水库生态与环境调度研究综述（翟丽妮,梅亚东,李娜,段文辉）

时间：2022-02-25 15:21:25 浏览量：次

摘要: 水电工程为人类带来经济与社会效益的同时，却对河流生态系统产生了胁迫，威胁着人类的可持续发展。开展水库生态与环境调度是趋利避害的有效措施。介绍了水库生态与环境调度的研究背景及内涵，并综述了国内外的研究进展。总体来看，水库生态与环境调度正处于起步阶段，目前研究多限于宏观定性的论述，缺乏微观定量的研究。因此，探索兼顾河流生态系统健康的水库调度方式已成为解决人类生存与发展的重要研究课题。

关键词: 水库生态;生态调度;环境调度;研究现状;可持续发展

中图分类号: TV697.1:X171 文献标识码: A

经济社会的发展离不开水利水电工程。但是在我们享受着水利工程带来的经济与社会效益的同时，河流生态系统却承受着前所未有的压力。拦河筑坝破坏了河流的连续性，水库调度又改变了河流天然径流的时空分配，这些变化都将直接或间接影响流域重要生物资源的栖息水域和生活特性，严重时，物种将面临衰退、濒危和绝迹的威胁。然而，笼统地反对建设大坝，主张一律拆除大坝的观点带有“因噎废食”的片面性，也脱离了中国经济社会的发展实际。理性、务实的观点应该是权衡利弊，趋利避害，在满足人类社会经济需求和兼顾河流生态系统健康两者之间寻找适当的平衡点，实现可持续发展的目标。而水库生态与环境调度作为一门新兴的管理技术，正是兼顾人类生存与发展行之有效的非工程措施。

1 水电工程对河流生态系统的不利影响

河流生态系统是河流内生物群落和河流环境相互作用的统一体，是包括陆地河岸生态系统、湿地及沼泽生态系统、水生生态系统等一系列子系统组合而成的复合系统。完整的河流生态系统应该是动态的、开放的、连续的，河流的连续性不仅是指河流在地理空间上的连续，而更重要的是指生物过程及非生物环境的连续。拦河筑坝显然破坏了河流的连续性，对河流的生态系统产生了极大的干扰，甚至是不可逆转的改变。这种由于人类活动对生态系统产生的干扰，在生态学中称为“胁迫”（stress）。水利水电工程对河流生态系统造成胁迫主要有两方面原因:①自然水文条件的改变;②河流自然地貌特征的改变。前者是指水量减少，水质恶化以及自然水文脉冲式周期被人为平均化的调度方式所代替。后者主要是指闸坝引起河流的非连续化，堤防妨害了河流的侧向联通性，河流的直线化改造和硬质护坡等。

从河流生态系统的组成结构及功能分析，上述变化对河流生态系统造成的不利影响主要有:

（1）原有物种所适应的天然径流和水文条件的栖息地丧失;

（2）河流作为生物和营养元素交流廊道的功能不复存在;

（3）沿岸带连接高地和水域生态系统的“过滤”作用降低。

筑坝对生态系统长期和广泛的不利影响极大地削弱了水电能源的开发利用价值，国内有专家对于我国西南一些河流的水电开发计划已提出了质疑，主张要“保留一条原始生态河流”。20世纪70年代在西方国家出现的大坝建设的利弊之争，如今终于波及到了中国。理论和实践表明，积极探索各种工程、生物和管理措施，对筑坝河流进行生态补偿，才是妥善解决筑坝之争的明智之举。

2 水库生态与环境调度的研究背景及内涵

长期以来，水库调度对水库下游生态保护和库区水环境保护重视不够，在进行防洪和兴利调度的同时，没有考虑其对下游生态和库区水环境的影响，以至长期累积下来的生态和环境的反作用在这几年以各种方式显现出来。随着人类对自然认识的逐渐提高，环保意识的不断增强，水库对河流生态系统的负面影响也逐渐为人们所关注。在这样一个大的背景下，水库调度也将发生本质性的变化。除了传统的兴利与防洪目标外，水库调度还将肩负着控制河流断流、河床抬高、河流污染、河口咸潮入侵、调节泥沙以及维持河流生态系统健康等任务。

这里讲的生态与环境调度是通过调整水库的调度方式从而减轻筑坝对生态环境的负面影响，又可分为环境调度和生态调度。环境调度以改善水质为主要目标，生态调度以水库工程建设运行的生态补偿为主要目标，两者相互联系并各有侧重。以改善水质为重点的工程调度是指水库在保证工程和防洪安全的前提下多蓄水，增加流域水资源供给量，保持河流生态与环境需水量;通过湖库联合调度，为污染物稀释、自净，创造有利的水文、水力条件，从而改善区域水体环境。以生态补偿为重点的水库调度是指针对水库工程对水陆生态系统、生物群落的不利影响，并根据河流及湖泊水文特征变化的生物学作用，通过河流水文过程频率与时间的调整来减轻水库工程对生态系统的胁迫。

3 水库生态与环境调度的研究现状

3.1 国外研究现状

早在20世纪70年代国外学者就开展了关于水库对生态与环境不利影响的全面的、系统的研究。水库对生态与环境影响的因子主要包括水流、地形、水质、泥沙、营养物质、水生生物等。结合广泛开展的减轻大坝对生态与环境不利影响的实践，国外学者对于相关理论和技术进行了大量的实证性研究。这些研究可以划分为两个方面:①对调度方式优化以及配套技术设施的研究;②评估实施这些技术方法对生态与环境的影响，从而在保证改善效果的同时不至于对生态系统产生明显扰动。主要采用的技术方法包括短期和长期的观测与评价，数学模型模拟和预测等。

20世纪80年代中期开始，欧美一些发达国家的管理和决策部门为减少大坝的不利影响，对水库的调度运行方式进行了调整，在保证航运、防洪、发电等原有重要功能的同时，在区域水质改善、娱乐和经济发展方面发挥了重要作用。上述水库生态与环境调度的研究大多是建立在确定河道生态流量的基础上。自20世纪70年代以来，欧洲、澳大利亚和南非等国家都开展了许多关于鱼类生长繁殖、产量与河流流量关系的研究，产生了许多生态流量的计算和评价方法。20世纪70年代后期，河道流量增加法（IFIM）的出现使得河道流量分配方法趋于客观。该法在北美洲被广泛的应用于评估流量变化对鲑鱼栖息地等的影响。然而该方法也因其不严密性、不能预测流量与生物量的关系、缺乏独立的水力变量等缺陷备受争议。事实上，目前常用的生态流量的模型和计算方法都对复杂的生态系统及其之间的相互作用做了过多的简化处理，多为经验和半经验的方法。由于生态系统的复杂性，生态流量至今尚未有统一的定义及公认的计算方法。随着社会、经济与技术的发展，河流生态流量的计算正逐步走向科学定量性与区域适用性;与此同时，为满足个别物种需求的河流管理不再被认为是完全有效的方法。河道生态系统各部分的功能与生态系统的整体功能是不能等同的。因此，所确定的生态流量应能够满足整个生态系统完整性的要求。例如，Narayanan等（1983）建议用河道某段时间内的多方面需求来评估河道流量，将某段时间内的各种流量需求的最大值作为河道的生态流量值。国外水库生态与环境调度已从研究步入了实践，1991～1996年，美国田纳西流域管理局（TVA）对20个水库通过提高水库泄流的水量及水质，以下游河道最小流量和溶解氧标准为指标，对水库调度运行方式进行了优化调整。具体技术措施包括:通过适当的日调节、涡轮机脉动运行、设置小型机组、再调节堰等提高下游河道最小流量，通过涡轮机通风、涡轮机掺气、表面水泵、掺氧装置、复氧堰等设施提高水库泄流的溶解氧浓度。与此同时，管理政策方面的调整也得到各级政府机构的重视，从而保证了调度方式调整的顺利实施。TVA对水库调度管理的相关议案进行了重新阐释，提出在原有主要目标的基础上，要求水库为水质、娱乐的目标进行调度。州和联邦政府相关机构、水库股东和社会公众广泛参与了TVA技术目标和方案的制定，对于调度优化的效益、成本、环境影响进行了详细的咨询和评估。1996年，美国联邦能源委员会（FERC）在水电站运行许可审查过程中，要求针对生态与环境影响制定新的水库运行方案，包括提高最小泄流量、增加或改善鱼道、周期性大流量泄流和陆域生态保护措施等。

3.2 国内研究现状

我国水利工作者在发挥水利工程的生态功能，减轻水利工程对生态与环境的不利影响方面也进行了一定的探索与实践。20世纪80年代以来，在中国环境水利研究会的推动下，水库改善环境调度的研究与实践不断在长江流域和全国各地付诸实施，取得了较大成就。例如:2002年启动了“引江济太”调水试验工程，引长江水入太湖，利用太湖的调蓄作用，有效改善了太湖流域的水环境，缓解了太湖周边地区用水紧张的状况。为了确保黄河水不断流，小浪底水库电力调度服从水资源调度，多次弃电供水。黄河水利委员会在充分考虑黄河下游河道输沙能力前提下，对小浪底、三门峡、万家寨水利枢纽进行联合调度，调整天然水沙过程，以利于下游河道的减淤。“淮河沙颍河水污染联防”对所辖4座水闸进行水量水质统一调度，采取了污水小流量泄放，人工“错峰”促使干支流雨洪与污水混掺等措施。海河流域通过小清河和白洋淀，把永定河与大清河联系起来，实施中，小洪水情况下两条河流的联合调度，用永定河多余的洪水改善了大清河以及沿河地区的生态状况。上述实践活动均取得了显著的成效。

技术方面，傅春、冯尚友［1］（2000）提出了生态水利的概念，并建立了水资源持续利用的数学模型;邵东国，郭宗楼［2］（2000）针对洋河水库建立了水量水质统一调度模型，将水库水量水质管理问题分解为兴利、防洪、水质3个子系统的优化问题进行求解;贾海峰等［3］（2001）对水库调度和营养物削减关系进行了探讨，从而做到了防洪调度兼顾库区富营养化的控制;陈守煜等［4］（2003）以大连市水资源开发利用与宏观经济协调可持续发展为研究背景，建立了大连市宏观经济水资源发展规划多目标群决策模型;王好芳、董增川［5］（2004）建立了基于量与质的面向经济发展和生态环境保护的多目标协调配置模型，用以解决水资源短缺和用水竞争性的问题。2005年12月在北京召开的《通过改进水库调度以修复河流下游生态系统》研讨会，探讨了通过改进水库调度和水利设施管理以修复河流下游生态系统和改善人类生活的可行性，这次会议的召开将水资源优化配置技术推向了一个全新的发展阶段。

4 展望

总体来看，我国水库生态与环境调度的研究才刚刚起步，多数成果仅限于宏观定性方面的论述，而在微观定量方面还缺乏实质性的工作。对于改善水库调度方式以适应珍稀动植物的生存，目前尚未见有研究报道。不过可以肯定的是，在未来一定时期内，水库生态与环境调度必将成为我国部分水库调度工作的重点。我们倡导可持续发展就是要强调人与自然近期利益与长远利益、局部利益与全局利益的协调和统一，这就要求我们把生态调度纳入水库调度统一考虑，逐步形成防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度方式。目前水库生态与环境调度急需解决的问题主要有以下几个方面:

（1）生态调度临界点的研究。主要研究泥沙淤积、生态系统变化、水体富营养化、“水华”现象等与流量、流速、水温的相关关系，确定水库生态调度临界点。（下转第60页）

（2）流域尺度的水库群生态调度研究。确定河流或流域生态健康控制点，此控制点的控制流量取决于其上游若干水库泄量的组合。主要侧重控制干支流流量使叠加后的下泄流量在控制点处满足时间和空间上的控制要求。同时还要考虑跨流域调水工程和地下水变化对控制点流量的影响。

（3）水库生态与环境调度的技术体系研究。包括水库生态与环境调度的理论基础、技术方法与评价体系，特别是发展耦合生态环境要求的水库调度基本理论与方法。

（4）长效机制研究。主要探讨水库实施生态调度前后相关对象利益的变化，提出科学合理的政策和管理机制，以及切实可行的补偿措施。开展水库生态与环境调度的目的是为了保持河流的生态健康。然而，河流生态健康的保持是一个系统的复杂的多维调控问题，水库（群）生态调度只是其中的一个环节。调度实施后，还需对河流生态的健康程度进行合理的评价，评估准则要充分体现开发与保护的协调，体现多个利益相关者利益的协调。最终形成较为完备的河流生态健康调控体系，从宏观把握到具体实施，都能保证河流的健康生命，实现人与自然的和谐发展。参考文献:

［1］傅春，冯尚友.水资源持续利用（生态水利）原理的探讨.水科学进展，2000，11（4）:436～440.

［2］邵东国，郭宗楼.综合利用水库水量水质统一调度模型.水利学报，2000，（8）:10～15.

［3］贾海峰，程声通，丁建华.水库调度和营养物消减关系的探讨.环境科学，2001，22（4）:104～107.

［4］陈守煜，黄宪成，李登峰.大连市水资源利用与宏观经济协调发展规划多目标群决策模型与方法.水利学报，2003，（3）.

［5］王好芳，董增川.基于量与质的多目标水资源配置模型.人民黄河，2004，（6）. （编辑:常汉生）收稿日期: 2007-05-10.

作者简介: 翟丽妮，女，武汉大学水利水电学院，硕士研究生。

来源：《人民长江》2007年第8期

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