【精品論文】長江中游不同類型河道生態(tài)學(xué)意義分析.doc

精品論文長江中游不同類型河道生態(tài)學(xué)意義分析王遠(yuǎn)坤1，夏自強(qiáng)2（1. 南京大學(xué)地科院水科學(xué)系，南京 210064；52. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210098）摘要：河流形態(tài)的多樣性為河流水生生物提供了重要的棲息生境。本文將長江中游大致劃分 為順直型、彎曲型、分叉型和磯頭型四種河道類型，選擇典型斷面，采用定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合，分析了長江中游不同類型河段特征及其生態(tài)學(xué)意義。結(jié)果表明彎曲型、分叉型和10磯頭型的復(fù)雜河道橫斷面使得水流分布更具有多樣性，部分地解釋了四大家魚選擇這些河道 作為自然繁殖場所的原因。關(guān)鍵詞：環(huán)境水利；長江；河道類型；生態(tài)學(xué)意義；四大家魚中圖分類號(hào)：tv115ecological functions of different river patterns in the middle reach of the yangtze riverwang yuankun1, xia ziqiang2(1. department of hydrosciences, school of earth sciences and engineering, nanjing university, nanjing 210064;202. college of hydrology and water resources, hohai university, nanjing, 210098) abstract: in order to study the ecological functions of river morphology, the middle reaches of the yangtze river was divided into four types: straight-type, bending type, braided type and spur dike type. by the use of quantitative and qualitative analysis four typical regions were analyzed. the results show that cross-sections of bending type, braided type and spur dike type are complex,25which resulting in flow complexity. it can address the reason why the four major chinese carps select these reaches as habitats partly.key words: ecohydrology; yangtze river; river patterns; ecological function; four major chinese carps300引言自然界的河流在歷史過程中形成了多樣化的地貌。不同的自然地貌共同組成了復(fù)雜多變 的河流形態(tài)。河流形態(tài)的多樣性為河流水生生物提供了重要的棲息生境，如長江中游豐富的 河流生境為四大家魚等重要魚類提供了棲息、產(chǎn)卵場所。河流形態(tài)地貌的多樣性對(duì)河流生態(tài) 系統(tǒng)具有重要意義1-4。人類活動(dòng)，特別是水利工程的修建，在一定程度上改變了河道特征35及下游水文情勢(shì)，進(jìn)而影響了河流的生態(tài)系統(tǒng)。因此，評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響 須先了解天然河道的生態(tài)功能。本文定性與定量分析相結(jié)合分析不同類型河道典型斷面河流 的自然功能，以及現(xiàn)狀條件下不同類型河道生態(tài)學(xué)意義，以期為保護(hù)河流自然功能和重要生 物資源永續(xù)利用提供科學(xué)參考。1研究區(qū)域概況與方法40長江中游上起湖北宜昌南津關(guān)，下至江西湖口，全長 955 千米，約占長江總長度的 15%， 流域面積大約 68 萬平方千米。江面展寬，水流緩慢，河道彎曲，從藕池口至城陵磯的下荊 江河彎發(fā)育，素有“九曲回腸”之稱。這種天然的多變的河道類型為水生生物特別是魚類提供基金項(xiàng)目：教育部博士點(diǎn)新教師基金(20100091120059)作者簡介：王遠(yuǎn)坤，男，博士，講師，主要從事水文水資源與生態(tài)水利方向研究工作. e-mail:- 6 -了大量的棲息生存、繁衍空間。目前長江中游是青魚、草魚、鰱魚、鳙魚（簡稱四大家魚）的主要產(chǎn)卵地5。根據(jù)調(diào)查，長江中游干流從宜昌到城陵磯有四大家魚產(chǎn)卵場 11 處，產(chǎn)卵45規(guī)模約占全江總產(chǎn)量的 42.7%6。為了便于研究，將長江中游河段的平面形態(tài)大致分為順直 型、彎曲型、分汊型和磯頭型四種類型（圖 1）7，選擇四種不同類型的典型河段作為研究 對(duì)象。以現(xiàn)場調(diào)查資料為基礎(chǔ)，采用定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的分析方法。2結(jié)果分析與討論以現(xiàn)場實(shí)測(cè)資料對(duì)上述不同類型代表性斷面進(jìn)行分析，選擇典型斷面來自于長江中游宜50昌至城陵磯河段。此河段內(nèi)地形地貌具有明顯多樣性，具有大量的天然彎曲分汊河道。河道 地形橫斷面和水流資料為2000年8月31日至9月4日現(xiàn)場實(shí)測(cè)資料，同步的現(xiàn)場勘測(cè)資料有利 于對(duì)不同斷面做橫向?qū)Ρ?，消除了水文條件變化帶來的影響。55(a)順直型(b)分汊型(c)彎曲型60（1）順直型河道(d)磯頭型圖 1 長江中游河道平面類型fig.1 four types of reach in middle yangtze river65順直型河道穩(wěn)定的河勢(shì)以及單一的結(jié)構(gòu)，使河道中的水流速度較快，流速分布較為平順。順直型河段的斷面形狀大多為u型或v型，在流域上游的順直型河道橫斷面多為v型，中下 游地區(qū)的多為u型。圖2為長江順直河段代表性v型斷面。由圖可以看出，水深沿橫斷面變化較大，先有小 變大，河道中間最大，再由大變小，變化趨勢(shì)線明顯。在水位為44.41m條件下，最大水深為7025米左右，絕大部分區(qū)域水深均勻的分布在1-22m之間。河道狹窄，斷面水流流速比較大。706050 45.80 高程(m)403020100 200 400 600800起點(diǎn)距(m)圖 2 典型 v 型斷面fig 2. cross-section of v type6555高程(m)45 44.41 3525020040060080010001200起點(diǎn)距(m)75圖 3 典型 u 型斷面fig 3. cross-section of u type圖3為長江中游順直河段代表性u(píng)型斷面。從圖中可知，最大和最小水深相差不大，斷面水深變化較小。在水位為44.41m條件下，大部分區(qū)域水深在13-17m左右，河中間約為20m。 沿橫斷面方向地形變化較小使得流速分布比較均勻，不具有多樣性。80順直型水流將能量主要消耗于水體的向下游運(yùn)動(dòng)，對(duì)河岸的沖刷影響很小。水體順流而下，對(duì)河岸河道的改造作用較小，使得該種類型河段地貌空間異質(zhì)性較差。同時(shí)由于流速較 大使得水流中的營養(yǎng)物質(zhì)無法沉淀下來，隨水流流向下游。造成此類型河段水流中營養(yǎng)物質(zhì)含量較小，不適合河流水生生物生存，使得水域內(nèi)生物種類較少。由圖2和圖3可知，順直型 河段大多為深水區(qū)，淺水區(qū)較少，水體透明度總體底，不利于魚類和其他水生生物的生存。85（2）彎曲型河道 彎曲型河道斷面地形和水流條件明顯比順直型河道復(fù)雜。在水流的沖擊下，河道凹岸不斷被沖刷，長期沖刷的結(jié)果形成深坑，而凸岸不斷發(fā)生淤積，河床明顯被抬高。圖4所示為長江干流彎曲型河段代表性斷面示意圖。6050 44.36 高程(m)403020100 200400600800 1000 12001400起點(diǎn)距(m)9095100圖 4 長江彎曲型河道典型斷面fig 4. cross-section of bending type由圖4分析可知，沿橫斷面方向水深分布極不均勻，在凹岸處水深遠(yuǎn)大于其他位置。在 水位為44.36m條件下，最大水深達(dá)34m，而超過70%的斷面上水深在10m以下。這說明彎曲 型斷面河道水深具有明顯多樣性，同時(shí)具備深水區(qū)和淺水區(qū)。在凸岸的淺灘區(qū)，淺灘面積較大，水深較淺，光熱條件比較優(yōu)越，水體透明高，非常有利于河流水生生物的生存、繁衍。（3）分汊型河道 分汊型河道所在河段一般也為彎曲型河道，亦稱彎曲分汊型河道。與一般彎曲的河道區(qū)別是在彎曲處的河道中間存在江心洲，江心洲的存在把河道分為兩個(gè)部分。分汊型河道由主 汊道和次汊道組成，主汊和次汊相對(duì)穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化，二者之間交替演變。圖5所示為長江干流分汊型河段代表性斷面示意圖。706050 44.54 44.54 高程(m)4030201000 200400600800 1000 12001400起點(diǎn)距(m)圖 5 長江分汊型河道典型斷面fig 5. cross-section of braided type105110115120由圖5分析可知，與順直型和一般彎曲型河道相比，分汊型河道的地形沿橫斷面變化最大。主汊道處河床較深，江心州附近存在大量淺灘。在水位為44.54m條件下，最大水深為30m， 水深4m以下淺水區(qū)域占近32%，水深24m以下深水區(qū)域僅占近10%。江心洲及大量淺灘的存在使得水流具有明顯的多樣性，這種地形和水流的多樣性為魚類及其他水生生物提供了適宜的生存條件。洪水的漲水和落水使得淺灘區(qū)的水流條件不斷發(fā)生變化，為魚類的育肥、自然 繁殖提供了場所。同時(shí)形成可以供鳥類、兩棲動(dòng)物和昆蟲棲息的濕地環(huán)境。生境異質(zhì)性明顯， 生物多樣性較高。（4）磯頭型河道 三面環(huán)江，一面連接江岸，謂為磯頭。在長江河道有大量磯頭存在，比較有名的比如采石磯、燕子磯和城陵磯等。磯頭深入江心，類似丁壩。磯頭型河道的河寬由于磯頭的存在使 得在短距離內(nèi)發(fā)生劇烈變化。圖6所示為長江干流磯頭型河段代表性斷面示意圖。由圖6分析可知，相比于其他類型河道，磯頭型河道與其他三種類型橫斷面特點(diǎn)均不同。在中間主河槽兩側(cè)存在小的深槽，這主要是磯頭前后水流的形成特殊的流態(tài)造成的。在水位 為15.01m條件下，河道中間水深為45m。在兩邊的次槽至岸邊水位相對(duì)較淺。在磯頭的作用下，磯頭附近產(chǎn)生大量漩渦，水流穩(wěn)定劇烈，條件極為復(fù)雜。在左右兩個(gè)磯頭處出現(xiàn)回水區(qū)，營養(yǎng)物質(zhì)在該處沉積，為生物特別是魚類提供良好的覓食場所。劇烈變化的水流條件對(duì)河流 魚類親魚在產(chǎn)卵期具有重要作用，有利于促進(jìn)其繁殖活動(dòng)的進(jìn)行，也解釋了長江流域河道磯 頭處多為魚類的產(chǎn)卵區(qū)的現(xiàn)象。3020 15.01 10高程(m)0-100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-20-30-40起點(diǎn)距(m)125圖 6 長江磯頭型河道典型斷面fig 6 cross-section of spur dike type為綜合分析這些不同類型河道典型斷面的生態(tài)特征，本節(jié)分別分析在同等流量條件下濕 周、水面寬度、過水面積、寬深比、平均水深和平均流速的相似性和差異性。以實(shí)測(cè)資料為 基礎(chǔ)計(jì)算得到的結(jié)果見表1.表 1 典型斷面特征值tab. 1 statistical characteristics of different cross-sections類 型濕周 x(m)水面寬度 b(m)過水面積 a(m2)寬深比b/h平均水深 h(m)平均流速 v(m/s)順直 u 型113110521455457.1413.831.86順直 v 型7536951258925.9325.932.15分汊型139013051540040.7311.81.76彎曲型113311701317134.0511.262.11磯頭型152314573757532.3811.260.74130由表1可知，順直河道v型斷面濕周為753m，在5種類型中最小；磯頭型斷面在5種類型 中濕周最大，為1523m；u型斷面和彎曲型河道基本一致，分汊型大于彎曲型小于磯頭型。135140145150155160頭型斷面水面寬度最寬，寬度為1457m，明顯大于其他類型斷面，v型斷面水面寬度為695m；彎曲型河道斷面和順直u型斷面相差不大。磯頭型斷面水面寬度明顯其他斷面，使得其過水 面積在5種類型中最大，分汊型較大，順直u型斷面過水面積次之，v型斷面過水面積最小。在寬深比方面，順直v型斷面由于其特殊斷面形狀致使寬深比最小，u型斷面寬深比最大，彎曲型和磯頭型相似，處于中等位置。順直型河道斷面平均水深較大，而彎曲型、分汊型和 磯頭型非常相近，在11-12m之間。橫斷面地形形狀決定了流速的分布及大小，在同流量條件小，順直型斷面平均流速明顯大于其他型斷面的流速，其中磯頭型斷面平均流速最小。綜 上分析，可以說明這三種類型河道在存在深水區(qū)的同時(shí)存在大量的淺水區(qū)，地形的變化使得水流分布具有多樣性。這也是魚類產(chǎn)卵區(qū)多在這三種類型河道的原因。3結(jié)論本文對(duì)長江中游的順直型、彎曲型、分叉型和磯頭型四種河道類型進(jìn)行了定性與定量相 結(jié)合的分析，探討了其生態(tài)學(xué)意義。彎曲型、分叉型和磯頭型河道的橫斷面類型復(fù)雜多變， 而順直型河道橫斷面則較為單一；三種類型河道在存在深水區(qū)的同時(shí)存在大量的淺水區(qū)，地 形的變化使得水流分布具有多樣性，可部分的揭示是四大家魚多選擇這些類型河道的原因。 因此保護(hù)河道形態(tài)的多樣性，有助于保護(hù)河道的天然功能和生態(tài)功能，應(yīng)控制人工裁彎取直 等破壞河流形態(tài)多樣性的活動(dòng)。參考文獻(xiàn) (referenc