姚斯洋,李昕禹,2,劉成林,柳 波,張 靜,*,況衛(wèi)明

1 南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,南昌 330031

2 南昌大學(xué)際鑾書院,南昌 330031

3 江西水利職業(yè)學(xué)院,南昌 330013

有“候鳥王國”之美稱的鄱陽湖現(xiàn)為亞洲最大的候鳥越冬地[1- 3]。2003年以后,鄱陽湖出現(xiàn)了枯水期提前和枯水位持續(xù)時間延長的現(xiàn)象[4- 5],這種濕地水文節(jié)律的改變導(dǎo)致部分水鳥賴以為食的特定水生植被衰退,從而使有效的覓食地面積減小。針對上述鄱陽湖枯水期提前的問題,江西省提出了為“一湖清水”——鄱陽湖水利樞紐(簡稱樞紐)建設(shè)的提議,以提高鄱陽湖枯水期水資源和水環(huán)境承載能力。在2013年6月江西省樞紐建設(shè)辦公室初步擬定了樞紐規(guī)劃調(diào)度方案[6],每逢豐水期(約3—9月)樞紐不控水,保持全開；枯水期(約10月—翌年3月)樞紐下閘欄水,根據(jù)當(dāng)年實際水情對湖區(qū)水位進(jìn)行動態(tài)調(diào)控。

樞紐的實施對濕地生態(tài)尤其是候鳥可能產(chǎn)生的潛在影響,逐漸成為了國際的焦點[7]。郭恢財?shù)萚8]定性分析了樞紐對候鳥棲息地造成的影響,賴格英與王鵬等[9- 10]單方面地分析了這些影響。但是,在目前的研究中,鮮有定量、全面地進(jìn)行樞紐對候鳥棲息地造成影響的研究。

眾學(xué)者為量化人工控水措施對濕地生態(tài)、水文等方面影響展開過許多研究[11- 12],如：Li[11]等利用RS技術(shù)與線性模型量化水位與濕地景觀之間的關(guān)系,評估了長江至淮河調(diào)水工程對菜籽湖候鳥可利用棲息地面積的影響,發(fā)現(xiàn)50%以上的草地和泥潭將會因調(diào)水工程的運營而消失。但是,對于濕地候鳥而言,上述研究僅考慮了它們選擇棲息地的單一因素,而候鳥選擇棲息地考慮的因素往往是多樣的[13]。近些年來,學(xué)者們利用3S技術(shù),通過建立水鳥棲息地適宜性模型來定量評估其生境質(zhì)量的探討已經(jīng)逐漸成為熱點[14- 15],其中棲息地適宜性被定義為環(huán)境為野生動物提供適當(dāng)條件的能力[15]。有學(xué)者[15-18]通過量化研究水鳥棲息地的多種特征,選擇影響水鳥選擇棲息地的關(guān)鍵指標(biāo),運用3S技術(shù)構(gòu)建棲息地適宜性模型,生成棲息地適宜性分布圖取得了較好的效果。如Tang等[15]根據(jù)越冬雁類(如：小天鵝、白額雁(Anseralbifrons)等)的習(xí)性選取了歸一化植被指數(shù)(NDVI)、景觀分類、水源密度等評價指標(biāo),建立越冬雁類棲息地適宜性評價模型,探究了土地利用變化對其越冬棲息地適宜性的影響。因此,可以通過構(gòu)建適宜性評價模型來定量全面地研究樞紐對越冬候鳥的棲息地的影響問題。但是,由于樞紐興建后鄱陽湖的水情是未知的,構(gòu)建樞紐興建后的適宜性評價模型成為了難點。

近年來,隨著數(shù)值模擬技術(shù)[19-22]的發(fā)展,可通過數(shù)值模擬技術(shù)來得出樞紐興建后鄱陽湖的水情[9-10],從而計算樞紐興建后的棲息地適宜性。本文根據(jù)鄱陽湖食塊莖代表鳥類白鶴、白枕鶴、小天鵝選擇棲息地的特點,利用3S技術(shù)在GIS平臺上搭建了棲息地適宜性模型,并結(jié)合二維水動力模型,在樞紐建設(shè)辦公室在2017年5月20日提出的工程規(guī)劃調(diào)度方案[23]的基礎(chǔ)上,評估了樞紐興建前、后,湖泊食塊莖鳥類棲息地的適宜性,定量分析擬建樞紐對食塊莖鳥類棲息地面積造成的影響,揭示擬建鄱陽湖水利工程樞紐對食塊莖鳥類棲息地適宜性的相互作用關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖是個過水性的吞吐型湖泊,是中國的第一大淡水湖泊,且其蓄水容積懸殊極大,豐水季節(jié)呈現(xiàn)湖泊狀態(tài),枯水季節(jié)呈現(xiàn)河流狀態(tài),由此形成了“高水是湖,低水似河”的奇特景觀,如圖1。在鄱陽湖主湖區(qū)內(nèi)共設(shè)有7個主要水文站,其中星子站(圖1)由于處于鄱陽湖入江主河道的瓶頸處,其水位常被研究學(xué)者當(dāng)做反映鄱陽湖整體水位高低的代表[1, 8- 10],豐水期鄱陽湖一片汪洋,當(dāng)星子水位低于14.5 m時,碟形湖開始依次顯露(碟形湖是鄱陽湖盆區(qū)內(nèi)枯水季節(jié)顯現(xiàn)的碟形洼地,由于其春季孕育了大面積的濕地植被與底棲動物,為候鳥提供了優(yōu)越的生境[24])；當(dāng)星子水位降到10 m左右時,碟形湖全部露出與主湖沒有了聯(lián)系,由此標(biāo)志鄱陽湖進(jìn)入枯水期[25]。鄱陽湖于10月份左右進(jìn)入枯水期,鄱陽湖中十分豐富的部分底棲動物以及沉水植被(如苦草(Vallisnerianatans)等)開始露出并達(dá)到食塊莖鳥類(如白鶴等)的取食條件,且部分灘涂植被(如苔草(Carexspp.)等)是食草鳥類(如白額雁)的主要食物。因此,越冬候鳥在此時相繼到來,當(dāng)次年的3月左右時長江中下游地區(qū)進(jìn)入雨季,鄱陽湖的水位緩慢上漲,越冬候鳥在此時陸續(xù)離開。

圖1 鄱陽湖豐水期與枯水期遙感圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1地形與水文數(shù)據(jù)

用于建模與水深計算的數(shù)據(jù)來自于2010年柵格分辨率5 m×5 m的實測DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)；用于設(shè)置模型邊界條件與驗證模型的水文數(shù)據(jù)分別來自于“五河七口”7個水文站與湖區(qū)內(nèi)5個水文站的實測數(shù)據(jù)(時間為1970—2010年)。

1.2.2遙感影像與土地分類數(shù)據(jù)

圖1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于選取的兩景LandSat遙感影像數(shù)據(jù)(來源網(wǎng)址為http://earthexplorer.usgs.gov/),時間分別為2010- 12-08(星子水位6.25 m,黃海高程,下同)、2010- 10-05(星子水位13.38 m)；用于進(jìn)行景觀分類、植被覆蓋度估算和水深計算的數(shù)據(jù)來自于五景LandSat遙感影像數(shù)據(jù),時間分別為1999- 12-02(星子水位9.75 m)、2006- 11-03(星子水位8.08 m)、2007-03- 27(星子水位9.07 m)、2010- 12-08(星子水位6.25 m)、2013- 11- 22(星子水位7.12 m),選擇理由在下文中(1.4.2)提及；用于計算人類活動距離的土地分類數(shù)據(jù)來自于2010年江西省土地利用矢量數(shù)據(jù)。

1.3 二維水動力模型

1.3.1水動力模型的建立

鄱陽湖屬寬淺型湖泊,水體垂向混合狀況較好[25],鄱陽湖岸線曲折復(fù)雜,地形空間變異較大,針對以上特點,選擇基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的Mike 21 模型[26-27]。該計算模塊原理基于不可壓縮的雷諾Navier-Stokes平均方程沿水深積分的連續(xù)方程和動量方程[28],描述平面二維水流的連續(xù)方程和動量方程見式(1)和式(2)。

連續(xù)方程：

(1)

動量方程：

(2)

湖泊地形的建立基于2010 年實測數(shù)字高程(DEM)數(shù)據(jù),采用非結(jié)構(gòu)化的三角形網(wǎng)格,并對與地形變化較大的河道區(qū)域與區(qū)域內(nèi)碟形湖進(jìn)行網(wǎng)格加密,湖泊邊界根據(jù)豐水期遙感影像以及現(xiàn)修建的提防確定,最終構(gòu)建的地形文件網(wǎng)格數(shù)為206970,節(jié)點數(shù)為106475。模型的入流條件來自“五河”實測的流量過程線,模型的下游開邊界條件為湖口水位過程線。為了保持入流與出流的水量平衡,本文根據(jù)賴格英等[10]的研究,將入流流量數(shù)據(jù)乘了一個比例系數(shù)為 1.15,使在一個模擬的水文周期中,“五河”入流量大致等于湖口水文站的出流量,模型概化如圖2所示。糙率根據(jù)地形特點采用空間變化的糙率場,由主河道的0.018過渡至植被區(qū)域的0.028[27]。

圖2 模型概化圖

1.3.2典型年的選取和樞紐興建后水動力的模擬

考慮到地形數(shù)據(jù)的時效性,又考慮到數(shù)據(jù)的可對比性(星子水位在調(diào)度時間內(nèi)變幅較大(圖3)),因此本文選擇2010年作為典型年來進(jìn)行樞紐調(diào)度模擬。考慮到候鳥越冬的時間、水動力模型的預(yù)熱期,故把有樞紐情景模擬時間設(shè)在當(dāng)年的8月初至次年3月初,調(diào)度水位按照樞紐建設(shè)辦公室最新提出的工程規(guī)劃調(diào)度方案設(shè)定,如圖3。

圖3 擬建樞紐調(diào)度水位與2010年冬季星子水位

由于鄱陽湖湖口處的水位受長江干流流量的影響較大[29],故本文構(gòu)建鄱陽湖有擬建樞紐狀態(tài)下的水動力模型是將“五河”來流過程及湖口實測水位過程分別作為總體模型的進(jìn)、出口邊界條件,但是由于Mike21內(nèi)置建筑物設(shè)置不能滿足樞紐的水位調(diào)度要求,根據(jù)以往研究[9-10],在樞紐處加設(shè)一開邊界來控制樞紐的水位進(jìn)行調(diào)度,但利用此種方法不能很好的模擬工程選址下游區(qū)域的水情?？紤]到樞紐實際蓄水過程中的閘上、下水位差,把模型以樞紐選址位置為中心,分為南、北兩塊區(qū)域,南區(qū)域面積為2846.1 km2,用來模擬樞紐上游水情,北區(qū)域面積為160.9 km2,用來模擬樞紐下游水情,并提取一個計算周期內(nèi)南區(qū)域樞紐處的流量,把它作為北區(qū)域的進(jìn)口邊界條件,由此來模擬擬建樞紐下游水情。

1.4 適宜性評價模型

1.4.1評價指標(biāo)的選取與計算

指標(biāo)的選?。?/p>

根據(jù)先前對鄱陽湖主要食塊莖鳥類白鶴、小天鵝和白枕鶴的研究[30-32],將影響鄱陽湖食塊莖鳥類選擇棲息地的主要指標(biāo)定為：C1景觀分類、C2水深、C3植被覆蓋度、C4人類活動距離、C5保護(hù)區(qū)等級,具體選擇理由如下。

濕地景觀的不同,食塊莖鳥類食物豐富度也存在著不同,因此濕地景觀分類被選作代表食塊莖鳥類的食物豐富度的評價指標(biāo)[1]；食塊莖鳥類需要一個適當(dāng)?shù)乃顏頋M足其生境要求[33],故水深是影響食塊莖鳥類棲息的重要條件,雖然不同食塊莖鳥類對具體水深要求存在著不同(如,白枕鶴筑巢和覓食水深為5—25 cm,白鶴的覓食以及夜憩水深為20—30 cm,小天鵝的覓食水深為30—70 cm[33-35]),但是大體水深要求還是處于一個相近的范圍,因此本文按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來劃分；鄱陽湖枯水期豐富的植被為鳥類提供了隱蔽和休憩場所,對越冬鳥類的生存起到至關(guān)重要的作用,因此植被覆蓋度被選取為一個重要評價指標(biāo)[36]；鳥類在選擇棲息地時,往往遠(yuǎn)離人口密集的城鎮(zhèn)、居住地和道路,因此人類活動距離是影響候鳥棲息的關(guān)鍵因素之一[31-32,36]；近年來,政府相關(guān)部門為了減小人類對鄱陽湖鳥類的干擾,在鄱陽湖湖區(qū)內(nèi)劃分了2個國家級,1個省級,2個縣級候鳥自然保護(hù)區(qū),對保護(hù)鳥類起到了關(guān)鍵作用,因此自然保護(hù)區(qū)等級也被選為本文的評價指標(biāo)之一[31-32]。以上評價指標(biāo)分別被分為四類,依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)如下表1。

表1 評價因子的分類

樞紐興建前指標(biāo)的計算：

各景LandSat 遙感影像在ENVI 內(nèi)進(jìn)行校正、拼接等處理后,進(jìn)行監(jiān)督分類和NDVI計算,以得到景觀分類指標(biāo)C1和計算植被覆蓋度指標(biāo)C3所需的NDVI數(shù)據(jù),其中植被覆蓋指標(biāo)利用NDVI對植被覆蓋度進(jìn)行估算[39]。用于計算人類活動距離指標(biāo)C4的數(shù)據(jù)來自與江西省2010年的土地分類數(shù)據(jù)在ArcGIS軟件中進(jìn)行歐氏距離(Euclidean distance)計算的結(jié)果數(shù)據(jù)；保護(hù)區(qū)級別指標(biāo)C5數(shù)據(jù)根據(jù)文獻(xiàn)[37]整理出。其中景觀分類指標(biāo)與保護(hù)區(qū)級別指標(biāo)的量化是分別將各適宜級別的區(qū)域由低到高依次賦值為0、1、3、5；水深指標(biāo)C2計算的步驟為,提取景觀分類完成結(jié)果內(nèi)水體景觀,并轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù),利用2010年實測DEM(5 m×5 m)數(shù)據(jù)切割出水面線高程并進(jìn)行插值得到水面高程,再利用得到的水面高程與DEM數(shù)據(jù)作差,從而得到所需水深指標(biāo)。

其中,植被覆蓋計算公式為：

(3)

式中,F為整個區(qū)域的植被覆蓋度,NDVIsoil為累計頻率為5%的NDVI,NDVIveg為累計頻率為95%的NDVI。

樞紐興建后指標(biāo)的計算：

樞紐修建后的水深指標(biāo)C2直接通過所建二維水動力模型的模擬結(jié)果提取,人類活動距離指標(biāo)C4、保護(hù)區(qū)等級指標(biāo)C5則與樞紐修建前保持一致。由于樞紐修建后的景觀分類指標(biāo)C1和植被覆蓋指標(biāo)C3是需要遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來提取的,但目前還不存在這樣的遙感圖像。因此,樞紐修建后的C1和C3指標(biāo)通過以下方式獲得：

對于南部區(qū)域(從五條河流的入口到樞紐),利用相應(yīng)的水動力模型模擬樞紐修建后的水情去校正樞紐修建前的景觀分類結(jié)果和植被覆蓋結(jié)果。對于景觀分類結(jié)果,主要利用水動力模型模擬樞紐修建后的水深去校正相應(yīng)樞紐修建前的景觀分類結(jié)果中深水與淺水區(qū)域。對于植被覆蓋結(jié)果,基于樞紐修建前的植被覆蓋結(jié)果,根據(jù)水動力模型模擬樞紐修建后的水面將相應(yīng)有水的區(qū)域賦值為0,其他則不變；

對于北部區(qū)域(從樞紐的位置到湖口站),在水動力模型中,提取樞紐修建前、后的水位過程作比較,發(fā)現(xiàn)水位過程中相差并不大。因此,把樞紐修建前的評價指標(biāo)當(dāng)做樞紐修建后的評價指標(biāo)來參與計算。

1.4.2不同水位的典型日期與遙感影像的選取

由于樞紐建成后對星子水位會產(chǎn)生較大影響,對鄱陽湖食塊莖鳥類棲息地進(jìn)行定量分析時不能單獨考慮水位變化,還要考慮樞紐的調(diào)度時間。由圖3得,當(dāng)擬建樞紐建成后其調(diào)度水位在9—1至12—1變化幅度較大,而在12—1至次年3—1則相對穩(wěn)定,故選擇12—1至次年3—1進(jìn)行面積變化分析。綜上所述,以無擬建樞紐下星子水位為參考標(biāo)準(zhǔn),在擬建樞紐調(diào)度水位穩(wěn)定時期,尋找星子水位分別為由低向高變化相對應(yīng)的典型日期。最終選擇的日期為2010- 12-08(代表水位6 m)、2010- 12- 15(代表水位7 m)、2010- 12- 16(代表水位8 m)、2010- 12- 18(代表水位9 m)、2010- 12- 23(代表水位9.8 m),又考慮到數(shù)據(jù)的可及性,若上述選擇的日期的遙感影像無法獲取,則利用星子水位一致的影像替代(文中1.2)。

1.4.3數(shù)據(jù)歸一化處理與適宜性計算

其中各指標(biāo)通過計算得到原始值之后通過下列公式進(jìn)行歸一化處理,以消除量綱的差異。

對于正向指標(biāo)采用,

(4)

對于負(fù)向指標(biāo)采用,

(5)

式中,Aij為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值,Xij為第i年的第j個指標(biāo)的原始值,minXij和maxXij分別為第j個指標(biāo)中的最小值和最大值。

(6)

式中,HSI是棲息地適宜性；wi和fi是評估指標(biāo)i的權(quán)重和值；n是評估指標(biāo)的數(shù)量。

2 結(jié)果

2.1 二維水動力模型驗證結(jié)果

分別利用湖區(qū)內(nèi)的五個站點(星子、都昌、康山、龍口、棠蔭)的2010年水位過程線對模型進(jìn)行驗證。根據(jù)表2可得,其中水位相對誤差均在0.09—0.40 m之間,N-S系數(shù)在0.898—0.992之間,其中星子、唐蔭、龍口、都昌四站模擬結(jié)果相對較好,N-S系數(shù)達(dá)0.975以上,但是康山站枯水期誤差較大(可達(dá)1—2 m),因此進(jìn)一步分析造成此誤差的原因：康山大堤修筑取土,從而導(dǎo)致康山站附近局部地形多變,現(xiàn)有模型網(wǎng)格的分辨率未能很好地反映康山站附近的實際地形變化情況,在地形插值后,原有的深窄主槽受周邊較高灘地的影響,地形被抬高,從而水位升高,影響了模型的計算結(jié)果；而通過實地調(diào)查與咨詢相關(guān)專家得知,康山站枯水期水位監(jiān)測由于條件限制,多由人工觀測記錄,因此導(dǎo)致康山站枯水期實測水位記錄水位存在一定的誤差。本文的驗證結(jié)果顯示模擬誤差在一個較可接受范圍內(nèi),表明所建立的鄱陽湖水動力模型較好地模擬了鄱陽湖的水情。

表2 模型驗證結(jié)果

2.2 擬建樞紐對食塊莖鳥類棲息地適宜性影響

根據(jù)1.4中的計算步驟,先利用RS與GIS技術(shù)計算樞紐興建前的各個評價指標(biāo),再在ArcGIS平臺上通過式(6)得到樞紐興建前的適宜性；再利用二維水動力模型模擬的樞紐興建后的水情結(jié)合樞紐興建前的各個指標(biāo),通過式(6)得到樞紐興建后的適宜性。根據(jù)此方法,依次分別計算各個水位下(6—9.8 m)鄱陽湖在有、無樞紐下的適宜性,最后得到最終結(jié)果如圖4和表3所示。

表3 不同星子水位下,有、無擬建樞紐食塊莖鳥類棲息地適宜性分布

圖4 不同星子水位下,有、無擬建樞紐食塊莖鳥類棲息地適宜性分布

樞紐運行前,鄱陽湖動態(tài)水位下食塊莖鳥類生境類型變化較不明顯。在星子水位為6.25 m時,食塊莖鳥類適宜生境分布最為廣泛,面積為1455.18 km2,占研究區(qū)總面積的48.39%,在各級自然保護(hù)區(qū)中均有分布,不適宜生境主要包括深水湖泊以及河流。當(dāng)水位持續(xù)升高時,適宜生境分布范圍有所減小,但是總體分布仍然集中在各級自然保護(hù)區(qū)當(dāng)中。當(dāng)水位達(dá)到9.00 m時,食塊莖鳥類適宜生境面積減小為999.62 km2,占研究區(qū)總面積的33.24%,北部省級自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了部分較不適宜的生境斑塊。樞紐運行后,鄱陽湖動態(tài)水位下食塊莖鳥類生境類型變化較明顯。在星子水位為6.25 m時,食塊莖鳥類適宜生境分布最為廣泛,面積為1183.83 km2,占研究區(qū)總面積的39.37%,在各級自然保護(hù)區(qū)中均有分布,不適宜生境主要包括深水湖泊、河流以及樞紐選址處至都昌站區(qū)域。當(dāng)星子水位持續(xù)升高,食塊莖鳥類適宜生境分布持續(xù)減小,其水位上升至8 m左右時,縣級和南部省級自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了明顯的較不適宜生境,當(dāng)其水位上升至9.8 m時,食塊莖鳥類適宜生境面積減小為777.86 km2,占研究區(qū)總面積的25.87%。

從表3結(jié)果可得,不同星子水位下,從有、無樞紐食塊莖鳥類生境變化情況來看,隨著星子水位的動態(tài)增加,適宜性在較不適合級增加的比例均集中在5%—10%,適宜性在不適合級增加的比例集中在7%—13%。由圖4可知,當(dāng)樞紐運行時,在樞紐選址處至都昌站附近不適合級區(qū)域顯著增加,在縣級自然保護(hù)區(qū)和省級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的較不適合級區(qū)域顯著增加,且隨著水位的升高,這些區(qū)域的分布隨之?dāng)U大,而國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的適宜性受樞紐影響較小。因此,樞紐的運行對國家級自然保護(hù)區(qū)影響較小,對省級自然保護(hù)區(qū)和縣級自然保護(hù)區(qū)影響較大,分析其原因：這些不適合級增加較多的區(qū)域均處于鄱陽湖主河道周邊,樞紐的運行將不可避免地抬高主河道的水位,使這些區(qū)域的水深增加,植被覆蓋減小,從而達(dá)不到湖泊候鳥棲息所需要的條件,因此這些不適合級區(qū)域增加較大。據(jù)表3又可得,當(dāng)星子水位處于6—9.8 m時,因樞紐的運行減少的鄱陽湖主湖區(qū)內(nèi)適合食塊莖鳥類棲息的面積(適宜性為適合級加較適合級)均集中在500 km2左右。

3 討論

鄱陽湖是典型的過水性吞吐型湖泊,水位呈現(xiàn)著明顯的季節(jié)性變化[24]。劉成林等[1]把水陸過渡帶以及其擺動地帶作為候鳥棲息地,對鄱陽湖的水位變化對候鳥棲息地的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測和分析,發(fā)現(xiàn)水位越高鳥類的生存空間越小。每年九至十月,即鳥類越冬前期,此時由于大多數(shù)鳥類在遷徙途中且此時鄱陽湖水位較高,星子水位大約在15 m左右波動,適宜鳥類覓食的草洲尚未出露,淺水區(qū)的面積也相對較小,尚不能為已經(jīng)到達(dá)的水鳥提供良好的覓食和棲息環(huán)境[33],因此此時湖區(qū)食塊莖鳥類較少,此時樞紐調(diào)度水位為14—15 m,故樞紐對此時越冬的食塊莖鳥類棲息影響不大。在十一月左右,星子水位下降至10 m左右時,碟形湖與主湖區(qū)沒有直接的聯(lián)系,形成孤立的水域,碟形湖周邊更多的泥灘地外露,此內(nèi)水陸過渡帶面積越來越大,泥灘和草洲漸漸出露[34],各種食塊莖鳥類紛紛到此覓食和棲息,調(diào)控水位為11—12 m。12月—翌年3月份,星子水位逐步下降至6 m左右且各碟形湖水位也逐步下降[40],此時,碟形湖內(nèi)以苦草、黑藻(Hydrillaverticillata) 、馬來眼子菜為代表的沉水植被帶達(dá)到白鶴等食塊莖鳥類的適宜覓食水深范圍,大量鳥類集中覓食[34],此時樞紐的調(diào)度水位由10 m逐步下降至9.5 m。根據(jù)本文結(jié)果,在這段時間內(nèi),因樞紐運行而減少的適合和較適合食塊莖鳥類棲息的面積均集中在500 km2左右,這些區(qū)域主要分布在省級以及縣級自然保護(hù)區(qū)。而在這段時間內(nèi)的大部分時間,食塊莖鳥類基本集中于碟形湖內(nèi)棲息[40- 41],故此時樞紐對食塊莖鳥類的棲息無較大影響。當(dāng)時間至翌年2月份左右鳥類越冬后期時,隨著食塊莖鳥類的不斷挖掘,碟形湖內(nèi)食物減少,食塊莖鳥類的覓食地點轉(zhuǎn)移至主湖區(qū)的淺灘中[34],此時樞紐將對食塊莖鳥類棲息產(chǎn)生較大影響。

王鵬等[8]認(rèn)為樞紐對國家級候鳥自然保護(hù)區(qū)影響較小,郭恢財?shù)萚9]認(rèn)為樞紐將對省級自然保護(hù)區(qū)造成較大影響,保護(hù)區(qū)約50%的面積較受其嚴(yán)重的影響,這與本文的結(jié)果基本一致,但是根據(jù)本文結(jié)果,縣級候鳥自然保護(hù)區(qū)也將受樞紐較大的影響。分析其原因：本文選取水動力模型的日期大多數(shù)與遙感影像的日期不一致,水動力模型選擇的時刻多數(shù)處在鄱陽湖的漲水時段,與遙感影像的時刻相比,雖然星子水位一致,但是五河來水較多,而縣級自然保護(hù)區(qū)距離五河入水口較近,因此結(jié)果放大了樞紐對縣級自然保護(hù)區(qū)的影響。根據(jù)圖4可得,北部的省級自然保護(hù)區(qū)受樞紐影響最大,當(dāng)星子水位分別為：6、7、8、9、9.8 m時,其將因樞紐的運行分別減小適合食塊莖鳥類的棲息地面積為：18.01、26.49、33.80、39.80、32.79 km2。從濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)角度,樞紐如何控制湖區(qū)水位成為最為關(guān)鍵的問題[42],由本文的結(jié)果來看,此水位調(diào)度方案雖對湖泊塊莖鳥類越冬前期棲息產(chǎn)生的影響較小,但仍然會犧牲一部分越冬后期適合塊莖鳥類棲息的區(qū)域,因此樞紐可執(zhí)行動態(tài)調(diào)度方案,如：當(dāng)湖泊內(nèi)鳥類較多時加快湖泊的水位下降速度,以產(chǎn)生更加廣闊適合候鳥棲息的區(qū)域,減小鳥類過多聚集時搶食造成的危害及傳染病的風(fēng)險。

近年來,由于全球氣候變化與人類經(jīng)濟(jì)活動引發(fā)的江湖關(guān)系演變等共同影響,鄱陽湖枯水期延長,水環(huán)境與水資源承載力明顯不足,已嚴(yán)重威脅到鄱陽湖濕地生態(tài)安全[5]。食塊莖鳥類主要以挖掘的方式覓食,枯水期延長導(dǎo)致的灘洲暴露時間過長會導(dǎo)致土壤變硬,從而阻礙食塊莖鳥類覓食,而樞紐能改變水位的季節(jié)性變化,改善濕地土壤水分條件,提升濕地土壤水的深度、土壤含水量,從而對食塊莖鳥類產(chǎn)生正面影響。另一方面,樞紐還可以增加湖泊水體容量,擴(kuò)大食塊莖鳥類的賴以為生的沉水植被(如：苦草等)的生長范圍,從而增加食塊莖鳥類的食物豐富度。

4 結(jié)論與展望

本文綜合利用適宜性評估模型和水動力模型,分別進(jìn)行了鄱陽湖在有、無擬建樞紐狀態(tài)下的食塊莖鳥類棲息地適宜性計算,通過比較鄱陽湖在有、無擬建樞紐狀態(tài)下的食塊莖鳥類棲息地適宜性,得出以下結(jié)論：

(1)樞紐選址處至都昌站的食塊莖鳥類棲息地適宜性受樞紐的負(fù)面影響最為顯著,各級自然保護(hù)區(qū)之中,北部省級候鳥自然保護(hù)區(qū)受其負(fù)面影響最大,此保護(hù)區(qū)將減少18.01—39.80 km2適合食塊莖鳥類棲息的面積。但是樞紐的運行能增加湖泊土壤水含量,使食塊莖鳥類更易于覓食,且能增加湖泊水體容量,從而增加喜食塊莖鳥類的食物豐富度。

(2)樞紐的調(diào)度規(guī)則具有一定的科學(xué)性,水位調(diào)度方案雖對湖泊越冬初期食塊莖鳥類棲息產(chǎn)生的影響較小,但會犧牲一部分越冬后期適合食塊莖鳥類棲息的區(qū)域,因此樞紐可執(zhí)行動態(tài)調(diào)度方案,如：當(dāng)?shù)魏?nèi)鳥類轉(zhuǎn)向主湖區(qū)覓食時加快湖泊的水位下降速度,以產(chǎn)生更加廣闊的適合候鳥棲息的區(qū)域,減小鳥類過多聚集時搶食造成的危害及傳染病的風(fēng)險。

(3)樞紐的運行將會使湖泊淹沒要素發(fā)生改變,從而影響湖泊內(nèi)景觀和植被覆蓋,本文方法并未對水域外的這些影響進(jìn)行充分考慮,因此本文研究具有一定的誤差性,而樞紐對湖泊內(nèi)植被影響可成為今后研究重點。