水庫生態(tài)調(diào)度現(xiàn)狀與展望水庫水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測研究

潘騰飛

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水庫是實現(xiàn)水資源時空科學配置，提高水資源可持續(xù)優(yōu)化利用率、促進國家經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的重要工程手段。水庫的興建改善了水資源時空分布不均的現(xiàn)狀，降低了洪災頻度，在發(fā)電、供水、灌溉、防洪、航運等方面發(fā)揮著重要作用。然而，在水庫創(chuàng)造巨大的社會經(jīng)濟效益的同時，也對流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成了負面影響。一方面，水庫運行投產(chǎn)后，破壞了河流的連續(xù)性并威脅著物種的多樣性；另一方面，人們利用水庫對河流徑流進行人工調(diào)節(jié)，改變了河流天然徑流時空分配和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的水庫調(diào)度主要以防洪和經(jīng)濟利益最大化為目標，沒有考慮生態(tài)需求，致使河流生態(tài)環(huán)境受到了威脅和損害，如庫區(qū)泥沙淤積、土壤鹽堿化、下游河道缺水干涸及總溶解氣體過飽和等。為了降低水庫建設及運行對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的負面影響，需要將水庫調(diào)度方式進一步改進。國內(nèi)外大量相關研究表明，水庫生態(tài)調(diào)度能在一定程度上恢復受損的河流生態(tài)環(huán)境。

1 生態(tài)調(diào)度內(nèi)涵

截至目前，人們關于生態(tài)調(diào)度的基本概念尚沒有形成一個完整統(tǒng)一的認識。強調(diào)生態(tài)調(diào)度要求調(diào)度過程能夠同時滿足人類社會發(fā)展和河流生態(tài)系統(tǒng)對水資源的需求。生態(tài)調(diào)度側重制定合理的生態(tài)調(diào)度方式來降低水庫調(diào)度對河流生態(tài)系統(tǒng)的負面影響。提到水庫生態(tài)調(diào)度是在考慮經(jīng)濟效益和社會效益的同時，使其達到最優(yōu)生態(tài)效益的一種多目標調(diào)度手段。將生態(tài)調(diào)度歸納成為了維系和恢復河流生態(tài)系統(tǒng)而采取的多種水利工程調(diào)度措施的總稱。指出生態(tài)調(diào)度是在實現(xiàn)興利和除害的多種經(jīng)濟社會目標的條件下，兼顧生態(tài)基流的一種多目標水庫調(diào)度手段?，F(xiàn)階段有關生態(tài)調(diào)度的各種探索都在強調(diào)將生態(tài)因子納入到傳統(tǒng)的水庫調(diào)度過程中。在實際調(diào)度運行中，應該協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境需水與社會經(jīng)濟用水之間的矛盾，削減傳統(tǒng)水庫調(diào)度對河流生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負面影響，改善并維系河流生態(tài)系統(tǒng)[1]。同時，在保障河湖生態(tài)健康的前提下，適當?shù)亻_發(fā)利用水資源，促進人水和諧。

2 水庫生態(tài)調(diào)度優(yōu)化

2.1 生態(tài)監(jiān)測

采用水文水資源、水環(huán)境和水生態(tài)多專業(yè)復合技術，開展生態(tài)流量調(diào)度河段的監(jiān)測與評估。開展黃河小浪底水庫逐日平均下泄流量和黃河下游西霞院、花園口、夾河灘、高村、濼口和利津斷面逐日平均流量分析，評估年度生態(tài)流量指標滿足程度。結合河流廊道生態(tài)功能要求，評估生態(tài)流量對河流廊道生態(tài)結構、功能的影響和修復情況，并對地下水的影響進行監(jiān)測和評估。調(diào)查調(diào)度影響區(qū)的陸生生態(tài)環(huán)境，分析生態(tài)水量調(diào)度對重要濕地和鳥類棲息地生態(tài)環(huán)境的影響；調(diào)查黃河下游土著及河口洄游魚類生態(tài)環(huán)境變化情況，分析生態(tài)水量配置對重要魚類棲息地的影響。

2.2 以生境為目標的生態(tài)調(diào)度

制造人造洪水是緩解乃至消除水庫運行對下游河道造成的負面影響、恢復河道輸沙輸水功能的重要手段。例如，中國在黃河小浪底水庫進行調(diào)水調(diào)沙實驗，泄放洪水歷時11d，平均流量2740m3/s，通過人造洪水輸沙入海，減少了下游河道的淤積。日本對大壩下游放水、將蓄沙堰中沉積的泥沙釋放至下游，此外還設置了排沙閘設施，使泥沙供給、輸移對自然環(huán)境的影響得到恢復[2]。生態(tài)調(diào)度對河流下游魚類豐富度與河岸侵蝕的影響，結果表明隨著生態(tài)流量的升高，河岸受侵蝕程度下降，河岸生境得到改善，然而魚類豐富度并沒有隨水流量的升高而增加。通過對美國愛達荷州Snake河流上大壩的生態(tài)調(diào)度，適量增加季節(jié)性枯水流量，能夠提高下游底棲生物群落棲息地的可利用性。低水位泄空沖刷、“高渠”拉沙、異重流排沙的調(diào)度方式被應用于新疆頭屯河水庫調(diào)度中，使水庫的有效庫容增加了828萬m3，防洪調(diào)蓄能力增強，不僅延長了水庫壽命，還擴大了水庫的興利效益。人為活動干擾和氣候變化的影響導致河口蘆葦群落退化、沼澤濕地生態(tài)功能、水文功能逐年下降，進而影響鳥類等群落結構的變化。

3 生態(tài)調(diào)度的研究展望

在過去幾十年里，生態(tài)調(diào)度研究逐漸受到各界人士的重視，其研究內(nèi)容也發(fā)生著深刻的變化。早期的研究主要以單因子生態(tài)調(diào)度為主，即以滿足下游河道最小生態(tài)環(huán)境流量為目標進行的生態(tài)調(diào)度。考慮生態(tài)問題比較片面單一，主要通過增加水量以改善水質(zhì)。隨著理論研究的深入和生態(tài)調(diào)度實踐經(jīng)驗的累積，水庫調(diào)度方式也越來越豐富，梯級調(diào)度、聯(lián)合調(diào)度、分層取水調(diào)度等手段越來越多地應用在水庫調(diào)度實踐中。雖然生態(tài)調(diào)度研究已取得一系列的成果，但是對生態(tài)調(diào)度物理機制的研究仍舊匱乏，大量基于經(jīng)驗統(tǒng)計的生態(tài)調(diào)度工作難以從本質(zhì)上解決經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)效益之間的矛盾，因此從機理層面構建生態(tài)調(diào)度模型是目前亟待解決的問題，也將成為生態(tài)調(diào)度領域的新熱點。此外，如何對生態(tài)調(diào)度的效果特別是對水生態(tài)系統(tǒng)健康的效果進行量化，也是當今亟待解決的現(xiàn)實問題[3]。

4 結語

生態(tài)調(diào)度是在兼顧水庫調(diào)度的社會、經(jīng)濟效益的同時重點考慮生態(tài)因素。本文針對生態(tài)調(diào)度問題展開，闡釋了生態(tài)基流的概念，介紹了生態(tài)需水量的計算方法；綜述了不同學者對生態(tài)調(diào)度內(nèi)涵的理解；總結了國內(nèi)外水庫生態(tài)調(diào)度研究進展，分別從基于生態(tài)的水量調(diào)度、泥沙調(diào)度、水質(zhì)調(diào)度、其他生態(tài)因子調(diào)度四個方面展開。在生態(tài)調(diào)度研究的基礎上，進一步討論了綜合調(diào)度概念、分類、實施等問題。