我國(guó)生態(tài)水利研究進(jìn)展

姜翠玲，王 俊

(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京 210098)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源和電力的需求日益增加。建設(shè)水利工程、確保水資源和水電能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本條件，因此在未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，發(fā)展水電仍是解決能源短缺的重要措施［1-2］。水利水電工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、灌溉、供水、航運(yùn)等巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也永久改變了河道的水生態(tài)環(huán)境條件，影響了河流水生態(tài)系統(tǒng)和水體的自凈能力。水利水電工程的生態(tài)影響問題逐漸引起社會(huì)各界的關(guān)注和重視，成為當(dāng)前水利水電事業(yè)發(fā)展面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。21世紀(jì)的現(xiàn)代水利事業(yè)將從傳統(tǒng)的工程水利發(fā)展成為兼顧環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡的生態(tài)水利［3-4］。隨著人們對(duì)水利工程建設(shè)與水體污染、生態(tài)環(huán)境惡化、生物多樣性減少之間關(guān)系認(rèn)識(shí)的深入［5］，21世紀(jì)以來，衍生出了生態(tài)水利學(xué)科、生態(tài)水利專業(yè)、生態(tài)水利研究所等相關(guān)機(jī)構(gòu)，對(duì)生態(tài)水利的概念、內(nèi)涵、研究?jī)?nèi)容、研究的理論基礎(chǔ)、技術(shù)方法等進(jìn)行了探索。河海大學(xué)依托水文學(xué)及水資源、環(huán)境科學(xué)與工程、水利工程等優(yōu)勢(shì)學(xué)科，于2002年設(shè)置了生態(tài)水利專業(yè)，同年該專業(yè)被教育部批準(zhǔn)為碩士學(xué)位和博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，該專業(yè)在水利工程的生態(tài)效應(yīng)、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)、生態(tài)徑流、生態(tài)水文、國(guó)際河流水資源保護(hù)等研究方向上取得了可喜的研究成果。筆者結(jié)合多年的生態(tài)水利專業(yè)建設(shè)和課題研究的經(jīng)驗(yàn)，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外生態(tài)水利研究現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，論述生態(tài)水利研究的內(nèi)涵、方向和發(fā)展趨勢(shì)。

1 生態(tài)水利的內(nèi)涵和研究?jī)?nèi)容

1．1 生態(tài)水利的內(nèi)涵

生態(tài)水利是一個(gè)多學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)，是水文學(xué)、水力學(xué)、地貌學(xué)、生態(tài)學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科的交叉和融合?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)和成果［6］，生態(tài)水利可定義為:研究水利工程建設(shè)和運(yùn)行對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的影響以及在這種影響下生態(tài)系統(tǒng)的演變趨勢(shì)，探索在水資源開發(fā)利用過程中，采取的既能滿足人類社會(huì)需求，又能兼顧水生態(tài)系統(tǒng)健康和良性發(fā)展的各種措施和方法。

1．2 生態(tài)水利的研究方向

生態(tài)水利研究可分為基礎(chǔ)理論研究和實(shí)踐應(yīng)用兩個(gè)方面，其中基礎(chǔ)理論研究主要包括生態(tài)水文學(xué)、生態(tài)水力學(xué)、水利工程的生態(tài)效應(yīng)等幾個(gè)方面;而實(shí)踐應(yīng)用主要包括生態(tài)水利工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)、水利工程影響下的水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)措施、生態(tài)需水量和生態(tài)調(diào)度、水體連通性等4個(gè)方面。

2 生態(tài)水利的基礎(chǔ)理論研究

2．1 生態(tài)水文學(xué)和生態(tài)水力學(xué)

近幾年，對(duì)生態(tài)水文學(xué)的定義很多，從廣義范圍來看，生態(tài)水文學(xué)是研究水文過程與生物過程的耦合關(guān)系，研究范圍包括陸地上的氣候-土壤-植被之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，河流水文情勢(shì)及其變化對(duì)水生生物和河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及流域尺度上水文過程和生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系［7］。自1992年都柏林“水與環(huán)境”國(guó)際會(huì)議至今，生態(tài)水文學(xué)的內(nèi)涵在不斷改進(jìn)和完善，其中最重要的一點(diǎn)在于水文要素和生物要素之間的影響和調(diào)節(jié)作用［8］。從生態(tài)水利的角度來看，生態(tài)水文學(xué)研究的重點(diǎn)是河流水文情勢(shì)及其變化對(duì)水生生物和生境條件的影響，即河流的水文過程及與生物之間的響應(yīng)關(guān)系。

雖然人類很早就關(guān)注到了河勢(shì)的演變與水動(dòng)力過程對(duì)生物的影響，但有關(guān)生態(tài)水力學(xué)的概念是在1994年首屆國(guó)際生態(tài)水力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議后才逐漸形成。

生態(tài)水力學(xué)是研究水動(dòng)力學(xué)和水生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用的一門新興交叉學(xué)科，它一方面研究水力條件的改變對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)平衡及生物多樣性的影響，另一方面研究水生態(tài)系統(tǒng)的演變對(duì)水力情勢(shì)的反作用，從微觀上探索水與生態(tài)系統(tǒng)之間的基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)過程［8］。

目前生態(tài)水文和生態(tài)水力學(xué)主要研究地形、水溫、流速、流量、流速場(chǎng)、含沙量和水位等水文和水力學(xué)要素變化對(duì)水生生物生活習(xí)性、繁殖能力、棲息地等所產(chǎn)生的影響。研究方法可歸結(jié)為兩大類，一類是以大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)或室內(nèi)水槽試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)分析方法;另一類是將水文學(xué)與水力學(xué)、形態(tài)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)植物棲息地特征以及物種生長(zhǎng)進(jìn)化聯(lián)系起來的混合模擬方法。在我國(guó)，研究較多的是瀕危物種和主要經(jīng)濟(jì)魚類的繁殖和棲息環(huán)境的水文、水力學(xué)因素以及水利工程建設(shè)造成的這些因素改變對(duì)生物的影響，如4大家魚產(chǎn)卵時(shí)的水文水動(dòng)力特性、產(chǎn)卵場(chǎng)的生態(tài)水文特征;中華鱘繁殖棲息地特征、產(chǎn)卵場(chǎng)的水動(dòng)力特征、水文狀況與繁殖活動(dòng)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型、葛洲壩和三峽水庫(kù)建設(shè)造成的地形、水溫、流速、流場(chǎng)等因子變化對(duì)中華鱘產(chǎn)卵的影響等［9-12］。水位是湖泊和濕地生態(tài)水文過程的關(guān)鍵因素之一，其動(dòng)態(tài)變化影響湖泊、濕地植被群落的組成、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力。水位變化與濕地植被關(guān)系的研究主要集中在水位梯度和水位波動(dòng)對(duì)濕地植被的影響以及人工控湖、控河工程的生態(tài)效應(yīng)研究［13］。

總結(jié)現(xiàn)有研究成果，目前還缺乏水文、水力學(xué)特征與河流水生生物的生命過程響應(yīng)關(guān)系的理論基礎(chǔ)，在調(diào)水、引水等水利工程建設(shè)造成的流速、流量、水位、水鹽梯度變動(dòng)對(duì)上下游河岸和河口地區(qū)生物群落的影響等方面研究較少。

2．2 水利工程的生態(tài)效應(yīng)

水利工程的生態(tài)效應(yīng)主要指工程建設(shè)及運(yùn)行對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能的影響［14］。自20世紀(jì)70年代末，我國(guó)開始對(duì)水利工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估和研究，主要注重以下兩個(gè)方面。

2．2．1 建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)

建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)是對(duì)擬建項(xiàng)目可能造成的環(huán)境影響(包括環(huán)境污染和生態(tài)破壞，也包括對(duì)環(huán)境的有利影響)進(jìn)行分析、論證的過程，要求在調(diào)查、監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過建立數(shù)學(xué)模型等技術(shù)手段，預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)工程建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施和對(duì)策。水利工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有滯后性和累積性等特征，部分影響要幾年或幾十年才表現(xiàn)出來。目前我國(guó)陸續(xù)開展了一些重要水利工程建設(shè)影響的后評(píng)價(jià)，對(duì)比分析水利工程建設(shè)前及運(yùn)行后水生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際變化，校核環(huán)境影響評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)結(jié)果，評(píng)判工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法的正確性、合理性，以及環(huán)保措施的落實(shí)程度［15］。

2．2．2 水利工程生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)體系研究

水利工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系包括評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法的確定。目前水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建主要有兩種模式:①基于傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法建立指標(biāo)體系，包括層次分析法、主成分分析法、模糊評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法和TOPSIS分析法等。②基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模式建立指標(biāo)體系，其理論基礎(chǔ)是研究人與自然的相互關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境管理、生態(tài)安全評(píng)價(jià)及決策制定等領(lǐng)域［8］。

在水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)中，指標(biāo)體系的建立是關(guān)鍵。但由于影響水生態(tài)環(huán)境變化的因子很多，以及人們對(duì)于水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)內(nèi)涵的理解不同，不同學(xué)者提出了不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有一套合理的、科學(xué)的、具有代表性的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)結(jié)果多樣且不具可比性，沒有普遍的指導(dǎo)作用。因此，建立生態(tài)影響的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的意義。

3 生態(tài)水利的實(shí)踐應(yīng)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源和水電能源需求日漸增長(zhǎng)，建設(shè)水利工程，開發(fā)水電資源，仍然是我國(guó)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。如何在水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，在發(fā)揮水電工程的經(jīng)濟(jì)效益的前提下，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求，采取生態(tài)修復(fù)、生態(tài)調(diào)度等措施，減輕和緩和水利工程對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響，是水生態(tài)文明建設(shè)的一部分，也是生態(tài)水利面臨的巨大挑戰(zhàn)。近幾年，生態(tài)水利的實(shí)踐和應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3．1 生態(tài)水利工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)水利工程以建設(shè)水工建筑物為手段，目的是改造和控制河流，以滿足人們防洪、發(fā)電和水資源利用等多種需求。生態(tài)水利強(qiáng)調(diào)水利工程在滿足人類社會(huì)需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。對(duì)于擬建工程，在進(jìn)行傳統(tǒng)水利建設(shè)(如治河、防洪工程)的同時(shí)，兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。對(duì)于已建工程，則是對(duì)被嚴(yán)重干擾的河流采取生態(tài)修復(fù)措施［16］。生態(tài)水利工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)的原則就是盡量保持河道的自然蜿蜒性、水流縱向上的連續(xù)性、橫向上的連通性以及岸邊和底質(zhì)材料的透水性等。我國(guó)閘壩的建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)主要關(guān)注工程對(duì)瀕危物種和洄游性魚類的影響，通過建設(shè)洄游通道、增殖放流、異地建立保護(hù)區(qū)或保護(hù)河段、模擬創(chuàng)造人工生境等措施保護(hù)關(guān)鍵水生生物［2］。如葛洲壩水利樞紐中采取建設(shè)增殖放流站的措施來解決中華鱘等珍稀魚類的保護(hù)問題。近幾年，隨著我國(guó)水利水電資源開發(fā)程度加大，天然漁業(yè)資源嚴(yán)重退化，甚至危及國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的珍稀特有魚類，過魚設(shè)施的研究和建設(shè)受到重視，一批過魚設(shè)施已建成運(yùn)行或在規(guī)劃建設(shè)中［17］，如北京上莊水庫(kù)魚道［18］、西藏獅泉河魚道［19］、珠江長(zhǎng)灘樞紐魚道、曹娥江大閘魚道等。雖然《中華人民共和國(guó)水法》和《中華人民共和國(guó)漁業(yè)法》為過魚設(shè)施的修建提供了法律依據(jù)，但目前我國(guó)過魚設(shè)施的設(shè)計(jì)主要借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，尚無規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南可循，過魚設(shè)施建成后的運(yùn)行也缺少必要的評(píng)估、監(jiān)管措施。

3．2 水利工程影響下的水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)措施

從生態(tài)水利的觀點(diǎn)出發(fā)，水利工程建設(shè)不僅應(yīng)滿足人們對(duì)水的需求，同時(shí)要滿足維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的需求，實(shí)現(xiàn)人-水-生態(tài)系統(tǒng)的和諧，這也是水生態(tài)文明建設(shè)所提倡的。

水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，對(duì)于河流的負(fù)面影響可以劃分為兩類。第一是棲息地和生境特征的變化，主要指庫(kù)區(qū)淹沒、泥沙淤積、水庫(kù)下游沖刷引起的河勢(shì)變化、漫灘濕地和岸邊植物帶損失、河湖聯(lián)通關(guān)系的變化等。水庫(kù)蓄水造成上游從動(dòng)水變?yōu)殪o水，水體自凈能力下降，促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)，易發(fā)生水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化。下游流量減少，稀釋混合能力下降，也容易造成水質(zhì)的變化。第二類是水文、水力學(xué)因子影響，即流量、流速、水溫和水文情勢(shì)等變化，引起生態(tài)過程的變化。解決水利工程的生態(tài)影響，第一類問題主要靠棲息地的恢復(fù)和重建解決;第二類問題主要是改善現(xiàn)行的水庫(kù)調(diào)度方式和改善水體的連通性［20-21］。

棲息地是指某種生物或某個(gè)生態(tài)群體生存繁衍的場(chǎng)所或環(huán)境類型，包括其完成全部生命歷程所必需的水域范圍，如產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)以及連接不同生活史階段水域的洄游通道等［22］。水生物棲息地修復(fù)技術(shù)是根據(jù)生物體的生態(tài)水力特性，營(yíng)造出特定的水流環(huán)境等水生生物所需要的環(huán)境。根據(jù)水生生物活動(dòng)的空間尺度，水生物棲息地可分為河道內(nèi)棲息地和流域內(nèi)棲息地［23］。

3．2．1 河道內(nèi)棲息地的修復(fù)

首先要明確修復(fù)目標(biāo)的生活習(xí)性，技術(shù)手段有河岸帶改造、淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的營(yíng)造、透水基底恢復(fù)、河岸覆蓋物和設(shè)置亂石堆或丁壩等模擬水生生物所偏好的活動(dòng)場(chǎng)所等［24］。

河岸和灘地是水陸交錯(cuò)地帶，優(yōu)越的光照、水分、溫度、營(yíng)養(yǎng)條件，有利于水生和濕生植物的生長(zhǎng)，能攔截、過濾、凈化來自流域陸地的污染物，也是水生生物覓食、產(chǎn)卵、育幼、嬉戲的重要棲息場(chǎng)所，具有豐富的生物多樣性。閘壩建設(shè)造成的水位波動(dòng)以及筑堤和岸坡硬質(zhì)化均會(huì)影響水陸過渡帶的生境條件和生態(tài)系統(tǒng)。目前采用的河道生態(tài)修復(fù)方法有岸坡改造、培育水生生物等。河道岸坡采用有利于植物生長(zhǎng)的透水材料，即選用生態(tài)護(hù)坡材料，特別注意的是首選當(dāng)?shù)靥烊徊牧?，如選用天然的石材、木材等，按一定方式堆置在兩岸，在縫隙中種植植被，既可增強(qiáng)護(hù)岸抗沖刷能力，又能為水生生物提供附著、棲息和覓食的場(chǎng)所［25］。

水利工程建設(shè)可造成河道流速減小、流動(dòng)性變差，水體自凈能力下降，易使庫(kù)區(qū)和入庫(kù)口發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。植物和其上附著的微生物通過根區(qū)效應(yīng)對(duì)水體中的污染物有很好的降解和凈化功能，通過在灘地、淺水區(qū)、濱岸地帶培育高等植物，截留、吸收水體和底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可降低氮、磷及污染物的含量。

筑壩建閘以后新形成的水庫(kù)，由于淹沒區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放，生物有機(jī)殘?bào)w分解，以及靜水條件的形成，水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，水生態(tài)系統(tǒng)脆弱，容易在庫(kù)灣、壩前和河流入庫(kù)口處發(fā)生水華暴發(fā)的現(xiàn)象［26］，在緩流區(qū)(如岸邊、淺水區(qū)、入庫(kù)河口)培育高等水生植物可吸收庫(kù)區(qū)和淹沒區(qū)土壤中的營(yíng)養(yǎng)與污染物質(zhì)，并為水生動(dòng)物提供覓食、產(chǎn)卵場(chǎng)所;在庫(kù)區(qū)自然放養(yǎng)濾食性動(dòng)物(魚類、底棲生物)可抑制浮游生物的生長(zhǎng)，防治藍(lán)藻暴發(fā)。

目前的河道生態(tài)修復(fù)，是流域水資源綜合規(guī)劃和管理的一部分，往往和河道生態(tài)景觀建設(shè)結(jié)合起來，在保護(hù)河道水生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，滿足人類親水、用水的需求。

3．2．2 流域內(nèi)棲息地恢復(fù)

流域內(nèi)棲息地恢復(fù)措施有:濕地的恢復(fù)、前置庫(kù)的建設(shè)、流域內(nèi)生態(tài)廊道的構(gòu)建、巢形建筑物和庫(kù)心島的建設(shè)等。濕地具有保護(hù)河流生物多樣性、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)水文過程等多種功能，濕地修復(fù)包括對(duì)原有濕地的復(fù)原和建造人工濕地等。前置庫(kù)有截留和凈化污染物、沉降泥沙、保護(hù)主體庫(kù)區(qū)水環(huán)境等功能，設(shè)置前置庫(kù)能有效減輕水庫(kù)蓄水帶來的泥沙淤積、水質(zhì)變差等不利影響。湖心島和巢形建筑物是鳥類和水禽的棲息地和避難場(chǎng)所，植物在湖心島及其周邊生長(zhǎng)，吸引水生動(dòng)物和鳥類至水邊棲息、構(gòu)建食物鏈、豐富生物多樣性，增加景觀效應(yīng)。流域內(nèi)生態(tài)廊道是指由河流、湖庫(kù)、水塘、濕地、綠地、山區(qū)等構(gòu)建的生物遷徙通道，為流域內(nèi)的水生生物、鳥類等打造自由活動(dòng)的空間和鏈接廊道。

3．3 生態(tài)需水量(或生態(tài)徑流量)和生態(tài)調(diào)度

水利工程建設(shè)改變了河流的水文情勢(shì)，造成河流的非連續(xù)性，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，水生生物關(guān)鍵生育期所需的水文脈沖、水力場(chǎng)等難以保障，影響生物種群的生存和繁衍。計(jì)算和保證河道生態(tài)需水量(或生態(tài)流量)是我國(guó)20世紀(jì)末和21世紀(jì)初水利學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)討論的熱點(diǎn)問題［20］。

生態(tài)需水量是指維系某一水域生態(tài)系統(tǒng)的基本生態(tài)功能所需的水資源量。確定生態(tài)需水量是生態(tài)調(diào)度的基礎(chǔ)，也是保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)功能的有效措施［27］。國(guó)內(nèi)外關(guān)于生態(tài)需水量計(jì)算方法很多，不同的生態(tài)需水量估算方法有其適用條件和適用范圍［28-30］。

a．水文指數(shù)法(也稱歷史流量法)。水文指數(shù)法是生態(tài)需水評(píng)價(jià)中最簡(jiǎn)單的方法，依據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)確定需水量。常用的方法有Tennant法［31］(或稱蒙大拿(Montana)法)、基本流量法、7Q10法、德克薩斯(Texas)法、流量持續(xù)時(shí)間曲線分析法、年最小流量法和水力變化指標(biāo)法(IHA)等。

b．水力學(xué)法。水力學(xué)法是根據(jù)河道水力參數(shù)(如寬度、深度、流速和濕周等)確定生態(tài)需水量的方法，常用的有濕周法、R2Cross法。

c．棲息地法。棲息地法是根據(jù)指示物種所需的水力條件確定河流流量，目的是為水生生物提供一個(gè)適宜的物理生境。最常用的棲息地法是河道內(nèi)流量增量法(IFIM)

d．整體分析法。通過綜合研究河道內(nèi)流量、泥沙運(yùn)輸、河床形狀與河岸帶群落之間的關(guān)系確定流量的推薦值，并要求這個(gè)推薦值能夠同時(shí)滿足生物保護(hù)、棲息地維持、泥沙沖淤、污染控制和景觀維持等整體生態(tài)功能。主要有南非的BBM法和澳大利亞整體評(píng)價(jià)法。

通過實(shí)施生態(tài)調(diào)度來滿足下游河道的生態(tài)需水量和需水過程，達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目的，因此，生態(tài)調(diào)度是減少水利工程生態(tài)負(fù)效應(yīng)的重要途徑之一。

傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度目標(biāo)是滿足防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、供水等需求，綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，生態(tài)調(diào)度方法包括:河流生態(tài)需水量調(diào)度、模擬生態(tài)洪水調(diào)度、防治水污染調(diào)度、控制泥沙調(diào)度、生態(tài)因子調(diào)度、水系連通性調(diào)度等［32-36］。

國(guó)外實(shí)施生態(tài)調(diào)度的主要目的是減輕水利工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，滿足關(guān)鍵生物物種的生態(tài)需求，采取的措施有:在幼魚洄游季節(jié)，增加溢洪道和大壩的下泄水量，提高幼魚的過壩率;在產(chǎn)漂流性卵魚類的繁殖季節(jié)下泄洪水，形成人造洪峰，刺激魚類產(chǎn)卵;在產(chǎn)黏性卵魚類的繁殖季節(jié)，通過降低水庫(kù)下泄水流的日波動(dòng)，保持水位穩(wěn)定，增加魚的產(chǎn)卵量和孵化量;調(diào)整水庫(kù)的調(diào)度方式，保證最小下泄流量和下泄水流的溶解氧濃度，保護(hù)河流的魚類和大型無脊椎動(dòng)物;在河漫灘樹苗的生長(zhǎng)季節(jié)，減少水庫(kù)泄水中非自然脈沖的頻率和淹沒時(shí)間，保護(hù)河濱低地的闊葉林和沼澤;模擬自然河流水文情勢(shì)，增加春季洪峰的流量和持續(xù)時(shí)間，保護(hù)瀕危魚類、土著魚類;通過下泄低波動(dòng)水流、棲息地營(yíng)造水流等，修復(fù)大壩下游的沙洲和邊灘、洪泛區(qū)和河口棲息地［21，37-38］。

近幾年，我國(guó)也開展了生態(tài)調(diào)度的理論和實(shí)踐研究。由于面臨巨大的防洪壓力以及持續(xù)不斷的電力需求，目前我國(guó)水利工程的水庫(kù)調(diào)度基本上是以防洪、發(fā)電和改善航運(yùn)為主，適當(dāng)兼顧水產(chǎn)、旅游以及改善中下游水質(zhì)等其他要求，一般不考慮專門的調(diào)度需求。

我國(guó)生態(tài)調(diào)度的實(shí)施主要在3個(gè)方面:一是保證河道的生態(tài)基流，這是在計(jì)算河道生態(tài)需水量的基礎(chǔ)上提出來的，主要是在保證發(fā)電效益的基礎(chǔ)上，使河道不斷流，維持河道下游最小生態(tài)流量;二是為改善水質(zhì)實(shí)施的調(diào)度措施(即調(diào)水沖污)［39］，主要為促進(jìn)水體的流動(dòng)、增加流量以改善水質(zhì)，如引江濟(jì)太、調(diào)長(zhǎng)江水改善沿江城市河道水質(zhì)等;三是為緩解水資源短缺而實(shí)施的應(yīng)急供水，如塔里木河生態(tài)應(yīng)急輸水，三江平原、扎龍濕地應(yīng)急補(bǔ)水等［38］。

傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度都以經(jīng)濟(jì)利益最大化為目標(biāo)，兼顧生態(tài)保護(hù)的水庫(kù)調(diào)度勢(shì)必會(huì)降低水庫(kù)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)生態(tài)調(diào)度引起的利益關(guān)系調(diào)整，國(guó)外普遍通過立法、公眾參與等方式加以解決。美國(guó)是由國(guó)會(huì)和政府部門出面，通過修改、制定法律和政策，明確水庫(kù)運(yùn)行的目標(biāo)除了經(jīng)濟(jì)目的以外，還必須把保護(hù)生態(tài)環(huán)境列為重要目標(biāo)。

生態(tài)調(diào)度在我國(guó)目前仍停留在理論探討以及初步的嘗試階段，從實(shí)踐和研究現(xiàn)狀來看，我國(guó)水利工程生態(tài)調(diào)度主要是應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、水體污染、泥沙淤積、濕地萎縮、生態(tài)災(zāi)難等的應(yīng)急性調(diào)度，還缺乏以明確的生物物種或河道內(nèi)生物棲息地質(zhì)量改善為目標(biāo)的生態(tài)調(diào)度實(shí)踐案例，生態(tài)調(diào)度的實(shí)施主要通過行政手段，尚未建立調(diào)度的長(zhǎng)效機(jī)制，嚴(yán)重地制約著生態(tài)調(diào)度的可持續(xù)性［20-21，40］。

3．4 水體的連通性

水體的聯(lián)通性目前在我國(guó)是一個(gè)研究熱點(diǎn)。當(dāng)前的研究主要集中在對(duì)河湖連通性概念、內(nèi)涵、連通特征及驅(qū)動(dòng)因素的分析上。有關(guān)河湖連通性的概念有很多，主要有兩種。一種是指河湖水系連通工程。為提高水資源配置能力，解決水資源通道被阻斷，河湖萎縮，水系循環(huán)性差，水資源和水環(huán)境承載能力下降等問題，國(guó)家“十二五”規(guī)劃以及水利部重大水利問題均提出將河湖連通作為提高水資源配置能力的重要途徑，“在保護(hù)生態(tài)前提下，盡快建設(shè)一批骨干水源工程和河湖水系連通工程，提高水資源調(diào)控水平和供水保障能力”［41-43］。另一種是根據(jù)河流連續(xù)統(tǒng)的概念，將水系連通性作為評(píng)價(jià)河湖健康程度的重要屬性，將水體連通性看作是河道干支流、湖泊、海洋、濕地等水系的連通情況。這一概念與水利部為解決日益嚴(yán)重的水問題而提出的河湖水系連通戰(zhàn)略尚有很大的差異［44-45］。

因此，從生態(tài)保護(hù)的角度來看，水系連通并非指河湖水系連通工程和調(diào)水工程，而是指保持河流與河流、河流與湖泊、河流與海洋之間的自然連通，不僅是水流上的連續(xù)，也包括能量流、生物流、信息流、物質(zhì)流的連續(xù)。水利水電工程攔河筑壩將河流攔腰斬?cái)?，改變了河流的連續(xù)性。工程建成后，根據(jù)防洪、發(fā)電和供水等需求進(jìn)行工程調(diào)度，壩下形成減水段或斷流，從而破壞了河流水文-水力學(xué)的連通性。大壩的攔蓄不但阻斷了河流中洄游魚類的通道，同時(shí)也影響了上游營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的向下輸移，增加了河流生境的破碎化程度，造成河流生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能的改變［46］。

自20世紀(jì)50年代以來，在長(zhǎng)江已興建水庫(kù)4.8萬座，總庫(kù)容達(dá) 1200億m3;在淮河流域 1000余公里的河長(zhǎng)上先后建起了各類水庫(kù) 5300多座，大小水閘4300多座。閘壩建設(shè)造成的物理阻隔和水文要素的急劇變化，損害了河流自然凈化能力和水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成水生態(tài)環(huán)境的變化。

流域閘壩建設(shè)的密度、對(duì)水系分割的程度、閘壩建設(shè)的位置、設(shè)計(jì)建設(shè)的方式等都會(huì)影響水系的連通性。為保障流域關(guān)鍵生物種群的繁衍，維持怎樣的連通度，即流域水資源開發(fā)利用的強(qiáng)度的大小是當(dāng)前需要深入研究和論證的。

研究自然演變與人類活動(dòng)共同作用下河湖水系連通的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、變化過程和影響機(jī)理是河湖水系連通理論研究的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。如何恢復(fù)和提高河流的連通性，已經(jīng)成為緩解水利水電工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，維護(hù)河流健康，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要措施。

4 生態(tài)水利的發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，我國(guó)生態(tài)水利研究起步較晚，理論基礎(chǔ)還很薄弱，生態(tài)調(diào)度、水系連通性、水生態(tài)修復(fù)等方面的研究還處于探索之中，未來需要加強(qiáng)的研究方向有:

a．水文情勢(shì)-生物響應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)研究。研究影響水生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵生物種的生境要素，分析生境要素變化與生物生態(tài)過程的響應(yīng)關(guān)系，確定關(guān)鍵物種對(duì)主要環(huán)境因子變化的耐受范圍和閾值。如關(guān)鍵生物種群棲息地的地形、流場(chǎng)、溫度、水位、流速等特征，研究水利工程建設(shè)造成的水文情勢(shì)和水力學(xué)特征的變化(流量豐枯變化、季節(jié)性洪水脈沖變化、洪水來水時(shí)間和長(zhǎng)短、下泄水流速和流態(tài)的急劇變化及空氣過飽和現(xiàn)象、水庫(kù)低溫水排放等)對(duì)魚類和其他生物的產(chǎn)卵、育肥、生長(zhǎng)、洄游等生命過程的影響。

b．水利工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估的科學(xué)性、統(tǒng)一性。大多的水利工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)仍以定性評(píng)價(jià)為主，缺乏定量的、科學(xué)的、統(tǒng)一的評(píng)估方式。定性分析常常在現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)水生生態(tài)系統(tǒng)的種類組成、結(jié)構(gòu)和功能，預(yù)測(cè)水利工程建設(shè)后生物群落在組成、數(shù)量等方面的變化趨向。定量評(píng)估是權(quán)衡水利工程生態(tài)影響程度和經(jīng)濟(jì)效益大小的手段，制定統(tǒng)一的、科學(xué)的、具有代表性的指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法，才能使不同水利工程生態(tài)影響的評(píng)價(jià)結(jié)果具有科學(xué)性和可比性。

c．依據(jù)主要生物生活習(xí)性確定生態(tài)流量。雖然在我國(guó)有多種多樣生態(tài)需水量和生態(tài)徑流的估算方法，但這些方法基本上是引進(jìn)國(guó)外的研究成果和經(jīng)驗(yàn)。生態(tài)徑流的確定涉及生物需水方面的基礎(chǔ)理論研究，需要大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的支持，今后，需加強(qiáng)有關(guān)水生生物生命過程與水文情勢(shì)變化響應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)研究，開展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和生態(tài)物理過程的模擬實(shí)驗(yàn)，研發(fā)基于生物需求的水文過程模擬模型，探索滿足各河流獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的河道生態(tài)流量計(jì)算方法。

d．生態(tài)調(diào)度的常規(guī)化、法制化。在我國(guó)目前還缺乏對(duì)河流生物種群生存、繁衍所需的生態(tài)條件的深入研究，也缺乏對(duì)工程影響下河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能退化的機(jī)理和過程的研究，有關(guān)生態(tài)調(diào)度還主要集中在理論、方法、模式的探索上，生態(tài)調(diào)度的實(shí)踐還很少。由于水庫(kù)業(yè)主明顯缺乏生態(tài)保護(hù)的內(nèi)在動(dòng)力，必須由政府或相關(guān)責(zé)任單位出面，將保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為水庫(kù)調(diào)度的重要目標(biāo)，建立權(quán)衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益之間關(guān)系的評(píng)估方法和指標(biāo)體系，確定多目標(biāo)的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模式，并通過立法保證生態(tài)調(diào)度方案的實(shí)施，使生態(tài)調(diào)度常規(guī)化、法制化。同時(shí)，對(duì)生態(tài)調(diào)度的效果進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)和評(píng)估，修訂和完善生態(tài)調(diào)度的規(guī)則。

e．水系連通性的理論和實(shí)踐研究。水系連通性的概念和理論近年來才被引入我國(guó)，在水利水電環(huán)保領(lǐng)域其研究才剛剛起步，科研基礎(chǔ)薄弱，更缺少工程實(shí)踐的驗(yàn)證。水系連通性研究需要從全流域出發(fā)，根據(jù)流域的生物分布特點(diǎn)，生境特征，結(jié)合流域的實(shí)際情況，全面統(tǒng)籌干流上、中、下游及重要支流的關(guān)系，開展水系連通性的生態(tài)影響評(píng)價(jià)，制定水系連通性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，同時(shí)在流域綜合規(guī)劃和水電開發(fā)規(guī)劃階段就應(yīng)考慮水系連通性的問題［46］，將水系連通性作為流域開發(fā)的前置條件。

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