水生態(tài)保護(hù)對(duì)龍羊峽下游河流生態(tài)的影響

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，青海 西寧 810001)

水生態(tài)保護(hù)對(duì)龍羊峽下游河流生態(tài)的影響

霍莉莉

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，青海 西寧 810001)

大壩的建設(shè)阻隔了河流的連續(xù)性，影響了大壩下游河流的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。本文分析了大壩對(duì)河流結(jié)構(gòu)的影響以及龍羊峽的生態(tài)環(huán)境狀況。從整個(gè)區(qū)域的水生態(tài)保護(hù)著手，研究了龍羊峽下游河流的泥沙含量的變化，揭示大壩的生態(tài)保護(hù)是河流生態(tài)恢復(fù)的重要措施。

大壩；生態(tài)保護(hù)；河流；泥沙

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大壩建設(shè)的技術(shù)日臻完善，在河流上建設(shè)大規(guī)模的水電站成為常態(tài)。河流上建設(shè)大壩，將河流攔截建成水庫，滿足了發(fā)電、防洪和灌溉的需求，但是，大壩的建設(shè)會(huì)影響河流的生態(tài)環(huán)境。黃河干流上建設(shè)了如龍羊峽和劉家峽等幾座大型水電站，這些攔河大壩的建設(shè)，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化，同時(shí)使河流的生態(tài)環(huán)境受到了較大的影響。河流由于管理和區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化的原因，部分河流產(chǎn)生斷流和水污染嚴(yán)重的情況，嚴(yán)重影響河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[1]。鑒于筑壩對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的影響，研究大壩生態(tài)修復(fù)措施，改善河流生態(tài)環(huán)境尤為重要。

1 筑壩對(duì)河流結(jié)構(gòu)影響

河流是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)的主要通道[2]，現(xiàn)在黃河干流上建設(shè)了很多大型水電站，水庫的建設(shè)隔斷了河流的自然流動(dòng)狀態(tài)，河流上攔水筑壩后，河流產(chǎn)生了一系列的反應(yīng)，改變了河流的物理、化學(xué)和生物因素。筑壩對(duì)河流流動(dòng)狀態(tài)的改變，直接影響大壩下游的生態(tài)環(huán)境，根據(jù)影響程度可以分為三個(gè)層次[3]：第一層次是對(duì)下游輸送物質(zhì)和能量的影響，河流的流速發(fā)生改變后，輸送的浮游物和能量發(fā)生改變；第二層次是河道結(jié)構(gòu)的變化，河流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，使河流對(duì)河床的沖刷發(fā)生改變，河流的含沙量和淤積程度發(fā)生變化，同時(shí)，河道內(nèi)生物群落的生活環(huán)境改變也會(huì)影響生物的種類和數(shù)量；第三個(gè)層次是綜合了所有一、二層次影響引起的變化。

大壩建設(shè)后，將大壩上游水流蓄在水庫中，改變了河流的水動(dòng)力條件，使河流的流動(dòng)趨于緩慢，河流攜運(yùn)泥沙的能力減弱，大顆粒物質(zhì)和水團(tuán)容易沉積，強(qiáng)水條件下的河流搬運(yùn)作用，慢慢變成了弱水動(dòng)力條件下的湖泊沉積效用[4]，下游水流的流速增大，增強(qiáng)了河流對(duì)于河岸的沖刷，導(dǎo)致了下游河流的含沙量較高。大壩通過改變河流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變了下游泥沙和生物要素的流動(dòng)、運(yùn)移，影響生物地球循環(huán)以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境[5]。

2 龍羊峽生態(tài)環(huán)境狀況

龍羊峽水電站是黃河上的龍頭水電站，龍羊峽水電站自1989年投產(chǎn)使用后，充分發(fā)揮了發(fā)電、防洪和灌溉的效益。但是，不容忽視的是龍羊峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境日趨惡劣，水土流失嚴(yán)重，土地沙漠化是主要的生態(tài)環(huán)境問題。生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，造成了龍羊峽庫區(qū)群眾生活困難，阻礙了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。龍羊峽庫區(qū)每年流入的泥沙可達(dá)3000多萬t，而整個(gè)地區(qū)每年流入黃河的泥沙量6780萬t，輸入庫區(qū)的泥沙3131萬m3，黃河水量減少，隨著泥沙堆積量的增加，庫容逐步縮小，對(duì)發(fā)電、防洪、灌溉等方面造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)連年發(fā)生干旱造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 龍羊峽水庫生態(tài)修復(fù)對(duì)下游河流泥沙的影響

河流面積雖然較小，但是河流作為區(qū)域的重要組成部分，其功能對(duì)于整個(gè)區(qū)域生態(tài)具有較大的作用，河流的水資源、水質(zhì)、對(duì)洪水的調(diào)節(jié)功能具有較大的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值和服務(wù)功能。因此，河流的修復(fù)不是僅僅在河道環(huán)境上進(jìn)行改變，河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能的全面恢復(fù)也不是僅局限于生態(tài)系統(tǒng)的種群保護(hù)。河流作為區(qū)域系統(tǒng)中重要的部分，尤其是已建設(shè)大壩的河流其生態(tài)環(huán)境與大壩的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)應(yīng)該從整個(gè)區(qū)域生態(tài)恢復(fù)來考慮，要綜合考慮流域土地利用方式、管理措施、大壩運(yùn)行的影響，而不是僅僅考慮河道范圍內(nèi)[6]。

龍羊峽庫區(qū)主要的水土保護(hù)措施包括退牧還草、退耕還林、封山育林、沙漠化治理、濕地保護(hù)、黑土灘治理及人工增雨工程等。龍羊峽庫區(qū)的生態(tài)脆弱在于庫區(qū)的水土流失嚴(yán)重和沙漠化的擴(kuò)大。植被和森林是涵養(yǎng)水源和防風(fēng)固沙的核心，在庫區(qū)環(huán)境的修復(fù)中，將保護(hù)自然環(huán)境和采取工程措施結(jié)合起來，加強(qiáng)草原、森林、水庫和河流的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)及建設(shè)，建設(shè)一系列的生態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系，從根本上遏制生態(tài)整體退化趨勢(shì)。

3.1 龍羊峽下游河流泥沙年際變化

黃河干流泥沙含量的差異比較大，從泥沙觀測(cè)站獲得的數(shù)據(jù)可知：龍羊峽下游同仁觀察站、黃河沿站多年平均含沙量分別為1.30kg/m3、0.117kg/m3；龍羊峽庫區(qū)經(jīng)過生態(tài)修復(fù)后，黃河沿、同仁站分別為0.052kg/m3、1.28kg/m3。從數(shù)據(jù)對(duì)比可知，兩站2005—2012年系列平均含沙量較多年含沙量有所減少，黃河沿站泥沙含量減少量顯著。河流年輸沙量和河流的搬移能力、河流的年徑流量以及河流對(duì)河岸的沖刷能力有關(guān)系。黃河沿、同仁站多年平均輸沙量分別為8.1萬t、57.5萬t；2005—2012年系列黃河沿、同仁站的年均輸沙量分別為4.72萬t、70.7萬t。由數(shù)據(jù)可知，不同時(shí)段、不同年降雨量代表站的含沙量與輸沙量不同，即河流的輸沙能力不同。龍羊峽水庫下游主要河流泥沙觀測(cè)站2005—2012年含沙量、輸沙量見表1。

表1 河流泥沙觀測(cè)站2005—2012年含沙量、輸沙量

由于受降水、徑流的制約，泥沙的季節(jié)變化很大，年內(nèi)分配很不均勻，最大含沙量、輸沙量均集中在汛期，最大月平均含沙量、輸沙量基本出現(xiàn)在7月、8月，最小月平均含沙量、輸沙量出現(xiàn)在12月、次年1月。

分析河流泥沙觀測(cè)站的數(shù)據(jù)可知：黃河沿、同仁站的含沙量在2005—2012年系列平均含沙量比多年平均有所減少，且在輸沙量方面兩站2005—2012年系列平均輸沙量較多年平均輸沙量分別減少了3.4萬t和13.2萬t，輸送到下游的泥沙量大大減少。2005—2012年最大月平均含沙量與多年月平均含沙量出現(xiàn)月份有所不同，黃河沿、同仁站的情況相似，2005—2012年系列最大月平均含沙量均出現(xiàn)8月，而往年的最大月平均含沙量出現(xiàn)在7月，平均含沙量有向后推延的趨勢(shì)。兩個(gè)泥沙觀測(cè)站的月平均含沙量關(guān)系曲線見圖1。

圖1 泥沙觀測(cè)站平均含沙量關(guān)系曲線

3.2 生態(tài)保護(hù)的保土減沙效應(yīng)

河流平均含沙量除了與河流的徑流量大小以及河流對(duì)河岸的沖刷能力有關(guān)，還與流域下墊面的狀況有關(guān)，下墊面植被比較少，且土質(zhì)比較疏松的情況下，水土流失情況比較嚴(yán)重，流入河流的泥沙較多。河流含沙量的大小與雨量大小、降雨強(qiáng)度以及河流的徑流量有關(guān)，降雨量、降雨強(qiáng)度越大，降雨對(duì)土壤的破壞越大，其河流的含沙量越大；徑流量越大，水力侵蝕能力加大，河流含沙量增大。依據(jù)黃河沿站泥沙測(cè)站多年平均含沙量和年徑流量曲線圖可以看出，河流的含沙量和河流的年徑流量的走勢(shì)相似，年徑流大的年份其含沙量也較大，見圖2。

圖2 黃河沿站年平均含沙量及年徑流量過程線

一般來說，河流徑流量越大，對(duì)河岸的沖刷越強(qiáng)，河流含沙量越大。 2005—2012年系列，黃河沿站、同仁站的年徑流量要大于多年平均降雨量，但是兩個(gè)觀測(cè)站河流的含沙量小于多年的平均含沙量，具體數(shù)據(jù)見表2。依據(jù)黃河沿站年平均含沙量及年徑流過程關(guān)系曲線分析，2005—2012年系列平均徑流量比多年平均年徑流量大，2009年徑流量達(dá)到了峰值，河流的泥沙含量沒有達(dá)到峰值，且低于多年平均河流的泥沙含量。以黃河沿站1999年、2007年徑流量及含沙量關(guān)系分析：1999年與2007年的年徑流量相差不是很大，河流的泥沙含量差異較大，出現(xiàn)差異的原因在于兩年洪峰出現(xiàn)的時(shí)間段不同，見圖3，1999年洪峰出現(xiàn)在6月，此時(shí)處于春旱季節(jié)，且洪峰出現(xiàn)前的雨量較少，植被覆蓋率較少，雨量大，時(shí)間較短，造成的水土流失情況比較嚴(yán)重。2007年，洪峰出現(xiàn)在7月，此時(shí)植被的覆蓋率較高，洪峰出現(xiàn)前，雨量充沛且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)水土流失相對(duì)較少。根據(jù)對(duì)比分析，河流含沙量較少的年份與下墊面植被覆蓋率高、植被生長(zhǎng)條件較好、雨量較為集中、生態(tài)修復(fù)提高下墊面的保水能力、水庫調(diào)節(jié)下游的徑流量集中程度有關(guān)。

表2 2005—2012年系列及多年平均河流年徑流量及年平均含沙量

圖3 黃河沿站1999年、2007年洪水過程對(duì)比

4 結(jié) 論

a. 一般來說，河流徑流量越大，對(duì)河岸的沖刷越強(qiáng)，河流含沙量越大，河流的輸沙量越大，徑流量和含沙量呈正相關(guān)關(guān)系。2005—2012年系列徑流量增加明顯，含沙量卻減少，分析來看與水庫的生態(tài)修復(fù)有關(guān)，水庫改變了河流徑流量的集中程度，植被覆蓋率的提升減少了水土流失。

b. 生態(tài)措施修復(fù)水庫及河道環(huán)境，保護(hù)土壤減少侵蝕，保持土地生產(chǎn)力，并能提高河岸基穩(wěn)定性，減少河流和水庫的淤積。生態(tài)保護(hù)措施通過提高區(qū)域植被覆蓋度及涵養(yǎng)水源能力，同時(shí)也使原本暴露的地表土壤免受或減少水力與風(fēng)力侵蝕，從而在降水時(shí)減少表層土壤損失量，降低河川水流含沙量和輸沙量，減輕下游河道及湖庫泥沙淤積問題，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的保土減沙效應(yīng)。

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InfluenceofwaterecologicalprotectiononLongyangxiadownstreamriverecology

HUO Lili

(QinghaiWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Xining810001,China)

Construction of dam blocks the continuity of river and affects the ecological structure and function of dam downstream river.In the paper, the influence of the dam on river structures and ecological environment condition of Longyangxia are analyzed. The changes of sediment content in Longyangxia downstream river are studied according to water ecological conservation of the whole area. It is revealed that dam ecological protection is an important measure of river ecological restoration.

dam; ecological protection; river; sediment

10.16616/j.cnki.10- 1326/TV.2017.010.011

TV213.4

A

2096-0131(2017)010-0035-04