基于水庫生態系統演替的環境影響后評價技術體系研究

陳昂 隋欣 王東勝 廖文根 吳賽男

摘要：本文從水庫生態系統的結構入手，分析了水庫生態系統的結構特征、演替規律和水利水電工程修建后水庫生態系統的演替變化，從縱向、橫向、垂向三個維度提出了水庫生態系統的空間特征和生態環境特性，在此基礎上構建了水庫生態系統環境影響后評價技術體系，為開展后評價工作提供技術參考。

關鍵詞：水庫生態系統；環境影響后評價；技術體系

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.010

中圖分類號：X820.3文獻標識碼：A文章編號：2095-6444（2015）06-0041-04

水利水電工程環境影響后評價是指對水利水電項目實施后的環境影響和環保措施有效性進行跟蹤監測和驗證性評價，并提出補救方案或措施，以實現水利水電工程的可持續發展。水利水電工程中對環境影響較大的是水庫大壩的建設對庫區及下游的生態環境影響，與河流生態系統和湖泊生態系統不同，水庫有其自身特殊的生態系統結構和功能特征，構建能夠反映水庫生態系統特征的環境影響后評價技術體系，對豐富和完善水利水電工程環境影響后評價工作具有重要意義。在已有研究中，評價內容集中于下游生態流量的分配、敏感目標保護措施的有效性以及水庫淹沒對土地、動植物和森林資源的影響等方面，鮮見將生態系統與水庫工程相結合開展環境影響后評價的文獻報道。水利水電工程環境影響后評價在國內尚處于發展初期，未形成系統的理論方法，影響了評價工作在國內的普及和開展[14]。本研究在分析水庫生態系統的結構、演替階段和特征以及生態環境影響的基礎上，構建了水庫生態系統環境影響后評價技術體系，以期為建立水庫生態系統環境影響后評價方法、開展后評價工作提供理論支持。

1水庫生態系統的結構

水庫又稱為人工湖泊，是水利工程建筑物攔洪蓄水和調節水流而形成的一種半人工半自然水體[56]。水庫生態系統的結構可以從空間和時間兩方面加以描述。水庫生態系統的時間結構自水庫開始蓄水至水庫消亡可分為水庫的發育階段和水庫湖沼化階段，發育階段又可分為蓄水前、發育期和成熟期三個時期。就大型水庫而言，水庫生態系統的空間結構在橫向上自水庫水體至岸邊陸地通常可以劃分為三個部分，即：水生生態環境、消落帶生態環境和陸生生態環境。其中，水生生態環境在縱向自水庫的入水口至大壩方向上可以劃分為河流區、過渡區和湖泊區三個區域，在垂向上自水體表面至底泥可以劃分為表層、中層、底層和基底。

水庫的特殊結構導致水庫存在物理、化學和生物學上的梯度特征，表現為激流生境到靜水生境的過渡，水庫生態系統內部不斷進行著物質、能量等交換，構成了完整的水庫生態系統。

2水庫生態系統的演替階段

水庫生態系統的時間特征表現在水庫生態系統的長期演替和隨年內調度運行而表現的季節性短期演替兩個方面。

2.1長期演替

從初期蓄水開始進入水庫的發育階段，一般運行4～10年水庫的各類水生態指標開始穩定，期間主要受蓄水期物理、化學和生物過程的影響，各類水生態指標變化趨勢具有一定規律。湖沼化是水庫發育成熟后的生態環境穩定變化時期，生境變化受人類活動影響為主，與湖泊的演替特征類似。

2.2短期演替

水庫生態系統的年內調度分為四個時期：泄水變動期、低水位運行期、蓄水變動期、高水位運行期。蓄水后，徑流枯水期、平水期和豐水期的季節性變動與人為調度相結合，形成新的水文過程，枯水期水位增高、豐水期水位降低，呈反季節變化態勢；水庫的調度運行容易對庫區水環境造成不良影響，水動力條件較差期間易發生水華災害，正常蓄水位與低水位之間的漲落形成的消落帶是水庫管理需要重點關注的敏感區域。

3水庫生態系統的演替特征

3.1時間演替特征

水庫建成初期保留著原來河流的特征。攔河筑壩后，水庫的水文、水動力、水質與生物類群的變化首先表現為水體結構形態和循環過程等物理變化，其次是物質能量流動的變化，進而表現為生物過程的變化[78]。水庫生態系統的時間演替特征見表1。

3.2空間演替特征

水庫生態系統的空間結構變化特征體現為水庫生態系統的水環境、水化學、生物學特征等方面的差異性[9]。水庫生態系統的空間特征見表2。

河流區溶解氧和溶解物質分布比較均勻，營養鹽、無機和有機顆粒物豐富；浮游植物的生長受光抑制，生物量及生長率相對比較低；大粒徑泥沙沉淀，吸附著大量營養鹽的淤泥和黏土被輸送到過渡區

縱向過渡區淤泥、黏土和細顆粒有機物等懸浮物開始沉積；區域內透明度升高，浮游植物生長的光照抑制現象得到改善；水中營養鹽被淤泥和黏土吸附，濃度降低

湖泊區夏季的水溫分層現象十分明顯，一年中大部分時間底層水含氧不足；水體處于營養缺乏狀態，表層水的營養鹽含量降低；浮游植物的生長主要受營養鹽限制

水生生態環境常年淹沒的庫區水體，是水庫周邊水生生物發育的物種來源基地

橫向消落帶生態環境水庫季節性水位漲落使庫區被淹沒土地周期性露出水面的區域。水位在一定范圍內波動，最高和最低水位之間的地帶周期性地被淹沒

陸生生態環境接近水體而不被水體淹沒的地帶；位于最高水位之上，頻繁的人類活動對水庫影響較大；消落帶陸生生物的自然發育基地和泥沙、污染物的直接來源

表層水氣交換良好，光照充足，有利于植物進行光合作用；河水含有較豐富的氧氣，有利于好氧生物的生存和微生物的分解作用

垂向中下層氧氣、陽光逐漸減弱；浮游生物、魚類等隨之減少

基層淤泥、黏土和細顆粒有機物等大量沉積，環境條件比較穩定

[HT]

3.3生物群落演替特征

水庫蓄水淹沒了大量土地，使得水庫生態系統生產力水平大幅度降低。水庫運行使庫區和流域生態系統等初級生產力發生了較大變化。水庫是一個由上下游、左右岸構成的相對完整的連續體，其時空結構的四維特征在流速、泥沙、懸浮物、水交換、水位等方面表現明顯，使生物群落結構向著適應水庫生態系統的方向變化。庫區生物群落及區系分布受水溫結構及溶解氧等條件的影響。蓄水后庫區水環境條件波動很大，生物缺乏足夠的時間進行生長和繁殖，種群難以擴充，因此生物多樣性相對較低[1012]。水庫生態系統不同生物群落的發育特征見表3。

[KH-*1D]

表3水庫生態系統不同生物群落的發育特征

[JZ）]

Table 3Development characteristics of different biological communities in reservoir ecosystem

生物群落發育特征

藻類水庫中富含有機物質及其分解產物氮、磷等，為藍藻等創造了大量繁殖條件

高等植物水位較穩定的水庫，高等植物發達，但水庫中高等植物的過度生長常導致沼澤化；在叢生有高等植物的水庫，浮游生物和底棲生物都比較豐富；高等植物叢生區是許多魚類的產卵場所；在高等植物不發達的水庫，魚類種類和數量較少

浮游動物典型流水性動物和高等甲殼類、浮游幼蟲等數量減少；在河流中一般數量不多的浮游甲殼類，在水庫中廣泛繁殖

底棲生物靜水性動物區系，如搖蚊幼蟲、水蚯蚓，以及某些軟體動物大量繁殖起來；主要分布在水庫的湖泊區和過渡區

魚類在急流中生活和繁殖的種類，其數量急劇減少，大都離開水庫而上溯到河流中；在靜水和微流水生活和繁殖的魚類迅速增加

[HT]

4水庫生態系統環境影響后評價技術體系

4.1水庫建設與運行影響分析

水庫工程的建設運行對水庫生態系統的影響體現在多個方面。生物是整個生態系統中比較敏感的指示性指標，對生物的影響主要表現在對重要生物資源、生物多樣性、生物群落結構和生產力變化的影響，如表4所示。

4.2環境影響后評價技術體系

全面、系統地分析水庫建設與運行對庫區生態環境的影響是確定評價內容和建立評價指標體系的前提。在評價時應緊扣生態保護目標與已核實的生態環境調查結論，對水庫建設與運行對生態環境造成的影響進行評價，主要表現在水文情勢、水環境質量、水溫結構特征、局地氣候和重要生物資源等方面，評價時應遵循綜合性、代表性和可操作性的原則。水庫生態系統環境影響后評價所涉及的評價因子眾多，各因子邏輯關系復雜。現有研究采用較多的主要是前后對比法、邏輯框架法、層次分析法和綜合指數法等，具

體指標評價、監測與分析方法與《環境影響評價技術手冊水利水電工程》中所述方法基本相同，本研究采用綜合指數法計算水庫生態系統的環境影響。

根據水庫生態系統不同發育時期的實際情況，選取其中的特征評價因子建立相應的水生生態環境指標，水利水電工程對水生態的影響集中體現在改變了河道的天然形態、水文及水動力條件，對水生生物的影響集中體現在對魚類的影響上，消落帶的水文條件復雜，不利于形成穩定的生態系統，消落帶生態環境指標包括消落帶內部特征和生態系統狀態，陸生生態環境指標可以從河岸帶的地貌特征、植物特征和動物特征三個方面來建立，從生態系統的結構和功能進行評價。水庫生態系統的環境影響后評價指標體系見圖1。

5結論

根據水庫生態系統演替特征有利于識別后評價指標及指標的變化規律，能夠清楚地判別水利水電工程的建設和運行對不同時期生態環境的影響，為合理提出防治措施提供支撐，為我國水利水電工程環境影響后評價工作的開展提供技術參考。

我國水庫分布區域廣泛，各地區水文、氣象等條件差異很大，難以形成普適性的水庫生態系統環境影響后評價標準，因此現階段亟須開展水利水電工程的環境影響后評價工作，建立分區或分類評價方法。水庫運行過程中會不斷遇到一些新的生態環境問題，需要不斷調整和完善水庫生態系統環境影響后評價的內容和技術方法，逐步形成適用于我國的評價體系。

參考文獻（References）：

[1]張虎成， 陳國柱， 羅友余. 流域水電開發環境影響后評價實踐與思考[J]. 環境科學與管理， 2010（8）： 176178.

[2]陳昂， 隋欣， 王東勝. 國外水庫大壩工程環境影響后評價及對我國的啟示[J]. 中國水能及電氣化， 2010（12）： 2631.

[3]Chen A， Sui X， Wang D S， et al. A Brief Review on PostProject Environmental Appraisals of Dam Projects and Recommendations for China[C]//3rd International Conference on Energy and Environmental Protection， ICEEP 2014. Xian， China. Trans Tech Publ， 2014.

[4]陳昂， 隋欣， 廖文根， 等. 基于數據云的水利信息化數據共享體系構建模式[J]. 科技導報， 2014（34）： 5357.

[5]韓博平. 中國水庫生態學研究的回顧與展望[J]. 湖泊科學， 2010（2）： 151160.

[6]Chen A， Sui X， Wang D S， et al. River Ecosystem Health Assessment and Implications for PostProject Environmental Appraisal in China[C]//Proceedings of 2014 International Conference on Material Engineering and Environment Science. Trans Tech Publ， 2014.

[7]Sui X， Chen L， Chen A， et al. Assessment of temporal and spatial landscape and avifauna changes in the Yellow River wetland natural reserves in 19902013， China[J]. Ecological Engineering， 2015， 84： 520531.

[8]陳昂， 隋欣， 王東勝， 等. 黃河下游河道沿岸景觀格局時空動態變化研究[J]. 水電能源科學， 2014， 32（11）：107110.

[9]Straskraba M， Tundisi J G. Guidelines of Lake Management： Reservoir water quality management[M]. International Lake Environment Committee， 1999.

[10]林秋奇， 韓博平. 水庫生態系統特征研究及其在水庫水質管理中的應用[J]. 生態學報， 2001（6）： 10341040.

[11]Ludovisi A， Poletti A. Use of thermodynamic indices as ecological indicators of the development state of lake ecosystems[J]. Ecological Modelling， 2003， 159（23）： 223238.

[12]Akopian M， Garnier J， Pourriot R. A large reservoir as a source of zooplankton for the river： structure of the populations and influence of fish predation[J]. Journal of Plankton Research， 1999， 21（2）： 285297.