》顯示,2008年我省近岸未達(dá)到清潔海域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積約21 420 km2,比前一年增加650 km2。近岸污染海域面積為10 620 km2,比前一年增加1 310 km2。
自然狀態(tài)下的河口生態(tài)環(huán)境是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài),重大水利工程的建設(shè)以及人類在河口區(qū)的頻繁活動都在影響著河口生態(tài)。所以,要協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系,做到得失平衡,既要發(fā)揮重大水利工程在發(fā)電、航運、防洪、灌溉、供水等方面的巨大綜合效益,使之成為促進國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素,也要積極應(yīng)對由此引發(fā)的河口生態(tài)環(huán)境問題。
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