基于水庫生態(tài)系統(tǒng)演替的環(huán)境影響后評價技術(shù)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(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手，分析了水庫生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、演替規(guī)律和水利水電工程修建后水庫生態(tài)系統(tǒng)的演替變化，從縱向、橫向、垂向三個維度提出了水庫生態(tài)系統(tǒng)的空間特征和生態(tài)環(huán)境特性，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價技術(shù)體系，為開展后評價工作提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：水庫生態(tài)系統(tǒng)；環(huán)境影響后評價；技術(shù)體系

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.010

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

水利水電工程環(huán)境影響后評價是指對水利水電項目實施后的環(huán)境影響和環(huán)保措施有效性進行跟蹤監(jiān)測和驗證性評價，并提出補救方案或措施，以實現(xiàn)水利水電工程的可持續(xù)發(fā)展。水利水電工程中對環(huán)境影響較大的是水庫大壩的建設(shè)對庫區(qū)及下游的生態(tài)環(huán)境影響，與河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)不同，水庫有其自身特殊的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征，構(gòu)建能夠反映水庫生態(tài)系統(tǒng)特征的環(huán)境影響后評價技術(shù)體系，對豐富和完善水利水電工程環(huán)境影響后評價工作具有重要意義。在已有研究中，評價內(nèi)容集中于下游生態(tài)流量的分配、敏感目標(biāo)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(tài)系統(tǒng)與水庫工程相結(jié)合開展環(huán)境影響后評價的文獻報道。水利水電工程環(huán)境影響后評價在國內(nèi)尚處于發(fā)展初期，未形成系統(tǒng)的理論方法，影響了評價工作在國內(nèi)的普及和開展[14]。本研究在分析水庫生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、演替階段和特征以及生態(tài)環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價技術(shù)體系，以期為建立水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)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(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

水庫又稱為人工湖泊，是水利工程建筑物攔洪蓄水和調(diào)節(jié)水流而形成的一種半人工半自然水體[56]。水庫生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以從空間和時間兩方面加以描述。水庫生態(tài)系統(tǒng)的時間結(jié)構(gòu)自水庫開始蓄水至水庫消亡可分為水庫的發(fā)育階段和水庫湖沼化階段，發(fā)育階段又可分為蓄水前、發(fā)育期和成熟期三個時期。就大型水庫而言，水庫生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)在橫向上自水庫水體至岸邊陸地通?？梢詣澐譃槿齻€部分，即：水生生態(tài)環(huán)境、消落帶生態(tài)環(huán)境和陸生生態(tài)環(huán)境。其中，水生生態(tài)環(huán)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(qū)、過渡區(qū)和湖泊區(qū)三個區(qū)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(jié)構(gòu)導(dǎo)致水庫存在物理、化學(xué)和生物學(xué)上的梯度特征，表現(xiàn)為激流生境到靜水生境的過渡，水庫生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部不斷進行著物質(zhì)、能量等交換，構(gòu)成了完整的水庫生態(tài)系統(tǒng)。

2水庫生態(tài)系統(tǒng)的演替階段

水庫生態(tài)系統(tǒng)的時間特征表現(xiàn)在水庫生態(tài)系統(tǒng)的長期演替和隨年內(nèi)調(diào)度運行而表現(xiàn)的季節(jié)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(fā)育階段，一般運行4～10年水庫的各類水生態(tài)指標(biāo)開始穩(wěn)定，期間主要受蓄水期物理、化學(xué)和生物過程的影響，各類水生態(tài)指標(biāo)變化趨勢具有一定規(guī)律。湖沼化是水庫發(fā)育成熟后的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)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(tài)系統(tǒng)的年內(nèi)調(diào)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(jié)性變動與人為調(diào)度相結(jié)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(jié)變化態(tài)勢；水庫的調(diào)度運行容易對庫區(qū)水環(huán)境造成不良影響，水動力條件較差期間易發(fā)生水華災(zāi)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(guān)注的敏感區(qū)域。

3水庫生態(tài)系統(tǒng)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(zhì)與生物類群的變化首先表現(xiàn)為水體結(jié)構(gòu)形態(tài)和循環(huán)過程等物理變化，其次是物質(zhì)能量流動的變化，進而表現(xiàn)為生物過程的變化[78]。水庫生態(tài)系統(tǒng)的時間演替特征見表1。

3.2空間演替特征

水庫生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)變化特征體現(xiàn)為水庫生態(tài)系統(tǒng)的水環(huán)境、水化學(xué)、生物學(xué)特征等方面的差異性[9]。水庫生態(tài)系統(tǒng)的空間特征見表2。

河流區(qū)溶解氧和溶解物質(zhì)分布比較均勻，營養(yǎng)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(yǎng)鹽的淤泥和黏土被輸送到過渡區(qū)

縱向過渡區(qū)淤泥、黏土和細(xì)顆粒有機物等懸浮物開始沉積；區(qū)域內(nèi)透明度升高，浮游植物生長的光照抑制現(xiàn)象得到改善；水中營養(yǎng)鹽被淤泥和黏土吸附，濃度降低

湖泊區(qū)夏季的水溫分層現(xiàn)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(yǎng)缺乏狀態(tài)，表層水的營養(yǎng)鹽含量降低；浮游植物的生長主要受營養(yǎng)鹽限制

水生生態(tài)環(huán)境常年淹沒的庫區(qū)水體，是水庫周邊水生生物發(fā)育的物種來源基地

橫向消落帶生態(tài)環(huán)境水庫季節(jié)性水位漲落使庫區(qū)被淹沒土地周期性露出水面的區(qū)域。水位在一定范圍內(nèi)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(tài)環(huán)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(fā)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(xì)顆粒有機物等大量沉積，環(huán)境條件比較穩(wěn)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(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平大幅度降低。水庫運行使庫區(qū)和流域生態(tài)系統(tǒng)等初級生產(chǎn)力發(fā)生了較大變化。水庫是一個由上下游、左右岸構(gòu)成的相對完整的連續(xù)體，其時空結(jié)構(gòu)的四維特征在流速、泥沙、懸浮物、水交換、水位等方面表現(xiàn)明顯，使生物群落結(jié)構(gòu)向著適應(yīng)水庫生態(tài)系統(tǒng)的方向變化。庫區(qū)生物群落及區(qū)系分布受水溫結(jié)構(gòu)及溶解氧等條件的影響。蓄水后庫區(qū)水環(huán)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(tài)系統(tǒng)不同生物群落的發(fā)育特征見表3。

[KH-*1D]

表3水庫生態(tài)系統(tǒng)不同生物群落的發(fā)育特征

[JZ）]

Table 3Development characteristics of different biological communities in reservoir ecosystem

生物群落發(fā)育特征

藻類水庫中富含有機物質(zhì)及其分解產(chǎn)物氮、磷等，為藍(lán)藻等創(chuàng)造了大量繁殖條件

高等植物水位較穩(wěn)定的水庫，高等植物發(fā)達(dá)，但水庫中高等植物的過度生長常導(dǎo)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(qū)是許多魚類的產(chǎn)卵場所；在高等植物不發(fā)達(dá)的水庫，魚類種類和數(shù)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(shù)量減少；在河流中一般數(shù)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(qū)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(qū)和過渡區(qū)

魚類在急流中生活和繁殖的種類，其數(shù)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(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價技術(shù)體系

4.1水庫建設(shè)與運行影響分析

水庫工程的建設(shè)運行對水庫生態(tài)系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在多個方面。生物是整個生態(tài)系統(tǒng)中比較敏感的指示性指標(biāo)，對生物的影響主要表現(xiàn)在對重要生物資源、生物多樣性、生物群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力變化的影響，如表4所示。

4.2環(huán)境影響后評價技術(shù)體系

全面、系統(tǒng)地分析水庫建設(shè)與運行對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響是確定評價內(nèi)容和建立評價指標(biāo)體系的前提。在評價時應(yīng)緊扣生態(tài)保護目標(biāo)與已核實的生態(tài)環(huán)境調(diào)查結(jié)論，對水庫建設(shè)與運行對生態(tài)環(huán)境造成的影響進行評價，主要表現(xiàn)在水文情勢、水環(huán)境質(zhì)量、水溫結(jié)構(gòu)特征、局地氣候和重要生物資源等方面，評價時應(yīng)遵循綜合性、代表性和可操作性的原則。水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價所涉及的評價因子眾多，各因子邏輯關(guān)系復(fù)雜。現(xiàn)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(shù)法等，具

體指標(biāo)評價、監(jiān)測與分析方法與《環(huán)境影響評價技術(shù)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(shù)法計算水庫生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境影響。

根據(jù)水庫生態(tài)系統(tǒng)不同發(fā)育時期的實際情況，選取其中的特征評價因子建立相應(yīng)的水生生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，水利水電工程對水生態(tài)的影響集中體現(xiàn)在改變了河道的天然形態(tài)、水文及水動力條件，對水生生物的影響集中體現(xiàn)在對魚類的影響上，消落帶的水文條件復(fù)雜，不利于形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，消落帶生態(tài)環(huán)境指標(biāo)包括消落帶內(nèi)部特征和生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，陸生生態(tài)環(huán)境指標(biāo)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(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進行評價。水庫生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境影響后評價指標(biāo)體系見圖1。

5結(jié)論

根據(jù)水庫生態(tài)系統(tǒng)演替特征有利于識別后評價指標(biāo)及指標(biāo)的變化規(guī)律，能夠清楚地判別水利水電工程的建設(shè)和運行對不同時期生態(tài)環(huán)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(huán)境影響后評價工作的開展提供技術(shù)參考。

我國水庫分布區(qū)域廣泛，各地區(qū)水文、氣象等條件差異很大，難以形成普適性的水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)階段亟須開展水利水電工程的環(huán)境影響后評價工作，建立分區(qū)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(tài)環(huán)境問題，需要不斷調(diào)整和完善水庫生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境影響后評價的內(nèi)容和技術(shù)方法，逐步形成適用于我國的評價體系。

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