河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)概念模型研究

馮順新，廖文根，王俊娜

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 水環(huán)境研究所，北京 100038；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120）

河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)概念模型研究

馮順新1，廖文根2，王俊娜1

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 水環(huán)境研究所，北京 100038；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120）

河湖水系連通是當(dāng)前重要的水利發(fā)展戰(zhàn)略，是改善水資源配置、抵御水旱災(zāi)害、進(jìn)行生態(tài)環(huán)境治理的重要手段，對(duì)其影響的評(píng)價(jià)能為決策提供重要的依據(jù)。本文首先討論了河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)不同于其他水工程影響評(píng)價(jià)的若干方面，指出在進(jìn)行河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，連通區(qū)獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致反映同一內(nèi)涵的指標(biāo)在受水區(qū)、調(diào)水區(qū)及整個(gè)連通區(qū)均可能存在閾值，從而可能需要在多個(gè)區(qū)域上評(píng)價(jià)連通的影響；其次，本文提出了在連通區(qū)上評(píng)價(jià)連通對(duì)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)影響的概念模型及基于這種概念模型進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法；最后，本文討論了本概念模型的局限性以及河湖水系連通影響評(píng)價(jià)研究需進(jìn)一步開展的工作。

河湖水系連通；影響；評(píng)價(jià)；概念模型

1 研究背景

水是支撐人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的資源。改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，我國的河湖水系為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供的支撐功不可沒。但我國水利建設(shè)仍存在一系列與經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展不適應(yīng)的問題，如防洪減災(zāi)體系非工程措施薄弱、中小河流治理嚴(yán)重滯后、供水不足及生態(tài)環(huán)境用水?dāng)D占嚴(yán)重等［1］。當(dāng)前，“水多”、“水少”、“水臟”［2］以及“水渾”的問題并存，水資源、水環(huán)境及水生態(tài)問題日益突出。為確保我國防洪、供水、糧食及生態(tài)安全，必須重新梳理河湖水系關(guān)系［1］。另外，生態(tài)文明已被我國納入需著力建設(shè)的“五個(gè)文明”的范疇，國家和社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求也越來越高。為此，水利部提出了河湖水系連通戰(zhàn)略，旨在通過實(shí)施河湖水系連通，提高水資源配置能力和承載能力，改善和修復(fù)水生態(tài)環(huán)境，降低水旱災(zāi)害，保障水安全［3-5］。

河湖水系連通并不是新鮮事物，我國歷史上有眾多的河湖水系連通實(shí)踐，先秦時(shí)修建靈渠、隋唐后興建大運(yùn)河等都是通過水系連通滿足人類社會(huì)航運(yùn)需求的例子。國內(nèi)外興建的調(diào)水工程如加利福尼亞北水南調(diào)、澳大利亞雪山調(diào)水工程、歐洲的三角洲治水工程、我國的南水北調(diào)、引漢濟(jì)渭、滇中調(diào)水等工程，都是通過連通（調(diào)水可視為連通的一種）改善水資源配置的例子?？偟膩砜矗酝暮雍颠B通往往是零星的、孤立的，功能比較單一。將河湖水系連通作為我國的治水方略則屬于首次，該戰(zhàn)略是水利行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)及水利發(fā)展的現(xiàn)行格局下，植根于對(duì)我國水資源配置、防汛減災(zāi)、尤其是河湖及流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其成因的新認(rèn)識(shí)，在全國范圍內(nèi)保障水安全及生態(tài)環(huán)境安全的戰(zhàn)略思想和治水方略。在全國范圍內(nèi)指導(dǎo)水利發(fā)展、具有多重用途、注重因勢(shì)利導(dǎo)發(fā)揮河湖水系生態(tài)系統(tǒng)的自然功能、注重環(huán)境生態(tài)綜合治理，是新時(shí)期“河湖水系連通戰(zhàn)略”的顯著特點(diǎn)。當(dāng)河湖水系連通被作為一種戰(zhàn)略提出后，鑒于其對(duì)全國水利建設(shè)所具有的指導(dǎo)性，對(duì)該戰(zhàn)略中所蘊(yùn)含的科學(xué)與技術(shù)問題開展深入研究就十分必要。

河湖水系連通戰(zhàn)略的實(shí)施還都有不少問題尚待解決。從理論上說，河湖水系連通的類別、特征、功能、作用、影響等都有待研究；從實(shí)踐上看，當(dāng)前不少地方正在實(shí)施或規(guī)劃河湖水系連通，如武漢大東湖、桂林兩江四湖、杭州西湖等河湖連通，天津、廣州、鄭州、濟(jì)南、濟(jì)寧、開封等地的城市河湖水系整治和修復(fù)、山西大水網(wǎng)連通等［1］，但水行政管理部門在指導(dǎo)和規(guī)范這些水事行為時(shí)，缺乏相應(yīng)的技術(shù)支撐。當(dāng)前，在河湖水系連通的不少領(lǐng)域如河湖水系連通的定義［5］、特征［5-9］、功能［10-11］、影響［9，12］、格局及歷史演化［13］、連通準(zhǔn)則［14］等方面已取得了部分進(jìn)展，但關(guān)于河湖水系“要不要連、能不能連、連了以后怎么樣”等水事決策所非常關(guān)心的問題仍未能很好地回答。這3個(gè)問題既有區(qū)別又有聯(lián)系，而河湖水系“連了以后怎么樣”，即連通的影響及其評(píng)價(jià)是最核心的問題。

對(duì)水工程的影響評(píng)價(jià)多采用通過層次分析法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的方法［15-18］，但當(dāng)前對(duì)河湖水系連通的影響與其他水工程的影響有何不同、對(duì)影響該如何評(píng)價(jià)等問題尚無深入研究。事實(shí)上，河湖水系連通的影響評(píng)價(jià)和一般水工程的影響評(píng)價(jià)有較大的差別，主要體現(xiàn)在：連通的影響在有緊密水力聯(lián)系的2個(gè)子區(qū)域上同時(shí)發(fā)生，連通對(duì)2個(gè)子區(qū)域中需要水資源作支撐的指標(biāo)（不妨稱為“涉水指標(biāo)”，如生態(tài)環(huán)境指標(biāo)）的影響在很多情況下相反。在評(píng)價(jià)連通的生態(tài)環(huán)境影響時(shí)，是應(yīng)在單個(gè)子區(qū)域（以下簡稱“單區(qū)域”）內(nèi)，還是應(yīng)在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)，若在單區(qū)域內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)，則應(yīng)在哪個(gè)單區(qū)域，采用何種評(píng)價(jià)方法，若在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)則如何表征和評(píng)價(jià)連通對(duì)多個(gè)子區(qū)域的綜合影響，這些問題屬于河湖水系連通影響評(píng)價(jià)乃至河湖水系連通研究不可回避的問題。

本文首先討論河湖水系連通區(qū)的空間結(jié)構(gòu)及其對(duì)評(píng)價(jià)的影響，闡明河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)和其他水工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的不同；然后，建立河湖水系連通在單個(gè)區(qū)域上對(duì)指標(biāo)產(chǎn)生影響的概念模型，并由此推導(dǎo)出河湖水系連通在整個(gè)連通區(qū)上對(duì)單個(gè)指標(biāo)產(chǎn)生影響的概念模型，提出閾值的確定方法；最后，討論所提出的概念模型的局限性，指出后續(xù)研究的方向。鑒于連通所導(dǎo)致的可用水資源量變化對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)的脅迫（干擾）及其影響是一個(gè)很復(fù)雜的問題，當(dāng)前關(guān)于這一問題的研究很少，本文對(duì)河湖水系連通影響評(píng)價(jià)的研究也還只是初步的，旨在給在流域（區(qū)域）尺度上評(píng)價(jià)河湖水系連通的影響提供一個(gè)分析的框架。

2 河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的特點(diǎn)

2.1連通區(qū)的空間結(jié)構(gòu)純粹出于改善生態(tài)環(huán)境這一目的的連通很少，河湖水系連通多有在連通區(qū)內(nèi)重新配置水資源的目的和作用。連通后，水量在被連通區(qū)域之間的交換可能是單向的（如兩個(gè)區(qū)域通過調(diào)水通道連通的情形），也可能是交互雙向的（如長江和太湖流域之間的連通），但一般均存在一個(gè)主導(dǎo)輸水方向，亦即在平均意義上一般存在經(jīng)連通通道從某區(qū)域往另一區(qū)域的“凈輸水量”。由于水資源是流域生態(tài)系統(tǒng)及人類社會(huì)生存和發(fā)展最重要的支撐條件之一，連通對(duì)這兩個(gè)區(qū)域的影響在很多時(shí)候剛好相反。為此，在一定程度上可將“水量凈調(diào)出區(qū)”概化為僅向外輸出水量的“調(diào)水區(qū)”，而將“水量凈調(diào)入?yún)^(qū)”概化為僅接受外來輸水的“受水區(qū)”，由此河湖水系連通后所形成的整個(gè)連通區(qū)可認(rèn)為由調(diào)水區(qū)、受水區(qū)和輸水沿線區(qū)域所組成?？紤]到過境水流對(duì)輸水沿線區(qū)域的影響與對(duì)受水區(qū)的影響有相似之處，整個(gè)連通區(qū)可更進(jìn)一步概化為僅由調(diào)水區(qū)和受水區(qū)組成。對(duì)河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)需在上述3個(gè)區(qū)域（調(diào)水區(qū)、受水區(qū)及整個(gè)連通區(qū)）上進(jìn)行。

2.2河湖水系連通對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)制與其他水工程的不同河湖水系連通對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響與其他水工程有較大的不同，表現(xiàn)在：（1）河湖水系連通對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響首先表現(xiàn)為“連通”而非阻隔，擴(kuò)大了連通所涉及生態(tài)系統(tǒng)的特征尺度；筑壩等水工程的影響首先表現(xiàn)為“阻隔”而非連通，一般會(huì)縮小河流生態(tài)系統(tǒng)的特征尺度，使生態(tài)系統(tǒng)被分割，生境破碎化。（2）河川徑流就其對(duì)生態(tài)環(huán)境的意義而言，其特征一般可分為“量、質(zhì)及情勢(shì)”等3個(gè)方面。河湖水系連通的調(diào)水效果導(dǎo)致調(diào)水區(qū)及受水區(qū)可用水資源量的改變，亦即連通不僅改變河川徑流中的“質(zhì)”和“情勢(shì)”，而且改變“量”；而筑壩等水工程主要改變河川徑流的“情勢(shì)”，亦即水文、水溫、含沙量、營養(yǎng)鹽等的過程，其次改變的是“質(zhì)”如水質(zhì)（水溫可視為水質(zhì)的一個(gè)內(nèi)容），在“量”的方面，主要改變泥沙、營養(yǎng)鹽等的量，但不改變水量（可用水資源量）。這意味著其他水工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為阻隔、徑流“情勢(shì)”及“質(zhì)”的變化所導(dǎo)致的脅迫；而河湖水系連通對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要變現(xiàn)為連通、徑流“量”的變化所導(dǎo)致的脅迫，而徑流“量”的變化間接導(dǎo)致徑流“情勢(shì)”及“質(zhì)”的變化。

這意味著，在不考慮連通效應(yīng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)之間的“溝通”效應(yīng)的情形下（如調(diào)水型連通）分析河湖水系連通的影響時(shí)，首先和主要應(yīng)從流域（區(qū)域）可用水資源量變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的脅迫（簡稱“水資源脅迫”）入手進(jìn)行分析。

2.3河湖水系連通影響及影響評(píng)價(jià)的空間尺度河湖水系連通的影響范圍（空間尺度）可從2個(gè)方面進(jìn)行說明。河湖處于流域的低地，干支流通過河道的水力聯(lián)系形成樹枝狀的水系。河湖水系連通的影響一方面表現(xiàn)為沿河流廊道及湖泊所產(chǎn)生的影響，另一方面表現(xiàn)為對(duì)水系所在流域面上的影響。對(duì)前者，連通的影響主要發(fā)生在河流廊道和湖泊內(nèi)及周邊，且往往發(fā)生在流域（水系）中較低的部位；對(duì)后者，人類社會(huì)取水導(dǎo)致水資源的輸運(yùn)不僅僅沿河流廊道發(fā)生，而表現(xiàn)對(duì)整個(gè)流域面的影響。舉例來說，由于太湖處于流域的低地，太湖流域的高地如西部山區(qū)河流可認(rèn)為基本不受“引江濟(jì)太”調(diào)水的影響；但“引江濟(jì)太”減緩了太湖流域的水資源緊缺狀況，人類社會(huì)從太湖取水并將其用于全流域，調(diào)水又在全流域產(chǎn)生了影響。可以認(rèn)為，河湖水系連通影響范圍的確定不完全是一個(gè)技術(shù)問題，范圍的確定還受政治經(jīng)濟(jì)社會(huì)等因素的影響。

2.4影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的多重閾值對(duì)可定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)，往往可通過閾值進(jìn)行評(píng)價(jià)。在一般水工程影響評(píng)價(jià)中，定量評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)往往僅需考慮一重閾值，如指標(biāo)的最大值、最小值、臨界值等，很少有需要在多個(gè)區(qū)域上考察指標(biāo)閾值并進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況。而在河湖水系連通影響評(píng)價(jià)中，連通對(duì)指標(biāo)的影響在不同區(qū)域上并不相同，可能需在多個(gè)區(qū)域上對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而需在不同區(qū)域上考查指標(biāo)的閾值是否存在及閾值大小。如何認(rèn)識(shí)和確定指標(biāo)在不同區(qū)域上的閾值，如何正確看待表征同一內(nèi)涵的指標(biāo)在不同區(qū)域上的評(píng)價(jià)結(jié)果，是河湖水系連通影響評(píng)價(jià)中需要闡明的問題。事實(shí)上，在河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，對(duì)可定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)有可能存在如下兩類閾值：（1）指標(biāo)在單區(qū)域（調(diào)水區(qū)或受水區(qū)）上的閾值，基于該閾值可評(píng)價(jià)連通在調(diào)水區(qū)或受水區(qū)上對(duì)指標(biāo)的（絕對(duì)或相對(duì)）損害或改善程度；（2）反映指標(biāo)所表征的屬性在連通區(qū)內(nèi)（即調(diào)水區(qū)和受水區(qū)之間）轉(zhuǎn)移或重新配置的可接受程度的閾值，基于該閾值可評(píng)價(jià)連通在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)的綜合效益。這種閾值為河湖水系連通影響評(píng)價(jià)所特有。

在由相互之間存在水力關(guān)聯(lián)、連通對(duì)指標(biāo)的影響往往相反的兩個(gè)單區(qū)域所組成的整個(gè)連通區(qū)內(nèi)評(píng)價(jià)水工程（河湖水系連通一般由水工程來實(shí)現(xiàn)）的影響，是河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響分析及評(píng)價(jià)所獨(dú)有或表現(xiàn)得尤為突出的問題，對(duì)如何開展這種評(píng)價(jià)迄今尚無深入研究。為此，本文基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)退化/修復(fù)過程及機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從流域生態(tài)安全和外界脅迫之間的關(guān)系入手，建立連通在單區(qū)域內(nèi)對(duì)（生態(tài)環(huán)境）指標(biāo)產(chǎn)生影響的概念模型，并將其發(fā)展為連通在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)對(duì)指標(biāo)產(chǎn)生影響的概念模型，以刻畫調(diào)水量和指標(biāo)變化之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)。

3 單區(qū)域單指標(biāo)概念模型

3.1生態(tài)系統(tǒng)退化或恢復(fù)的概念模型河湖水系連通區(qū)是個(gè)很大的范圍，無論是調(diào)水區(qū)還是受水區(qū)一般都包含多種不同類型的生態(tài)系統(tǒng)。水資源是生態(tài)系統(tǒng)生存發(fā)展所需的基礎(chǔ)條件之一。連通的調(diào)水效果使調(diào)水區(qū)及受水區(qū)可用水量發(fā)生變化，從而調(diào)水區(qū)及受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)必然受到干擾或脅迫。了解在干擾條件下流域生態(tài)系統(tǒng)的演化特征對(duì)認(rèn)識(shí)河湖水系連通的生態(tài)環(huán)境影響具有重要意義。

當(dāng)前，生態(tài)系統(tǒng)的“多穩(wěn)態(tài)”（multiple stable states或alternative stable states）概念已為恢復(fù)生態(tài)學(xué)所廣泛接受［19-24］。所謂多穩(wěn)態(tài)，是指生態(tài)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程中可能存在多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)在不同狀態(tài)間的變化很多時(shí)候是非線性的。在認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)的多穩(wěn)態(tài)后，研究者提出了關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)退化或恢復(fù)的多種概念模型。Hobbs等［25］提出了退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的臨界閾值理論（圖1）。當(dāng)前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)退化或恢復(fù)的“狀態(tài)和過渡模型”（State-and-Transition Model）［26］（圖2）得到了廣泛的認(rèn)可，該模型反映了生態(tài)系統(tǒng)在多個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的非線性變化，認(rèn)為在不同穩(wěn)態(tài)之間存在閾值，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化受外界的影響越過一定閾值時(shí)，該生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，任一生態(tài)系統(tǒng)可能同時(shí)具有穩(wěn)態(tài)內(nèi)的線性漸變過程和穩(wěn)態(tài)之間的非線性變化過程，狀態(tài)和過渡模型能同時(shí)包容這兩種過程［23-28］。Whisenant［26］認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)退化與恢復(fù)過程中應(yīng)認(rèn)識(shí)到兩類閾值，一類由生物相互作用所控制，另一類由非生物相互作用所控制，生態(tài)恢復(fù)只需要通過人為干預(yù)改變系統(tǒng)生物結(jié)構(gòu)來跨越前者，但必須通過人為干預(yù)以改變物理環(huán)境結(jié)構(gòu)來跨越后者。

圖1 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的臨界閾值理論（任海，等［27］根據(jù)文獻(xiàn)［25］改繪）

圖2 狀態(tài)與過渡模型（根據(jù)文獻(xiàn)［26］重繪）

多穩(wěn)態(tài)的識(shí)別、穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換指標(biāo)、指標(biāo)閾值及其檢測(cè)、判定等問題是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)［22，24，29-30］，當(dāng)前對(duì)海洋、濕地、湖泊［24］、草地［21，26］等生態(tài)系統(tǒng)都已發(fā)現(xiàn)了多穩(wěn)態(tài)的存在。Bestely?meyer［31］在評(píng)論多穩(wěn)態(tài)理論在草原生態(tài)研究中的應(yīng)用時(shí)認(rèn)為，可將閾值劃分為3種：格局閾值（pattern threshold）、過程閾值（process threshold）及退化閾值（degradation threshold），這3者可作為生態(tài)恢復(fù)時(shí)識(shí)別狀態(tài)的閾值，而僅格局閾值可作為預(yù)防生態(tài)系統(tǒng)退化時(shí)的閾值。對(duì)陸地景觀，當(dāng)前已有一些方法來識(shí)別不同穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換的閾值［32-33］，但對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)而言，當(dāng)前的成果還較少。從總體上看，即使對(duì)類型相對(duì)單一的生態(tài)系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換閾值的表征及確定方法還處在探索中，穩(wěn)態(tài)識(shí)別和閾值確定都還屬于較難的問題。

3.2流域生態(tài)系統(tǒng)在水資源脅迫下退化或恢復(fù)過程概化在評(píng)價(jià)河湖水系連通的生態(tài)環(huán)境影響時(shí)，需要了解在水資源脅迫下連通區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)如何恢復(fù)或退化。上文中的狀態(tài)與過渡模型一般是針對(duì)單一類型（如草地、林地）生態(tài)系統(tǒng)，而連通影響區(qū)一般為多個(gè)數(shù)量、多種類型生態(tài)系統(tǒng)的鑲嵌體，狀態(tài)與過渡模型描述的生態(tài)系統(tǒng)與河湖水系連通影響研究所針對(duì)的生態(tài)系統(tǒng)在尺度上不匹配。后者實(shí)際上是“流域生態(tài)系統(tǒng)”，為此，在河湖水系連通生態(tài)影響研究中，有必要引入或發(fā)展流域生態(tài)學(xué)［34-35］相關(guān)概念和方法。

Hobbs等［25］以及Hobbs等［36］在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和過渡模型進(jìn)行討論后，也強(qiáng)調(diào)了在流域和區(qū)域尺度發(fā)展有效的生態(tài)恢復(fù)方法的重要性。Hobbs等［36］認(rèn)為，鑒于對(duì)很多生態(tài)系統(tǒng)都存在狀態(tài)和過渡模型中所包含的閾值類型，可假定在流域（或區(qū)域）尺度上也存在類似的閾值，亦即狀態(tài)和過渡模型亦可用于流域（或區(qū)域）生態(tài)系統(tǒng)（圖3），其中一類閾值與生境破碎化或生境改變所導(dǎo)致的生物連接度損失有關(guān)，另一類閾值和景觀物理過程的大尺度改變（如水文變化）有關(guān)。

圖3 流域（或區(qū)域）尺度生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和過渡模型（根據(jù)文獻(xiàn)［36］重繪）

需要說明的是，圖2和圖3表征的是生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平和生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)之間的關(guān)系（圖2對(duì)應(yīng)較簡單的生態(tài)系統(tǒng)如草地生態(tài)系統(tǒng)，或者對(duì)應(yīng)尺度較大的流域/區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)），而不是前者與生態(tài)系統(tǒng)所受的脅迫之間的關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)的退化狀態(tài)（或程度）與外界脅迫的強(qiáng)度有密切的關(guān)系，一般而言，脅迫越強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)越容易發(fā)生退化，從而圖2和圖3中的橫坐標(biāo)也可以用生態(tài)系統(tǒng)脅迫強(qiáng)度來替代。由于河湖水系連通（在不考慮“連通”效應(yīng)而僅考慮水資源配置效果時(shí)）對(duì)連通區(qū)生態(tài)環(huán)境影響的脅迫主要表現(xiàn)為水資源脅迫，為研究其影響需建立生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平和水資源脅迫（這里可用“調(diào)水量”來表征）之間的關(guān)系。

如上文所述，當(dāng)前對(duì)水資源脅迫和流域生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)之間關(guān)系的研究還很不成熟，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換及閾值識(shí)別從總體上看還比較難，在河湖水系連通影響評(píng)價(jià)研究中對(duì)上述模型尚難以直接應(yīng)用，但這些模型所反映的在外界脅迫下生態(tài)系統(tǒng)退化的基本趨勢(shì)值得借鑒。為此，可對(duì)圖3中的生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平退化過程（實(shí)質(zhì)上為生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)恢復(fù)/退化過程）進(jìn)行近似或擬合，獲得圖3中的光滑曲線ABCDE，以反映外界脅迫下流域生態(tài)系統(tǒng)退化或恢復(fù)的總體特征。曲線中AB段表征生態(tài)系統(tǒng)基本未受擾動(dòng)的初始穩(wěn)態(tài)；BC段是沿用單穩(wěn)態(tài)概念對(duì)受生物間相互作用控制的生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)退化過程的概化（或者說平均）；CD段表征外界脅迫強(qiáng)度超過臨界值后生態(tài)系統(tǒng)的急劇退化過程，非生物因子在這種退化過程中起主導(dǎo)作用；DE段表示生態(tài)系統(tǒng)急劇退化后的破壞狀態(tài)，此時(shí)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平極低，生態(tài)恢復(fù)需較大努力且需對(duì)物理環(huán)境進(jìn)行改造。在一定強(qiáng)度的外界脅迫下，生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平能基本不變（圖3的AB段）或處于較平緩的退化狀態(tài)（圖3的BC段），是河湖水系連通在對(duì)調(diào)水區(qū)和受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境影響方面能達(dá)到“雙贏”的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究提出的生態(tài)系統(tǒng)安全度與人類脅迫強(qiáng)度之間的關(guān)系［18］與曲線ABCDE較為類似。

3.3調(diào)水區(qū)單指標(biāo)概念模型水是支持生態(tài)系統(tǒng)及人類社會(huì)生存發(fā)展最基礎(chǔ)的要素之一，連通的調(diào)水效應(yīng)（以及對(duì)水質(zhì)、水文節(jié)律的改變）對(duì)調(diào)水區(qū)是一種脅迫，從而圖3所示的概化模型用于描述調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平在水資源脅迫下的退化也是成立的。為此，可建立服務(wù)于連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的“調(diào)水區(qū)單指標(biāo)概念模型”。在建立這種模型之前，有幾個(gè)問題需要說明。

（1）水資源屬性。水資源就其屬性來說，具有水量、水質(zhì)和水文情勢(shì)（過程）等3個(gè)方面。就對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)的影響（或支持作用）而言，水量是最基礎(chǔ)和最重要的。沒有一定的水量，也就無法保障流域生態(tài)系統(tǒng)所需的水文過程及水分條件。因此，調(diào)水對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的脅迫首先和主要表現(xiàn)為“調(diào)水量”增減對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的脅迫。

（2）生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的表征。生態(tài)系統(tǒng)（如河流）的功能/健康水平表現(xiàn)在多個(gè)方面，可通過諸多指標(biāo)來表征［18，37］，常用的有水質(zhì)類別、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、富營養(yǎng)化指數(shù)、生態(tài)基流保證率等。由于諸多因素的影響，這些指標(biāo)隨連通度（調(diào)水量）的變化很可能不與生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的變化同步。

為此，這里引入一種簡化，將調(diào)水量視為河湖水系連通過程中調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所受的主要脅迫而暫不考慮水質(zhì)和水文過程，并設(shè)想有某種能刻畫調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平并與之同步（同相位）變化的指標(biāo)，參考圖3所示的曲線，建立反映調(diào)水區(qū)內(nèi)單指標(biāo)和調(diào)水量之間關(guān)系的概念模型（簡稱“調(diào)水區(qū)單指標(biāo)概念模型”，圖4（a））。該模型表明，當(dāng)所選指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的變化同步時(shí)，和圖3對(duì)應(yīng)，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的脅迫強(qiáng)度即為使生態(tài)系統(tǒng)開始進(jìn)入退化狀態(tài)的調(diào)水量，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)于使生態(tài)系統(tǒng)開始進(jìn)入急劇破壞狀態(tài)的調(diào)水量，D點(diǎn)為使生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平急劇受損、系統(tǒng)功能及健康水平處于較低狀態(tài)的調(diào)水量，E點(diǎn)為使生態(tài)系統(tǒng)崩潰、系統(tǒng)功能趨于完全喪失的調(diào)水量，而確定這幾個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的調(diào)水量xm、x0和x1就成為使用該概念模型進(jìn)行評(píng)價(jià)所需解決的關(guān)鍵問題。從理論上說，這些值應(yīng)基于長期的連通（調(diào)水）實(shí)驗(yàn)，依據(jù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)演化過程的系統(tǒng)觀測(cè)來確定；但鑒于生態(tài)系統(tǒng)自身演化及影響因素的復(fù)雜性，這一方法并不現(xiàn)實(shí)。從現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)水平出發(fā)，可借助和水資源論證相關(guān)的若干概念并輔以部分假定確定這幾個(gè)值。

圖4 調(diào)水區(qū)單指標(biāo)概念模型

在水資源論證中，有地表水資源量、地下水資源量、水資源總量［18］、供水量、用水量、生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、水資源開發(fā)利用率、水資源可利用量、生態(tài)環(huán)境用水量等概念，其中水資源可利用量是在保障流域生態(tài)安全和水資源可持續(xù)利用的前提下，一個(gè)流域或區(qū)域的當(dāng)?shù)厮Y源中，可供河道外經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)開發(fā)利用消耗的最大水量（按不重復(fù)水量計(jì)算，即流域或區(qū)域的凈耗水量加調(diào)出流域或區(qū)域的調(diào)水量），即水資源承載能力；將水資源總量中扣除水資源可利用總量，剩余的水資源則為河流及地下水系統(tǒng)的“總生態(tài)環(huán)境用水量”［38］?；谶@些概念，可考慮按如下方式確定xm、x0和x1。

xm=水資源總量-河流及地下水生態(tài)系統(tǒng)的“總生態(tài)環(huán)境用水量”-用水量=水資源可利用總量-用水量，可稱為“可調(diào)水量”。當(dāng)調(diào)水量小于xm時(shí)，從水資源的角度看，“總生態(tài)環(huán)境用水量”始終得到保障，從而指標(biāo)-調(diào)水量關(guān)系曲線處于圖4（a）的AB段。

x1=水資源總量-用水量=可調(diào)水量+河流及地下水生態(tài)系統(tǒng)的“總生態(tài)環(huán)境用水量”，為在保障人類社會(huì)用水后的“極限調(diào)水量”。當(dāng)調(diào)水量為x1時(shí)，僅人類社會(huì)用水量得到保障，支持生態(tài)系統(tǒng)的水量為零，從而生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平為零。

x0為使生態(tài)系統(tǒng)開始進(jìn)入急劇破壞狀態(tài)的臨界調(diào)水量。

顯然，x1-xm=河流及地下水生態(tài)系統(tǒng)的“總生態(tài)環(huán)境用水量”。圖4（a）中調(diào)水量由xm增加到x1的過程也是生態(tài)系統(tǒng)逐步被破壞的過程，具體來說圖4（a）中指標(biāo)隨調(diào)水量變化的關(guān)系曲線可分為如下幾段：（1）調(diào)水量小于xm的階段（曲線段AB）。此時(shí)由于調(diào)水沒有影響“總生態(tài)環(huán)境用水量”（從水資源論證的角度看），調(diào)水對(duì)調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的影響很小，生態(tài)系統(tǒng)處于初始穩(wěn)態(tài)；（2）調(diào)水量介于xm和x0之間的階段（曲線段BC）。此時(shí)，由于調(diào)水量已超過“可調(diào)水量”（即不影響生態(tài)環(huán)境條件下的最大調(diào)水量），“總生態(tài)環(huán)境用水量”受到了影響，調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受到調(diào)水的脅迫。隨著調(diào)水量的增加，調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平持續(xù)退化；（3）調(diào)水量大于x0的階段（曲線段CDE）。生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平隨調(diào)水量的增加而急劇受損（CD段），當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平處于較低水平后，調(diào)水量增加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞的邊際作用遞減（DE段）；當(dāng)“可調(diào)水量”及“總生態(tài)環(huán)境用水量”全部被調(diào)走（此時(shí)調(diào)水量為x1）后，生態(tài)系統(tǒng)支持水量為零，生態(tài)系統(tǒng)功能完全喪失；圖4（a）考察的是指標(biāo)值和調(diào)水量之間的關(guān)系。指標(biāo)值“變化”（即所考察的指標(biāo)在有、無調(diào)水時(shí)的差值）與調(diào)水量之間的關(guān)系見圖4（b）。從圖中可知，由于調(diào)水使支持調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的水量減少，其對(duì)調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平（從而所考察指標(biāo)）的影響是負(fù)面的。

圖4中x0的值有待通過研究確定。當(dāng)前對(duì)曲線ABCDE的性質(zhì)尚無深入的認(rèn)識(shí)，作為初步研究，可將曲線ABCDE視為至少一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的光滑曲線，而將C點(diǎn)視為該曲線的拐點(diǎn)。參考該曲線的特性，可引入合適的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)該曲線分段進(jìn)行描述：曲線段AB可用冪函數(shù)y=-k1xm(m ＞0)近似；BC段可用指數(shù)函數(shù)y=k2ek3x+k4近似；CDE段可用雙曲正切函數(shù)y=th(k5x)+k6近似。由于假定曲線ABCDE光滑，相鄰曲線段的連接點(diǎn)需滿足函數(shù)及一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)這兩個(gè)條件。

圖4中的指標(biāo)在調(diào)水區(qū)具有隨調(diào)水量增加而逐步減小的特征，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、生態(tài)基流保證率等均屬于此類指標(biāo)。調(diào)水區(qū)的其他部分指標(biāo)如河湖富營養(yǎng)化指數(shù)、水質(zhì)等級(jí)等一般隨調(diào)水量的增加而增加。對(duì)這些指標(biāo)可在適當(dāng)?shù)淖儞Q后再用圖4所示的模型進(jìn)行討論，從而該模型不失一般性。

3.4受水區(qū)單指標(biāo)概念模型在受水區(qū)，所評(píng)價(jià)指標(biāo)隨連通度（調(diào)水量）變化的特征與調(diào)水區(qū)的情形有較大的不同。由于我國多數(shù)地區(qū)水資源較為緊缺，當(dāng)調(diào)水量在一定限度內(nèi)時(shí)，連通的調(diào)水效應(yīng)體現(xiàn)為受水區(qū)水資源脅迫的緩解，從而受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能/健康狀態(tài)與調(diào)水量的關(guān)系曲線類似于圖3中的AB段（但變化趨勢(shì)相反），生態(tài)系統(tǒng)仍處于較為健康的初始穩(wěn)態(tài)。當(dāng)調(diào)水量超過一定限度時(shí)，受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)由“旱”轉(zhuǎn)“澇”，轉(zhuǎn)而受調(diào)水量過量的脅迫。受水區(qū)地下水位過高、土壤鹽堿化等都是調(diào)水過量對(duì)受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生脅迫的例子。鑒于調(diào)水量過大的情況在我國較少發(fā)生，本文暫認(rèn)為調(diào)水量的增加會(huì)提高受水區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平，亦即認(rèn)為調(diào)水對(duì)受水區(qū)的影響遵循圖5（a）所示的受水區(qū)單指標(biāo)概念模型。該圖表明，在調(diào)水量從零開始增加的階段，調(diào)水對(duì)受水區(qū)所評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響為正面，影響也比較顯著，指標(biāo)-調(diào)水量關(guān)系曲線具有較大的斜率；隨著調(diào)水量的進(jìn)一步增加，調(diào)水對(duì)指標(biāo)的邊際影響遞減，當(dāng)調(diào)水量足夠大后調(diào)水的邊際影響趨于零，指標(biāo)趨近于一個(gè)定值。指標(biāo)值“變化”與調(diào)水量之間的關(guān)系見圖5（b），該曲線可近似地用雙曲正切函數(shù)y=k7th(x)描述。

需要說明的是，圖4和圖5中的調(diào)水量事實(shí)上是“年調(diào)水量”的概念，二圖表征的是“（年）調(diào)水量”和評(píng)價(jià)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)水量的增加意味著“一年總調(diào)水量”的增加，而不是一年之內(nèi)調(diào)水量隨調(diào)水歷時(shí)的增加。

圖5 受水區(qū)單指標(biāo)概念模型

3.5連通區(qū)單指標(biāo)概念模型河湖水系連通在諸多方面對(duì)調(diào)水區(qū)和受水區(qū)產(chǎn)生相反的影響，從而僅在單區(qū)域上對(duì)連通的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，所得的評(píng)價(jià)結(jié)論是片面的。在評(píng)價(jià)河湖水系連通的影響時(shí)，不僅應(yīng)考慮連通在單區(qū)域（調(diào)水區(qū)或受水區(qū)）上的影響，還應(yīng)更進(jìn)一步，考慮連通在整個(gè)連通區(qū)上的綜合影響?；趫D4和圖5所示的概念模型，可建立在整個(gè)連通區(qū)上評(píng)價(jià)連通對(duì)某個(gè)指標(biāo)影響的概念模型。

圖6為反映整個(gè)連通區(qū)內(nèi)單指標(biāo)和連通度（調(diào)水量）關(guān)系的概念模型（簡稱“連通區(qū)單指標(biāo)概念模型”），圖中位于第一、四象限的實(shí)線分別為受水區(qū)、調(diào)水區(qū)內(nèi)“指標(biāo)變化”和調(diào)水量間的關(guān)系曲線，而虛線ABCDE表征在（整個(gè)）連通區(qū)內(nèi)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，“指標(biāo)變化”和調(diào)水量間的關(guān)系。

圖6 連通區(qū)單指標(biāo)概念模型

顯然，虛線ABCDE所對(duì)應(yīng)的y值應(yīng)為“受水區(qū)內(nèi)指標(biāo)變化”和“調(diào)水區(qū)內(nèi)指標(biāo)變化”某種形式的加權(quán)。之所以要加權(quán)，是因?yàn)檎{(diào)水區(qū)和受水區(qū)在區(qū)域面積、水體數(shù)量、水功能區(qū)數(shù)量等諸多方面往往有較大不同。本文討論的是概念模型，將調(diào)水區(qū)和受水區(qū)的權(quán)重取為相同并不影響對(duì)概念模型的理解，因此在圖6（a）中虛線ABCDE所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值為調(diào)水區(qū)、受水區(qū)相應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng)函數(shù)值的代數(shù)和。為與之前的表述有所區(qū)別，在下文中將圖6（a）中虛線所示的指標(biāo)稱為“加權(quán)單指標(biāo)變化”。

圖6（a）對(duì)應(yīng)的是調(diào)水對(duì)調(diào)水區(qū)、受水區(qū)影響的量級(jí)基本相當(dāng)?shù)那闆r。當(dāng)調(diào)水區(qū)水量極其充沛、從而調(diào)水對(duì)調(diào)水區(qū)影響較?。ㄈ纭耙瓭?jì)太”調(diào)水）時(shí)，圖6（a）中的曲線ABCDE相對(duì)于其他曲線會(huì)整體向右延伸，從而“加權(quán)單指標(biāo)變化”隨調(diào)水量變化的曲線更接近圖6（b）所示的形式。與圖6（a）比較后可知，圖6（b）中的虛線可視為與圖6（a）的曲線段AB相對(duì)應(yīng)。因此，圖6（a）所示的概念模型也適用于調(diào)水區(qū)水量極其充沛的情形，從而具有一般性。

4 閾值的確定

評(píng)價(jià)連通對(duì)單個(gè)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的影響是評(píng)價(jià)河湖水系連通綜合影響的基礎(chǔ)。在影響評(píng)價(jià)中，可能要確定指標(biāo)在3個(gè)區(qū)域上的閾值：在單區(qū)域（調(diào)水區(qū)、受水區(qū)）內(nèi)的閾值以及在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)的閾值。

4.1指標(biāo)在單區(qū)域內(nèi)的閾值指標(biāo)在單區(qū)域內(nèi)的閾值包括在調(diào)水區(qū)和在受水區(qū)的閾值。這些閾值有可能要分下面兩類。

（1）表征單區(qū)域內(nèi)指標(biāo)絕對(duì)值的可接受程度的閾值。連通的調(diào)水效果減少了調(diào)水區(qū)的可用水量，從而連通對(duì)調(diào)水區(qū)的影響更易表現(xiàn)為決定連通是否可行的控制性因素。這是由于調(diào)水區(qū)和受水區(qū)均是人類社會(huì)及生態(tài)系統(tǒng)的載體，調(diào)水區(qū)社會(huì)對(duì)連通導(dǎo)致的資源環(huán)境損失的承受能力有限度。舉例來說，連通的調(diào)水效果可能導(dǎo)致調(diào)水區(qū)水體納污能力減小、水質(zhì)變差。假設(shè)一種極端情況，即連通使調(diào)水區(qū)平均水質(zhì)或部分區(qū)域的水質(zhì)由Ⅲ類變?yōu)閂類或劣V類，則很難想象調(diào)水區(qū)社會(huì)能長期接受這種連通。此時(shí)，指標(biāo)在調(diào)水區(qū)內(nèi)的閾值就表現(xiàn)為指標(biāo)的某個(gè)絕對(duì)值，如黃烈敏等［39］在對(duì)南水北調(diào)西線調(diào)水區(qū)生態(tài)調(diào)控閾值進(jìn)行研究時(shí)，從保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)需水出發(fā)所確定的各控制斷面在各水期的生態(tài)基流就屬于這種類型的閾值。

在受水區(qū)也可能存在絕對(duì)值形式的閾值。例如，連通有可能引起受水區(qū)（淺層）地下水位的抬升，使土壤發(fā)生鹽堿化或?qū)r(nóng)作物生長產(chǎn)生不利影響。此時(shí)，避免土壤鹽堿化、不影響農(nóng)作物生長的地下水埋深臨界值這一“絕對(duì)值”就可能成為相應(yīng)指標(biāo)的閾值，如有研究認(rèn)為，在我國西北地區(qū)為防止植被退化和生態(tài)環(huán)境惡化，在喬木、灌木分布區(qū)，潛水埋深不能大于6～7 m，而在草甸分布區(qū)潛水埋深不能大于2～3 m［18］。

（2）表征連通前后單區(qū)域內(nèi)“指標(biāo)變化”的可接受程度的閾值。調(diào)水區(qū)對(duì)指標(biāo)所表征屬性惡化的容忍程度也可能與受水區(qū)該指標(biāo)的改善程度有關(guān)，即調(diào)水區(qū)社會(huì)有可能依據(jù)調(diào)水區(qū)、受水區(qū)之間該指標(biāo)的相對(duì)變化來決定自己對(duì)指標(biāo)變化的容忍程度（閾值）。如果這種閾值存在的話，它是一種從“公平”的角度出發(fā)表現(xiàn)出來的閾值。這種閾值存在性、如何確定等都有待進(jìn)一步研究。

單區(qū)域內(nèi)指標(biāo)的閾值確定后，即可基于閾值對(duì)指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)［18］。

4.2指標(biāo)在連通區(qū)內(nèi)的閾值該如何評(píng)價(jià)連通在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)對(duì)特定生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的綜合影響？什么是可接受的連通？什么是最優(yōu)的連通？什么是影響大，什么是影響?。渴裁词侵笜?biāo)的閾值？當(dāng)前對(duì)這些問題尚無現(xiàn)成的答案。我們認(rèn)為可按下文的思路回答上述問題。

在僅考慮單指標(biāo)時(shí)，設(shè)對(duì)特定生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果位于區(qū)間［-1，1］：

（1）認(rèn)為河湖水系連通的目的是（通過合理的調(diào)水規(guī)模）使連通對(duì)指標(biāo)的綜合影響最優(yōu)（最正面），即認(rèn)為當(dāng)調(diào)水使“加權(quán)單指標(biāo)變化”對(duì)應(yīng)于曲線A′B′C′D′E′上的B′點(diǎn)（即x=xm）時(shí)，連通對(duì)指標(biāo)的影響最優(yōu)，效益最大，連通對(duì)指標(biāo)影響的評(píng)價(jià)得分為IP（xm）=1。

（2）當(dāng)調(diào)水量x=0時(shí)，連通在連通區(qū)內(nèi)對(duì)指標(biāo)的綜合影響為零（圖6（a）中的A點(diǎn)），連通對(duì)指標(biāo)影響的評(píng)價(jià)得分為IP（0）=0。

（3）當(dāng)調(diào)水量足夠大、從而使“加權(quán)單指標(biāo)變化”再次為零時(shí)（和圖6（a）中虛線和x軸的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，此時(shí)x=x2），x2相對(duì)于x0有兩種情況：（a）當(dāng)x2位于x0左側(cè)或二者重合時(shí)，IP（x2）=0；（b）若x2位于x0右側(cè)時(shí)，認(rèn)為IP（x0）=0。這是基于如下價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)調(diào)水使調(diào)水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)急劇破壞時(shí)，即使基于圖6（a）“加權(quán)單指標(biāo)變化”為正，調(diào)水也被認(rèn)為是不可接受的。

閾值確定后，即可通過插值的方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

上文討論的是如何評(píng)價(jià)河湖水系連通對(duì)單指標(biāo)的影響。為綜合評(píng)價(jià)河湖水系連通的影響，一般需考慮連通影響的多個(gè)方面（如經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、生態(tài)、景觀、文化等）建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這是另外的研究所應(yīng)關(guān)注的內(nèi)容，在此不予討論。

5 討論和結(jié)論

本文對(duì)河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的若干基礎(chǔ)性問題進(jìn)行了探討。分析了河湖水系連通區(qū)的空間結(jié)構(gòu)，認(rèn)為這種空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)和其他水工程影響評(píng)價(jià)有重要的不同，即可定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)可能存在兩類閾值：在調(diào)水區(qū)、受水區(qū)上的閾值，以及表征指標(biāo)所描述的屬性或特征在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移或重新配置之可接受程度的閾值。后者可能為河湖水系連通影響評(píng)價(jià)所特有。為實(shí)現(xiàn)在整個(gè)連通區(qū)內(nèi)對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，本文從恢復(fù)生態(tài)學(xué)相關(guān)理論出發(fā)，將調(diào)水量視為連通對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的最主要的脅迫，提出了表征調(diào)水量與生態(tài)系統(tǒng)功能/健康相關(guān)指標(biāo)之間關(guān)系的概念模型，考察了概念模型的特征，提出了對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法。

需要說明的是，由于河湖水系連通生態(tài)環(huán)境影響的復(fù)雜性，本文在提煉相關(guān)概念模型時(shí)應(yīng)用了一系列假定：（1）將可能雙向的連通概化為具有主導(dǎo)輸水方向的調(diào)水型連通，將整個(gè)連通區(qū)概化為主要由調(diào)水區(qū)、受水區(qū)組成；（2）將生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際上的“多穩(wěn)態(tài)”退化或恢復(fù)過程簡化為單穩(wěn)態(tài)的、光滑退化或恢復(fù)過程；（3）將流域生態(tài)系統(tǒng)假定為僅受年調(diào)水量的脅迫而不考慮水質(zhì)水量過程；（4）將所討論的指標(biāo)視為所在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的表征之一，認(rèn)為隨調(diào)水量的變化，指標(biāo)變化與生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平的變化同步；（5）對(duì)調(diào)水對(duì)受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的脅迫進(jìn)行了簡化處理，而實(shí)際上，該過程可能更為復(fù)雜；（6）（當(dāng)僅考慮單指標(biāo)時(shí)）將河湖水系連通的目的視為使“加權(quán)單指標(biāo)變化”在連通區(qū)最大，認(rèn)為使“加權(quán)單指標(biāo)變化”最大的調(diào)水量（或者說連通）最優(yōu)。

本文建立的概念模型是針對(duì)調(diào)水型連通的。調(diào)水型連通是一種連通關(guān)系最簡單的連通。從這個(gè)意義上說，本文所建立的概念模型提供了一個(gè)分析河湖水系連通之生態(tài)環(huán)境影響的框架（路線圖），可作為進(jìn)一步研究其他類型連通影響的基礎(chǔ)。為進(jìn)一步推進(jìn)河湖水系連通影響評(píng)價(jià)研究，有若干問題值得進(jìn)一步討論：

（1）如何更合理地反映連通的脅迫。當(dāng)前的概念模型使用“年調(diào)水量”作為脅迫因子，年調(diào)水量實(shí)際上是以年為時(shí)間尺度的水文過程，這個(gè)時(shí)間尺度難以反映生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在敏感期對(duì)水分的需求以及調(diào)水在敏感期的影響。同等年調(diào)水量條件下，水文過程中可能包括反映各種環(huán)境/生態(tài)水文需求（如河岸植被種子傳播、魚類繁殖、改善水環(huán)境的水文需求）的水文組分，也可能沒有。為此，可基于連通區(qū)具有代表性的生態(tài)環(huán)境保護(hù)需求，針對(duì)環(huán)境/生態(tài)敏感過程，設(shè)定敏感期并考察敏感生態(tài)需水過程，在較小的時(shí)間尺度上借鑒本文所建立的概念模型開展評(píng)價(jià)。此外，在同等調(diào)水量情況下，連通可能是單向的連通（純粹的調(diào)水），也可能是通過平原河網(wǎng)維持的雙向連通。如何通過合適的概念模型描述后一種情況的影響，是有待進(jìn)一步研究的問題。

（2）如何更好地反映受水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化或恢復(fù)過程。受水區(qū)水量過多也是一種脅迫。在這種情況下生態(tài)系統(tǒng)功能/健康水平如何隨調(diào)水量變化尚待研究。

（3）如何獲得概念模型中的光滑曲線ABCDE。在應(yīng)用本文所建立的概念模型評(píng)價(jià)連通對(duì)指標(biāo)的影響時(shí)，需要知道概念模型中相應(yīng)曲線的解析表達(dá)式。鑒于河湖水系連通問題的復(fù)雜性，很難依靠現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)獲得曲線的解析表達(dá)式，很可能需要建立調(diào)水或受水區(qū)水文、水質(zhì)及生態(tài)數(shù)學(xué)模型開展系統(tǒng)的數(shù)值模擬，獲得離散點(diǎn)后通過的擬合來確定曲線的形式。

（4）如何合理地界定河湖水系連通的影響范圍。調(diào)水區(qū)和受水區(qū)范圍的界定直接影響指標(biāo)加權(quán)時(shí)的權(quán)重。當(dāng)前，對(duì)影響范圍的界定具有很大的任意性，如何縮小這種任意性是需要研究的問題之一。

［1］ 唐傳利.關(guān)于開展河湖連通研究有關(guān)問題的探討［J］.中國水利，2011（6）：86-89.

［2］ 錢正英，陳家琦，馮杰.中國水利的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變［J］.城市發(fā)展研究，2010，17（4）：1-5.

［3］ 陳雷.立足科學(xué)發(fā)展，著力改善民生做好水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃編制工作——在全國水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃編制工作視頻會(huì)議上的講話［Z］.2009.

［4］ 陳雷.關(guān)于幾個(gè)重大水利問題的思考——在全國水利規(guī)劃計(jì)劃工作會(huì)議上的講話［J］.中國水利，2010（4）：1-7.

［5］ 李宗禮，李原園，王中根，等.河湖水系連通研究：概念框架［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2011，26（3）：513-522.

［6］ 張歐陽，熊文，丁洪亮.長江流域水系連通特征及其影響因素分析［J］.人民長江，2010，41（1）：1-5，78.

［7］ 張歐陽，卜惠峰，王翠平，等.長江流域水系連通性對(duì)河流健康的影響［J］.人民長江，2010，41（2）：1-6.

［8］ 王中根，李宗禮，劉昌明，等.河湖水系連通的理論探討［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2011，26（3）：523-529.

［9］ 夏軍，高揚(yáng)，左其亭，等.河湖水系連通特征及其利弊［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2012，31（1）：26-31.

［10］ 雷阿林，李志軍，賈海燕，等.重建江（河）湖動(dòng)態(tài)聯(lián)系，修復(fù)水網(wǎng)生態(tài)環(huán)境［J］.人民長江，2004，35（9）：1-4.

［11］ 李原園，酈建強(qiáng)，李宗禮，等.河湖水系連通研究的若干問題與挑戰(zhàn)［J］.資源科學(xué)，2011，33（3）：386-391.

［12］ 崔國韜，左其亭.人類活動(dòng)對(duì)河湖水系連通關(guān)系的影響及量化評(píng)估［J］.水資源研究，2012（1）：326-333.

［13］ 高婷，李翀，廖文根.二元驅(qū)動(dòng)的河湖歷史演變及其啟示［J］.人民長江，2012，43（1）：12-17.

［14］ 魯帆，趙靜.河湖水系連通的基本準(zhǔn)則與評(píng)判指標(biāo)芻議［J］.中國水利，2013（9）：17-20.

［15］ 魯春霞，謝高地，成升魁，等.水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響評(píng)價(jià)方法初探［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（5）：803-807.

［16］ 常本春，耿雷華，劉翠善，等.水利水電工程的生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［J］.水利水電科技進(jìn)展，2006，26（6）：11-15.

［17］ 蔡旭東.水利工程生態(tài)效應(yīng)的區(qū)域響應(yīng)評(píng)價(jià)體系［J］.中國水利，2007（12）：16-19.

［18］ 水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系研究與應(yīng)用［R］.2009.

［19］ MAY R M.Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states［J］.Nature，1977，269：471-477.

［20］ MAYER A L，RIETKERK M.The dynamic regime concept for ecosystem management and restoration［J］.Biosci?ence，2004，54（11）：1013-1019.

［21］ MAESTRE F T，CORTINA J.Insights into ecosystem composition and function in a sequence of degraded semiar?id steppes［J］.Restoration ecology，2004，12（4）：494-502.

［22］ SCHR?DER A，PERSSON L，ROOSA M.Direct experimental evidence for alternative stable states：a review［J］.OIKOS，2005，110：3-19.

［23］ 武昕原，劉峰，WHISENANT S G.恢復(fù)生態(tài)學(xué)進(jìn)展——北美視角［C］//現(xiàn)代生態(tài)學(xué)講座（Ⅲ）——學(xué)科進(jìn)展與熱點(diǎn)論題.北京：高等教育出版社，2007.

［24］ 馮劍豐，王洪禮，朱琳.生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)研究進(jìn)展［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（4）：1553-1559.

［25］ HOBBS R J，NORTON D A.Towards a conceptual framework for restoration ecology［J］.Restoration Ecology，1996，4（2）：93-110.

［26］ WHISENANT S G.Repairing damaged wildlands：a process-oriented，landscape-scale approach［M］.Cam?bridge：Cambridge University Press，1999.

［27］ 任海，彭少麟，鄔建國.恢復(fù)生態(tài)學(xué)［C］//現(xiàn)代生態(tài)學(xué)講座（II）——基礎(chǔ)研究與環(huán)境問題.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［28］ BRISKE D D，F(xiàn)UBLENDORF S D，SMEINS F E.State-and-Transition models，thresholds，and rangeland health：a synthesis of ecological concepts and perspectives［J］.Rangeland ecology and management，2005，58（1）：1-10.

［29］ 李玉照，劉永，趙磊，等.淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的閾值判定方法［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（11）：3280-3290.

［30］ 孫云，于德永，劉宇鵬，等.生態(tài)系統(tǒng)重大突變檢驗(yàn)研究進(jìn)展［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，37（11）：1059-1070.

［31］ BESTELMEYER B T.Threshold concepts and their use in rangeland management and restoration：the good，the bad，and the insidious［J］.Restoration Ecology，2006，14（3）：325-329.

［32］ YOUNG D，PEROTTO-BALDIVIESO H L，BREWER T，et al.Monitoring British upland ecosystems with the use of landscape structure as an indicator for State-and-Transition Models［J］.Rangeland Ecology&Manage?ment，2014，67（4）：380-388.

［33］ LIU W，HOLST J，YU Z.Thresholds of landscape change：a new tool to manage green infrastructure and socialeconomic development［J］.Landscape Ecology，2014，29：729-743.

［34］ 吳剛，蔡慶華.流域生態(tài)學(xué)研究內(nèi)容的整體表述［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，18（6）：575-581.

［35］ 鄧紅兵，王慶禮，蔡慶華.流域生態(tài)學(xué)——新學(xué)科、新思想、新途徑［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，9（4）：443-449.

［36］ HOBBS R J，HARRIS J A.Restoration ecology：repairing the Earth’s ecosystems in the new millennium［J］. Restoration Ecology，2001，9（2）：239-246.

［37］ 張晶，董哲仁，孫東亞，等.基于主導(dǎo)生態(tài)功能分區(qū)的河流健康評(píng)價(jià)全指標(biāo)體系［J］.水利學(xué)報(bào)，2010，41（8）：883-892.

［38］ 中華人民共和國水利部.全國水資源公報(bào)［Z］.2009.

［39］ 黃烈敏，劉家宏，秦大庸，等.南水北調(diào)西線調(diào)水區(qū)生態(tài)調(diào)控閾值研究［J］.中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2012，10（1）：29-35.

Investigation into the conceptual model for evaluating the environmental and ecological impacts of River and Lake System Interconnection

FENG Shunxin1，LIAO Wengen2，WANG Junna1
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.General Institute of Water Resources and Hydropower Planning and Design，Ministry of Water Resources，Beijing 100120，China）

River and Lake System Interconnection（RLSI）is an important strategy employed presently for water resources management.It is also a key measure for improving the capacity of water resources alloca?tion，enhancing flood and drought control and improving eco-environment.The evaluation of the environmen?tal and ecological impacts of RLSI can provide a good basis for the decision-making concerning RLSI.In this paper，several aspects of the impact evaluation of RLSI different from those of other types of water projects were discussed.It was pointed out that the specific space structure of the connected region may re?sult in multiple threshold values of an environmental or ecological impact evaluation index.A conceptual model was proposed for the evaluatlon of the environmental and ecological impacts of RLSI in the whole connected region，as well as the evaluation method based on this model.The limitations of the conceptual model and the perspectives in the impact evaluation of RLSI were discussed finally.

River and Lake System Interconnection（RLSI）；impact；evaluation；conceptual model

TV213.4

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2017.01.003

1672-3031（2017）01-0018-12

（責(zé)任編輯：韓 昆）

2016-08-13

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201501030）；水利部中央水利前期工作項(xiàng)目（2010518）

馮順新（1973-），男，湖北仙桃人，博士，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境與生態(tài)水力學(xué)及水工程的生態(tài)環(huán)境影響研究。E-mail：fengsx@iwhr.com