【精品论文】长江中游不同类型河道生态学意义分析.doc

精品论文长江中游不同类型河道生态学意义分析王远坤1，夏自强2（1. 南京大学地科院水科学系，南京 210064；52. 河海大学水文水资源学院，南京 210098）摘要：河流形态的多样性为河流水生生物提供了重要的栖息生境。本文将长江中游大致划分 为顺直型、弯曲型、分叉型和矶头型四种河道类型，选择典型断面，采用定性分析与定量评价相结合，分析了长江中游不同类型河段特征及其生态学意义。结果表明弯曲型、分叉型和10矶头型的复杂河道横断面使得水流分布更具有多样性，部分地解释了四大家鱼选择这些河道 作为自然繁殖场所的原因。关键词：环境水利；长江；河道类型；生态学意义；四大家鱼中图分类号：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历史过程中形成了多样化的地貌。不同的自然地貌共同组成了复杂多变 的河流形态。河流形态的多样性为河流水生生物提供了重要的栖息生境，如长江中游丰富的 河流生境为四大家鱼等重要鱼类提供了栖息、产卵场所。河流形态地貌的多样性对河流生态 系统具有重要意义1-4。人类活动，特别是水利工程的修建，在一定程度上改变了河道特征35及下游水文情势，进而影响了河流的生态系统。因此，评估人类活动对河流生态系统的影响 须先了解天然河道的生态功能。本文定性与定量分析相结合分析不同类型河道典型断面河流 的自然功能，以及现状条件下不同类型河道生态学意义，以期为保护河流自然功能和重要生 物资源永续利用提供科学参考。1研究区域概况与方法40长江中游上起湖北宜昌南津关，下至江西湖口，全长 955 千米，约占长江总长度的 15%， 流域面积大约 68 万平方千米。江面展宽，水流缓慢，河道弯曲，从藕池口至城陵矶的下荆 江河弯发育，素有“九曲回肠”之称。这种天然的多变的河道类型为水生生物特别是鱼类提供基金项目：教育部博士点新教师基金(20100091120059)作者简介：王远坤，男，博士，讲师，主要从事水文水资源与生态水利方向研究工作. e-mail:- 6 -了大量的栖息生存、繁衍空间。目前长江中游是青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼（简称四大家鱼）的主要产卵地5。根据调查，长江中游干流从宜昌到城陵矶有四大家鱼产卵场 11 处，产卵45规模约占全江总产量的 42.7%6。为了便于研究，将长江中游河段的平面形态大致分为顺直 型、弯曲型、分汊型和矶头型四种类型（图 1）7，选择四种不同类型的典型河段作为研究 对象。以现场调查资料为基础，采用定性分析与定量评价相结合的分析方法。2结果分析与讨论以现场实测资料对上述不同类型代表性断面进行分析，选择典型断面来自于长江中游宜50昌至城陵矶河段。此河段内地形地貌具有明显多样性，具有大量的天然弯曲分汊河道。河道 地形横断面和水流资料为2000年8月31日至9月4日现场实测资料，同步的现场勘测资料有利 于对不同断面做横向对比，消除了水文条件变化带来的影响。55(a)顺直型(b)分汊型(c)弯曲型60（1）顺直型河道(d)矶头型图 1 长江中游河道平面类型fig.1 four types of reach in middle yangtze river65顺直型河道稳定的河势以及单一的结构，使河道中的水流速度较快，流速分布较为平顺。顺直型河段的断面形状大多为u型或v型，在流域上游的顺直型河道横断面多为v型，中下 游地区的多为u型。图2为长江顺直河段代表性v型断面。由图可以看出，水深沿横断面变化较大，先有小 变大，河道中间最大，再由大变小，变化趋势线明显。在水位为44.41m条件下，最大水深为7025米左右，绝大部分区域水深均匀的分布在1-22m之间。河道狭窄，断面水流流速比较大。706050 45.80 高程(m)403020100 200 400 600800起点距(m)图 2 典型 v 型断面fig 2. cross-section of v type6555高程(m)45 44.41 3525020040060080010001200起点距(m)75图 3 典型 u 型断面fig 3. cross-section of u type图3为长江中游顺直河段代表性u型断面。从图中可知，最大和最小水深相差不大，断面水深变化较小。在水位为44.41m条件下，大部分区域水深在13-17m左右，河中间约为20m。 沿横断面方向地形变化较小使得流速分布比较均匀，不具有多样性。80顺直型水流将能量主要消耗于水体的向下游运动，对河岸的冲刷影响很小。水体顺流而下，对河岸河道的改造作用较小，使得该种类型河段地貌空间异质性较差。同时由于流速较 大使得水流中的营养物质无法沉淀下来，随水流流向下游。造成此类型河段水流中营养物质含量较小，不适合河流水生生物生存，使得水域内生物种类较少。由图2和图3可知，顺直型 河段大多为深水区，浅水区较少，水体透明度总体底，不利于鱼类和其他水生生物的生存。85（2）弯曲型河道 弯曲型河道断面地形和水流条件明显比顺直型河道复杂。在水流的冲击下，河道凹岸不断被冲刷，长期冲刷的结果形成深坑，而凸岸不断发生淤积，河床明显被抬高。图4所示为长江干流弯曲型河段代表性断面示意图。6050 44.36 高程(m)403020100 200400600800 1000 12001400起点距(m)9095100图 4 长江弯曲型河道典型断面fig 4. cross-section of bending type由图4分析可知，沿横断面方向水深分布极不均匀，在凹岸处水深远大于其他位置。在 水位为44.36m条件下，最大水深达34m，而超过70%的断面上水深在10m以下。这说明弯曲 型断面河道水深具有明显多样性，同时具备深水区和浅水区。在凸岸的浅滩区，浅滩面积较大，水深较浅，光热条件比较优越，水体透明高，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为弯曲型河道，亦称弯曲分汊型河道。与一般弯曲的河道区别是在弯曲处的河道中间存在江心洲，江心洲的存在把河道分为两个部分。分汊型河道由主 汊道和次汊道组成，主汊和次汊相对稳定，随着时间的推移会发生变化，二者之间交替演变。图5所示为长江干流分汊型河段代表性断面示意图。706050 44.54 44.54 高程(m)4030201000 200400600800 1000 12001400起点距(m)图 5 长江分汊型河道典型断面fig 5. cross-section of braided type105110115120由图5分析可知，与顺直型和一般弯曲型河道相比，分汊型河道的地形沿横断面变化最大。主汊道处河床较深，江心州附近存在大量浅滩。在水位为44.54m条件下，最大水深为30m， 水深4m以下浅水区域占近32%，水深24m以下深水区域仅占近10%。江心洲及大量浅滩的存在使得水流具有明显的多样性，这种地形和水流的多样性为鱼类及其他水生生物提供了适宜的生存条件。洪水的涨水和落水使得浅滩区的水流条件不断发生变化，为鱼类的育肥、自然 繁殖提供了场所。同时形成可以供鸟类、两栖动物和昆虫栖息的湿地环境。生境异质性明显， 生物多样性较高。（4）矶头型河道 三面环江，一面连接江岸，谓为矶头。在长江河道有大量矶头存在，比较有名的比如采石矶、燕子矶和城陵矶等。矶头深入江心，类似丁坝。矶头型河道的河宽由于矶头的存在使 得在短距离内发生剧烈变化。图6所示为长江干流矶头型河段代表性断面示意图。由图6分析可知，相比于其他类型河道，矶头型河道与其他三种类型横断面特点均不同。在中间主河槽两侧存在小的深槽，这主要是矶头前后水流的形成特殊的流态造成的。在水位 为15.01m条件下，河道中间水深为45m。在两边的次槽至岸边水位相对较浅。在矶头的作用下，矶头附近产生大量漩涡，水流稳定剧烈，条件极为复杂。在左右两个矶头处出现回水区，营养物质在该处沉积，为生物特别是鱼类提供良好的觅食场所。剧烈变化的水流条件对河流 鱼类亲鱼在产卵期具有重要作用，有利于促进其繁殖活动的进行，也解释了长江流域河道矶 头处多为鱼类的产卵区的现象。3020 15.01 10高程(m)0-100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-20-30-40起点距(m)125图 6 长江矶头型河道典型断面fig 6 cross-section of spur dike type为综合分析这些不同类型河道典型断面的生态特征，本节分别分析在同等流量条件下湿 周、水面宽度、过水面积、宽深比、平均水深和平均流速的相似性和差异性。以实测资料为 基础计算得到的结果见表1.表 1 典型断面特征值tab. 1 statistical characteristics of different cross-sections类 型湿周 x(m)水面宽度 b(m)过水面积 a(m2)宽深比b/h平均水深 h(m)平均流速 v(m/s)顺直 u 型113110521455457.1413.831.86顺直 v 型7536951258925.9325.932.15分汊型139013051540040.7311.81.76弯曲型113311701317134.0511.262.11矶头型152314573757532.3811.260.74130由表1可知，顺直河道v型断面湿周为753m，在5种类型中最小；矶头型断面在5种类型 中湿周最大，为1523m；u型断面和弯曲型河道基本一致，分汊型大于弯曲型小于矶头型。135140145150155160头型断面水面宽度最宽，宽度为1457m，明显大于其他类型断面，v型断面水面宽度为695m；弯曲型河道断面和顺直u型断面相差不大。矶头型断面水面宽度明显其他断面，使得其过水 面积在5种类型中最大，分汊型较大，顺直u型断面过水面积次之，v型断面过水面积最小。在宽深比方面，顺直v型断面由于其特殊断面形状致使宽深比最小，u型断面宽深比最大，弯曲型和矶头型相似，处于中等位置。顺直型河道断面平均水深较大，而弯曲型、分汊型和 矶头型非常相近，在11-12m之间。横断面地形形状决定了流速的分布及大小，在同流量条件小，顺直型断面平均流速明显大于其他型断面的流速，其中矶头型断面平均流速最小。综 上分析，可以说明这三种类型河道在存在深水区的同时存在大量的浅水区，地形的变化使得水流分布具有多样性。这也是鱼类产卵区多在这三种类型河道的原因。3结论本文对长江中游的顺直型、弯曲型、分叉型和矶头型四种河道类型进行了定性与定量相 结合的分析，探讨了其生态学意义。弯曲型、分叉型和矶头型河道的横断面类型复杂多变， 而顺直型河道横断面则较为单一；三种类型河道在存在深水区的同时存在大量的浅水区，地 形的变化使得水流分布具有多样性，可部分的揭示是四大家鱼多选择这些类型河道的原因。 因此保护河道形态的多样性，有助于保护河道的天然功能和生态功能，应控制人工裁弯取直 等破坏河流形态多样性的活动。参考文献 (referenc