印度棟格珀德拉河的環境流量需求

［印度］ B.K.H.庫馬拉 等

1 概述

世界河流的流量越來越大程度受如下因素影響:堰壩的截流、取水(用于農業和城市供水)、排水回流、航行中維護用水、抵御洪水的建造物。這些人為干預已在極大程度上改變了河流的徑流狀態，主要是徑流量減少和影響流域的多樣性和季節性。另一方面，量化和合理配置水資源的方法已相對成熟。

生態系統功能的衰退會導致社會上和經濟上都付出代價，受影響的人們大部分來自貧困地區。認知生態系統服務功能的價值并做相應的投資，將能有效保護居民的日常生活，確保人們將來得到收益，挽救巨大損失，有助于實現可持續發展目標，否則可能會嚴重危害這些功能的效果。

“環境流量”是指為保護生態系統結構、功能和依賴于其的種群所需要的水量。這些流量需求由長期可供水量和其動態變化綜合決定，并建立在環境、社會和經濟評估的基礎之上。環境流量描述了能保持淡水和港灣生態系統功能以及依賴于這種生態系統功能的周圍居民日常生活的水流的水量、水質和流速。

研究的主要目的是對棟格珀德拉河現有流量狀態和環境條件作出評估，并評價其環境流量是否得到保障，同時還討論了保障環境流量的潛在益處或者結果。研究還旨在解析環境流量的變化對魚類群落的影響水平。

2 研究區域

棟格珀德拉河是克里希納(Krishna)河的最大支流，在與干流交匯處年徑流量為147億m3。此河跨越國際邊境，從發源地卡納塔克邦流經531km到入河口。棟格珀德拉河流域(TBSB)面積超過48827km2，主要是在其臨邊的卡納塔克邦(38790km2)和安得拉邦(9037km2)(以上數據來源于卡納塔克邦水資源部)。棟格珀德拉河匯入克里希納河，克里希納河最終流向孟加拉灣。

3 材料與方法

監測環境流量的影響可基于物理變量(流量、水力學、地貌學)、化學變量(水質)、生物變量(動植物群落)、生態變量(生態系統過程的測量結果)或這些變量的組合。但由于測量所有的變量不太可行，所以有必要識別并選出最敏感的變量。

許多早期關于環境流量評估的應用都集中于單一物種，其結果就是環境流量被設定為保持這種生物在臨界水平下的棲息。然而，不考慮其他生態系統組分而調控流量可能導致不能獲得生態系統的過程和生物群落的交互作用，而這種作用對產生和維持目標生物的棲息是非常關鍵的。近期在環境流量評估方面的進步反映了這一認知，環境流量評估方法也逐漸采納了這種整體的研究方法。

學者金和布朗(2010年)在對非洲和東南亞的個例研究中跟蹤了這一發展，絕大部分基礎研究已經完成。他們描述了“綜合流域流量評估”，這可以在很大程度上描述河流未來的發展和潛在變化趨勢。在描述的個例中，研究者用在發展中國家的綜合流域提出的10條原則來指導如何將環境流量評估和綜合的流域管理整合起來。

波夫等人描述了一種新的模型，即“ELOHA”模型，模型中闡述了這一設想，他們留意到流量－生態之間的關系和模型未必僅僅適用于單一河流，也有望應用于特種水文類型的河流，如有自然獨特的河流流態的枯河或雪融河。

由于時間和數據有限，該研究用兩種評估方法，即生物物理評估與社會經濟評估法評估了研究區域的環境流量。

3.1 生物物理評估

研究分析了棟格珀德拉河大壩30 a來的入流和出流，并與法國漁業法限定的方法和坦南特環境流量評估方法做了比較，獲得了河流一段時期內物理狀態的細節。利用水文變化指標(IHA)和全球環境流量計算(GEFC)軟件評估了棟格珀德拉河的環境流量狀態。

1984年法國淡水漁法規定，通過河流斷面的流量應為河流所經支流平均流量的1/40與新支流均流量的1/10兩者中的最小值。

坦南特方法是該研究利用的另一種方法。它通過對美國中西部州的數百條河流進行數據計算來確定維持一個河流健康環境的最小流量，由此該方法得到發展。將占年平均流量(MAF)的百分比進行分類，以標示為魚類提供不同質量的生境，如10%是貧瘠的生境，30%是適中的生境，60%是絕佳的生境。

研究中，利用IHA軟件來評估棟格珀德拉河的環境流量需求，此軟件可以計算每年最大洪峰流量和最小流量以及持續時間，并能預測未來一段時間內上述參數的平均值和其變化情況。因為存在諸如建設大壩或與水陸利用相關的漸變這些影響，利用比較分析法來量化描述這些模型應用于棟格珀德拉河時如何變化。

研究還利用了另一個程序軟件，即GEFC來評估棟格珀德拉河的環境流量狀態，GEFC是可以快速評估環境流量的軟件。GEFC中的環境流量評估技術利用的是步長為月的天然或不規律的流量狀態及其響應的流量持續曲線(FDC)，即流量累計分布函數。環境流量研究的目的是維持生態系統平衡，或者使其升級為某種規定的或協商的條件，即環境管理級別(EMC)。環境管理級別越高，維持生態系統所需要的水量就越多，需要保存的流量多樣性就越多。GEFC軟件中用了6種EMC級別，范圍從“未做調整”到“嚴重調整”不等。每一種EMC級別都由其獨一無二的FDC表示。

3.2 社會經濟評估

流域沿岸分布著漁民群落和魚類的主要交易市場。這些群落的家庭數量在4～100之間。小規模的漁民群落更容易受影響，被迫沿著流域遷徙。研究收集了第一手和第二手來源的數據，第一手數據來源于關鍵的被調查者，即直接關聯人(漁民家庭和被漁民雇傭的勞動力)或間接關聯人(中介貿易者)。第二手數據的來源包括漁業部、卡納塔克邦漁業發展公司和漁業合作協會。

研究于2008年1～6月在棟格珀德拉河流域開展，數據來源于對周邊106個漁民的調查，這些漁民是按照兩個標準，即水源和社會經濟狀況從漁民樣本中隨機挑選的，還對其中30個人進行了采訪和集中討論。由于時間和資源有限，進行大規模的取樣調查是不現實的。此次調查本質上更加寬泛，以期收集棟格珀德拉河流域漁民對于漁業更廣泛的想法。樣本的代表性得到保證，被調查者來源于不同的魚類來源——水庫:多數和少數;水箱:多數和少數;私人池塘;由政府部門租出去的河流流域。男性和女性均在被采訪之列。

4 結果與討論

城市人口和鄉村人口都在增長，這給自然資源增加了更多的壓力。早至20世紀60年代，為了方便取水灌溉，在棟格珀德拉河下游的左右兩岸設了12個堰，棟格珀德拉河的天然流量狀態被徹底改變。早期種植半干旱作物的農業類型現在已變成在整個流域中都種植耗水量較多作物的農業類型。農業現在是棟格珀德拉河流域的主要產業，在該研究區域中，農業耗水量急劇增加，地下水開采量也急劇增加。在整個流域中，地表水和地下水都能滿足不同地區居民的飲用水需求，不同城鎮每人每天用水量(LPCD)從70～135 L不等。當地城區污水直接進入水系或者農田，沿河周圍流域村莊的主要飲用水來源于地下水，地下水由小型供水系統提供。

歷史流量數據分析結果顯示，近年來河流流量急劇下降，導致農業以及棟格珀德拉河下游的用水者處于危急狀態。棟格珀德拉河的年平均流量狀態顯示出該河1 a內的流量變化不成比例。但是，河流流量在所有季節都隨著時間的流逝而下降。研究結果清楚表明河流流量在近年來不斷變化，年平均流量也在減少，其數值從1978年的1853 m3/s降到了2004年的42 m3/s。

棟格珀德拉河在1978～1979年和1980～1981年間的環境流量比較適中，是1981～1986年平均流量的1/10。1976～1977年環境流量較小，1978～1979年和1980～1985年比較適中。1985～1986年平均流量較小。1986～1991年環境流量較小，1991～1994年和1997～2001年比較適中。2001～2005年平均流量較小。未能滿足棟格珀德拉河下游的最小環境流量要求。

棟格珀德拉河在9～10月和12月的環境流量適中，而在5～7月和11月較小，不能滿足下游所需的最小流量需求。1～4月，棟格珀德拉河由于有下游(安德拉邦)保證，河流狀態絕佳。有趣的是，在非季風期間，盡管入流為零，而出流卻非常高(與下游用水戶的承諾有關)。早至20世紀70年代時，棟格珀德拉河的天然流量狀態被徹底改變，水庫的利用率很高，從早期種植半干旱作物的農業類型轉為種植耗水量較多作物的農業類型。棟格珀德拉河的環境流量需求用3種不同的水文方法來評估。基于坦南特方法，低流量季節的環境流量需求為9～65 m3/s，這樣才能保持較為適中的流量，從而維持較好的狀態。

研究中，棟格珀德拉河上游和下游的流量持續曲線清晰顯示出，河流的自然流量狀態有很大程度的波動，由于流量下降，自然流量狀態在下游急劇改變。相對于下游段來說，上游的河水流量更為平緩，上游和下游的流量持續曲線隨時間變化很大，下游的基流指數也有所減少。在很多年份河流沒有基流，這說明河流中流量為零。

已知數據證明，棟格珀德拉河下游已被零流量嚴重改變，其下游的環境流量已改變了其自然流量，通過對棟格珀德拉河上游和下游的環境流量狀態進行比較，發現上游和下游的環境流量狀態由于珀德拉(Bhadra)水庫工程和棟格(Tunga)大壩的零流量已被嚴重改變。

4.1 河流流域的生態系統服務

水生生態系統，比如河流，給人類提供各種各樣的好處，包括“商品”，如純凈飲用水、魚類、纖維等，還包括“服務”，如水的提純、防洪減災、娛樂機會等。健康的河流及其相應的生態系統對人類存在固有的價值，這種價值可體現在文化特別是在本土文化意義方面。對魚或者其他水生生物的影響是水質好壞的重要指示之一，魚類死亡是水體污染，特別是工業污染引起的一類嚴重問題，工業污染一般發生在夏季，因為夏季水體流量減少和稀釋作用變小。在棟格珀德拉河流域，1 a平均發生3～4起死魚事件。1984年，棟格珀德拉河下游發生了大規模的死魚事件，卡納塔克邦污染控制委員會(KSPCB)指出，工業污染物的隨意排放是引起魚類死亡的首要原因，并禁止相關工廠排放污染物。由于礦業開采活動，河流泥沙承載量增加，流量減少。

由于難以識別和量化，生態系統服務的固有價值經常被忽略。直到現在，在卡納塔克邦記錄的屬于9個目27個科84個屬的201種淡水魚中，有40種魚處于瀕危狀態，需要采取緊急措施來保證這些魚類的存活。卡納塔克邦內陸水體中記錄的淡水魚種系統以賈亞拉姆(Jayaram)1999年所作的研究為基礎，其中有84種魚(分屬8個目14個科)屬棟格珀德拉河的特有魚種。卡納塔克邦的淡水魚產量大約為12萬t/a，而預計潛在產量為26萬t/a。為了增加內陸魚類產量以滿足日益增長的需求，卡納塔克邦漁業部已加大了對生長快的印度魚種和外來魚種的養殖量，印度魚種有卡特拉魮鯉魚(Catla catla)、南亞野鯪魚(Labeo rohita)和麥瑞加拉鯪魚(Labeo rohita)，外來魚種有鯉魚(Cyprinus carpio)、白鰱(Hypophthalmichthys molitrix)和草鯉魚(Ctenopharyngodon idella)。這些引進的魚種都能很好適應不同的淡水水體。外來魚種的引入在一定程度上引起了本地魚群量的減少，包括野鯪屬(Labeo)、鯪屬(Cirrhinus)、刺鲃屬(Puntius)、鯰魚(Catfish)和鱧(Murrels)。私人企業家養殖的非洲鯰魚會威脅到整個本地魚群的生存，特別是當早期沒采取正確措施時(來自漁民經驗)。養魚業除了提供工作崗位、收入來源和生活保障外，還為農村的發展提供了良好的前景，以及廉價的富含蛋白質食物。

生態系統為人類提供一系列服務，環境流量所提供的服務，要么是流量本身(帶來大量沉積物和控制鹽度)直接提供的，要么就是生態系統功能間接提供的。自然水流狀態改變對河流生態系統和其中的物種有著非常廣泛的滲透和損傷效應，生態效應也與水流改變有關。許多物種都高度依賴于橫向和縱向的水力連通性，這種水力連通性很容易被水流改變所打破，河流系統中外來和引入物種的入侵也能因水流改變而加快。由生態系統功能產生的生態系統服務范圍取決于當地文化、社會經濟和技術背景。因此，生態服務并不完全由生態系統功能的情況決定，也由從中得到益處的人類的獨創性決定。

4.2 零流量帶來的社會經濟影響

相對以前來說，漁民現在對漁業的依賴水平有所降低，因為大多數漁民都覺得捕魚并不劃算。漁民認為脆弱的生態系統提高了捕魚的投資成本和他們對中間人的依賴性。由于從捕魚中獲得的收入較少且不確定，從事其他各種各樣職業的現象變得十分普遍。漁民職業多樣化的原因如下:捕魚量少、歉收季節和淡季。

在現場研究中，許多漁民表達了對農田中日益增長的化肥用量的關心，河流中一些河段已經被污染，影響了大約75個村莊。47%的人認為水體污染影響了他們的收入和導致了魚類死亡，而26%的人聲稱存在有健康問題，9%的人認為水體污染導致他們收入減少、魚類死亡，對人類健康不利。44%的漁民認為治理河流是政府的責任，而20%的漁民認為是污染者的責任。

由于存在各種各樣的限制因素，盡管有改善的空間，棟格珀德拉河流域的魚產量在一段時期內還是有所減少。雖然棟格珀德拉河有最大的流域面積，但其當地和周邊的市場還是得從鄰邦進口魚。原因包括:市場出售的小魚質量不好;政府監管不力導致非法捕魚現象增加;政府許可的魚苗產量遠遠低于實際需求且缺乏基礎設施的支持;淡季河流零流量;工業污染和缺乏責任感的爆破作業等。由于各方面的阻撓和干預，人們的抱怨通常不能引起注意，不了了之，或者沒能轉化成實際行動。

5 結論

在研究區域附近河流中發現了水流狀態改變所產生的瞬時影響，在此地觀察到農民使用的無機肥量增加，因此他們的土地變得富營養化。河流沿岸的地下水位有所下降，河水水質漸漸惡化，這預示著多樣性因素的減少。農業及工業的用水需求給沿河流域水資源增加了壓力。由于流量減少，流域發生了一系列帶有負面后果的事件。在沿河的許多地方，森林覆蓋率明顯減低。研究區域內的淡季，在河床上進行農業活動十分普遍。研究還清楚表明河流流量逐年波動，在季風時期，流量保持適中狀態。大壩的利用率高，值得一提的是，在非季風時期，水庫的入流為零，而出流卻非常高。

棟格珀德拉河大壩周邊的村落受到負面影響，表現為當水庫大量放水時，下游一些地區洪水泛濫。大壩放水所引起的雨季洪水，每年都破壞莊稼，淹沒周圍村莊，盡管流域上游的洪水比下游的洪水情況好得多。

周圍的居民受干旱季節水位不規律的波動所影響，其特征為水位超高或超低或急劇變化，高達2 m的巨浪曾引起了河堤的嚴重侵蝕。干旱季節花園被洪水沖垮，還有許多干旱季節的活動如捕魚受到嚴重干擾。棟格珀德拉河的水質已嚴重惡化，然而，周圍的居民認為水質問題源于可能已被有害物質污染的棟格珀德拉河大壩。河水已變得混濁且發臭。河水不規律的起伏波動已嚴重影響了周圍的那些生命過程依賴于棟格珀德拉河的天然節律的植被、鳥類、爬行動物和許多水生生物。

河水水文狀況和水質的變化嚴重影響到本土魚種、魚類生境和河邊的漁業。由于捕魚量銳減，高度依賴于捕魚以獲得食物和經濟收入的村民受到了嚴重影響，所有的魚種都受到了影響，顯然，大魚受影響更為嚴重，魚病發生率也有所提高。

水生生物已形成一定的歷史演變規律，如它們的繁殖時間與水體天然流動狀態直接響應，水流的改變會使水生生物的生殖失調。河流流域的特有現象非常多，不管是陸地生態系統的物種、兩棲類還是水生生態系統的物種。農業與工業的用水需求給沿河流域水資源增加了壓力。由于流量減少，流域發生了一系列帶有負面后果的事件。雖然想讓一條河流處于原始狀態是不可能的，但是有必要通過有規律地調配河流下游的最小需水量，使河流保持一個相對原始的狀態。