閘壩運行對河流健康影響效應(yīng)初探

李少華

摘要：指出了隨著我國水生態(tài)文明建設(shè)的不斷加快推進.閘壩工程對河流健康影響的關(guān)注度越來越高，閘壩運行在發(fā)揮社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的同時，對河湖水域岸線、河流水量水質(zhì)及流域生物群落均產(chǎn)生不利影響。鑒于此，分析了閘壩運行造成的河流健康問題，提出了減輕閘壩運行對河流健康影響的措施，以期滿足流域可持續(xù)發(fā)展的功能需求。進而為提升河流健康管理水平提供支撐。

關(guān)鍵詞：閘壩運行;生境修復(fù);水系連通;生態(tài)基流;河流健康

中圖分類號：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0062-03

1引言

閘壩是指修建于特定河段并能夠控制一定流域面積的水利工程，屬于人類影響河流自然形態(tài)的重要因素，其能夠抬高上游水位、調(diào)度下游流量及改變洪水徑流過程，進而發(fā)揮水量存儲和水流調(diào)節(jié)的功能效應(yīng)。隨著認(rèn)識的不斷深入，可以看出閘壩等水利工程在支撐流域快速發(fā)展的同時，也會導(dǎo)致局部河段產(chǎn)生水污染事件和防洪調(diào)蓄矛盾，并可能對河岸帶植物類型、群落和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的破壞。尤其是近年來，在人類不合理的擾動作用下，河流產(chǎn)生的水環(huán)境效應(yīng)以及河岸生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)，逐漸成為水資源承載能力維持和水生態(tài)文明建設(shè)過程中亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

河流是地表水資源的主要載體形式，隨著水文過程和介質(zhì)條件的不斷變化，系統(tǒng)研究閘壩運行對河流健康的作用效應(yīng)，分析閘壩影響下的河道形態(tài)改變過程、水文變異規(guī)律和水環(huán)境演化趨勢，研究閘壩生態(tài)化設(shè)計、棲息地生境修復(fù)、河流水系連通和生態(tài)基流保障等河流健康管理的綜合措施，建立科學(xué)有效的閘壩聯(lián)合調(diào)控技術(shù)體系，對于河道管理水平提升、河流健康修復(fù)、河岸濕地保護以及水生態(tài)文明建設(shè)均具有重要意義。因此，針對閘壩運行造成的河流健康問題進行了總結(jié)分析，闡述了閘壩控制型河流健康的評價體系和基本保障措施，以期能為優(yōu)化閘壩的運行管理模式提供參考。

2閘壩運行對河流健康的影響效應(yīng)

2.1閘壩影響效應(yīng)的分級

根據(jù)閘壩運行對河流健康作用的階段過程，可將其劃分為3個效應(yīng)等級。其中，第1級是對非生物環(huán)境要素產(chǎn)生作用，通過攔蓄河水，進而影響下游河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量，如河流的形態(tài)、地貌、水文、水力、水量、水質(zhì)和泥沙等要素。第2級是基于局部環(huán)境條件發(fā)生變化后，引起河流地貌形態(tài)和初級生產(chǎn)力的生態(tài)功能產(chǎn)生變化，如水域岸線、洪泛區(qū)、蓄滯洪區(qū)、三角洲地貌、棲息地及水生微生物、大型水生植物和河岸緩沖帶植被等要素。第3級是在第1、2級變化后逐步增加的綜合效應(yīng)，可使河流濕地生態(tài)系統(tǒng)中的高營養(yǎng)級生物發(fā)生顯著變化，為閘壩對河流健康影響效應(yīng)的最終體現(xiàn)，將會直接決定河流的健康程度，如無脊椎動物、魚類、鳥類、兩棲類和哺乳動物等要素。

2.2閘壩影響效應(yīng)的具體方面

建設(shè)閘壩工程是控制河道中流量變化的人為方式，將徹底改變河流自然的季節(jié)徑流模式，并且河流的洪峰流量和常水位也將隨之發(fā)生變化，進而影響河流濕地的棲息地生境，導(dǎo)致沿河生物群落的組成、分布和生產(chǎn)力均發(fā)生變化。另外，閘壩控水效應(yīng)也會促使蜿蜒的河流水系變成相對筆直的獨立河道，這極大地減少了原有沙洲、河灘等場地所能承載的動植物數(shù)量，使河流上下游之間的生態(tài)特征具有高度一致性，對水生態(tài)、水環(huán)境和水資源產(chǎn)生顯著影響，最終將會造成河流生態(tài)功能有效性和流域生物多樣性呈現(xiàn)下降趨勢。

閘壩運行在帶來經(jīng)濟、社會和部分生態(tài)效益的同時，也給河流水生態(tài)環(huán)境造成破壞，主要涉及河岸地貌、河流形態(tài)、水文情勢、水質(zhì)狀況等非生態(tài)方面的變化。閘壩工程運行的影響效應(yīng)研究包括以下3個具體方面：

（1）閘壩建設(shè)導(dǎo)致河流的水情規(guī)律變化，分析其對河流濕地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和完整性的影響，提出河道生態(tài)基流量的基本限值;

（2）以不同沿河生物的保護和恢復(fù)為目標(biāo)，制定出河流健康的可持續(xù)生態(tài)恢復(fù)方案;

（3）協(xié)調(diào)閘壩工程的建筑構(gòu)成對天然河流生態(tài)廊道造成的改變，解決產(chǎn)生的視覺效應(yīng)問題，為河流環(huán)境修復(fù)提供美學(xué)設(shè)計方法和景觀和諧措施。

3閘壩運行對河流健康評價研究

3.1河流健康評價的基本內(nèi)涵

河流健康評價的內(nèi)涵是伴隨著人類干擾活動的影響，尤其是閘壩等水利工程建成運行后，導(dǎo)致出現(xiàn)河道斷流、黑臭水體和水生生物多樣性降低而被提出的。另外，不同河流的水資源緊缺程度、開發(fā)利用規(guī)模、水污染源類型和人水和諧程度等方面互不相同，使得目前對于河流健康評價的內(nèi)涵存在差別。Singh認(rèn)為在河流健康評價中，不僅要關(guān)注維持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性的能力，還要科學(xué)評估河流生態(tài)系統(tǒng)的社會服務(wù)價值。高凡等認(rèn)為河流健康的評價應(yīng)考慮不同的發(fā)展階段，以流域空間尺度和多時間尺度相結(jié)合的方式開展評價工作，既要充分評價其自然屬性，又要評價其滿足社會發(fā)展的綜合潛力。劉存等認(rèn)為河流健康評價是基于水生態(tài)價值評價與服務(wù)功能價值評價的綜合分析。因此，可以將河流健康評價的內(nèi)涵概括為：河流生態(tài)系統(tǒng)完整性的維持能力，水域納污能力與水體自凈能力，河流濕地的生態(tài)服務(wù)價值，最終滿足流域生態(tài)文明建設(shè)的基本功能需求。

3.2河流健康評價的要素篩選

指標(biāo)篩選是河流健康評價的基礎(chǔ)，根據(jù)有效性、可行性、合理性和科學(xué)性決定各指標(biāo)的使用與否，當(dāng)前選定的河流健康評價指標(biāo)主要包括生境、水質(zhì)、水文、生物和功能等5類要素25個指標(biāo)類別。其中，生境要素主要包括河流濕地植被覆蓋率、棲息地質(zhì)量、生境破碎化指數(shù)、河道穩(wěn)定性、水系連通率和河道蜿蜒度等6個指標(biāo)，水質(zhì)要素主要包括水化學(xué)類型、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、重金屬污染風(fēng)險、水體渾濁度和耗氧有機污染狀況等5個指標(biāo)，水文要素主要包括年際間徑流量變化率、河道壓力指數(shù)、常水位和生態(tài)基流保證率等4個指標(biāo)，生物要素主要包括鄉(xiāng)土生物存活率、流域生物多樣性指數(shù)、外來物種入侵率、魚類種數(shù)、水生植物豐富度和底棲無脊椎動物耐污度等6個指標(biāo)，功能要素主要包括流域土地利用率、防洪安全指數(shù)、供水保證率和水資源開發(fā)利用率等4個指標(biāo)。

3.3河流健康評價的模型體系

基于運用評價標(biāo)準(zhǔn)的不同數(shù)學(xué)方法，從構(gòu)建河流健康評價原理的角度，可以劃分為2類，即模型預(yù)測體系和綜合指標(biāo)評價體系。在河流健康評價中常用的方法主要有5種，即指標(biāo)評價法、層次分析法、模糊綜合評價法、熵權(quán)法和綜合指標(biāo)評價法。其中，指標(biāo)評價法是根據(jù)河流濕地中關(guān)鍵、獨特或敏感的物種類型和數(shù)量，以評估河流的健康水平。層次分析法是指通過定性與定量相結(jié)合的分析過程，較好地解決不同因子、不同層次的復(fù)雜問題，確定各要素層和指標(biāo)層的權(quán)重值，進而對河流的健康狀況進行對比評價。模糊綜合評價法是指通過運用模糊數(shù)學(xué)的基本原理分析，將一些邊界不清或較難描述的特征因子定量化，然后進行綜合評估河流的健康情況。熵權(quán)法是根據(jù)不同評價指標(biāo)的變異系數(shù)以確定其客觀權(quán)重值的大小，其中，評價指標(biāo)的信息熵越小，該指標(biāo)的變異性就越大，所能提供的信息量就越多，在河流健康評價中所發(fā)揮的效應(yīng)就越廣，其權(quán)重賦值也就越高;反之亦然。綜合指標(biāo)評價法是指依據(jù)選定的重要指標(biāo)是否合格，直接進行評價等級劃分，同時結(jié)合數(shù)學(xué)加權(quán)運算公式，進而對河流健康狀況進行綜合評價。

4減輕閘壩運行對河流健康影響的措施

4.1閘壩生態(tài)化設(shè)計

閘壩生態(tài)化設(shè)計是以生態(tài)學(xué)原理和景觀化思想為理論指導(dǎo)，運用生態(tài)的設(shè)計方法來解決閘壩工程設(shè)施運行管理過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題，不斷探索生態(tài)化策略和創(chuàng)造可能性的新理念。主要運用的理論方法有：設(shè)計結(jié)合自然、資源適度開發(fā)、濕地景觀構(gòu)建和生態(tài)水利工程。目前，我國大部分的閘壩工程設(shè)施都是由水利工程師進行設(shè)計和建造的，由于專業(yè)角度的限制，過度重視工程技術(shù)的功能，而忽視了將水利設(shè)施與周圍環(huán)境的有機融合。因此，閘壩生態(tài)化設(shè)計是水利基礎(chǔ)工程設(shè)施重新定位的發(fā)展方向，應(yīng)當(dāng)努力實現(xiàn)其在社會、經(jīng)濟和生態(tài)等方面的綜合最優(yōu)化價值，最終發(fā)揮其保障河流健康發(fā)展的基礎(chǔ)性作用。

4.2棲息地生境修復(fù)

河流生態(tài)系統(tǒng)的棲息地生境是濕地生物和外界環(huán)境的自然聯(lián)系，其可以直接反映出閘控河流的健康水平，是保持河流物理形態(tài)完整的必要條件之一。常用的評價指標(biāo)有：河流底質(zhì)、棲息地多樣化、深潭淺灘分布率、岸坡穩(wěn)定性、水域岸線變化、河流水質(zhì)水量特征、植被多樣性、人類干擾強度和河岸土地利用類型。因此，亟需全面考慮水生生物的基本需求，首先保護與恢復(fù)河道內(nèi)的棲息地生境，不斷加強魚道建設(shè);其次維護河漫灘結(jié)構(gòu)完整性，促進淺灘與邊灘的形成發(fā)育，提高河流的蜿蜒度，構(gòu)建沙洲生境條件，使河流濕地成為生物多樣性的重要載體。同時，在滿足河道行洪能力的前提下，劃定適宜的河岸緩沖帶寬度，實施自然河道重塑治理措施，推進生態(tài)河岸帶建設(shè)，恢復(fù)河流棲息地的類型多樣性，實現(xiàn)河流生態(tài)修復(fù)的長效久治，進而促進維持河流的水生態(tài)健康水平。

4.3河流水系連通

我國各大流域均修建大量的閘壩工程，有利于決策者對水體進行調(diào)節(jié)控制，并在防洪方面發(fā)揮著重要作用，但是對于河流來講，閘壩的運行嚴(yán)重破壞了河流水系的天然連通性，使河流中生物無法正常存活，尤其是魚類繁衍所需的水文脈沖、水力場等環(huán)境無法得到保障。另外，閘壩運行將會改變水資源的時空分布特征，形成多截河道水庫，影響了河流豐枯和洪水漫溢而進行的物質(zhì)交換擴散與能量積累釋放過程，也造成了河道的水位、水溫和流速等邊界條件的變化。因此，應(yīng)當(dāng)改進對不能保證河流連通性閘壩的管理模式，如采取閘門的小流量下泄方法，保持河流的水系連通;或者改建增設(shè)魚道等生態(tài)廊道。通過采用適宜的閘壩調(diào)控方法或改建措施，盡可能地減少閘壩運行對河流連通性的阻隔或負(fù)效應(yīng)，有效恢復(fù)其天然連通性，最終實現(xiàn)河流健康模式的循環(huán)漸進發(fā)展。

4.4生態(tài)基流保障

生態(tài)塞流是指河流維持基本生態(tài)功能和形態(tài)的最小閾值流量，也是指在特定的時空條件下，最大限度保證河流健康所需要的、滿足生態(tài)功能要求的流量，可以保障河道基流、水面蒸發(fā)、深層滲漏、水體凈化、水鹽平衡、輸沙沖淤和洪水脈沖等方面的需要。但是，生態(tài)基流的精確計算并不能將各項功能需水量進行簡單數(shù)學(xué)加減，因為可能在一定的水量范圍內(nèi)，能夠部分或全部地滿足各項需求。生態(tài)基流保障的程度可采取定性和定量相結(jié)合的方法評價，常用方法如下：

（1）采用實測控制斷面多年平均流量20%作為河段生態(tài)基流的Tennant法;

（2）篩選最近10年最枯月的平均流量的最枯月流量法;

（3）根據(jù)濕周一流量關(guān)系曲線上的拐點來具體確定生態(tài)基流的濕周法。

5結(jié)語

閘壩運行對河流健康的影響作用具有正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化閘壩工程管理的生態(tài)調(diào)度與控制模式，使其造成河流濕地生態(tài)環(huán)境的不利因素減到最少。通過系統(tǒng)鞏固流域水旱災(zāi)害防御的基礎(chǔ)水利設(shè)施，既能提高水資源的可調(diào)控性，又能滿足下游河道的生態(tài)基流量。在此基礎(chǔ)上，逐步提升河流水系的連通率，保障流域的水生態(tài)安全，實現(xiàn)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度。修建河道生態(tài)堤防、應(yīng)用閘壩智慧調(diào)度、合理增加河流灘涂面積、利用洪水資源的生態(tài)功能、恢復(fù)原有蓄滯洪區(qū)的調(diào)節(jié)能力和保障河流濕地范圍的寬度需求是未來河流健康管理模式變化的重要方向，不斷落實我國的綠色發(fā)展理念，持續(xù)推進水生態(tài)文明建設(shè)，積極打造水清岸綠、景觀優(yōu)美的河流健康環(huán)境。