大坝的河流生态效应及对策研究

#"大坝对河流生态系统的影响
河流蓄水形成水库后， 生物群落 随生态环境变化经过自然选择、 演 替， 形成一种新平衡。水库形成后， 水 动力条 件 减 弱 、 透明度增加等因素使 水生生态体系由以底栖附着生物为 主的 “河 流 型 ” 异养体系向以浮游生 物为主的 “湖沼型” 自养体系演化。筑 坝导致 河 流 日 流 量 急 剧 变 化 ， 降低下 游栖息地和水生态系统的生产力和 冲刷河道。大量颗粒泥沙在河道中沉 降， 改变下游河床基质， 降低下游附 卵栖息 地 的 生 态 环 境 质 量 ， 从而影响 鱼类 、 底 栖 生 物 等 的 生 存 。林 求 其 等 发现水库藻类密度分布与水流流速 和透明度的相关程度明显高于与营 养盐 和 温 度 的 相 关 程 度 ；在 丰 水 期 ， 受水流 和 透 明 度 的 强 烈 控 制 ， 尽管营 养盐浓 度 较 高 ， 但是硅藻密度处于比 较低的 水 平 ； 丰水期硅藻密度稍低于 枯水 期 ， 河 流 区 明 显 低 于 大 坝 处 。受 水库 水 动 力 学 （水 位 波 动 等 因 素 ） 影 响， 最大浮游植物多样性出现于水位 波动 比 较 大 的 7 月 份 ， 最小值则出现 于水位波动最小的 : 月份。 河流蓄水以及流量的人为调节， 可能对洪泛平原的动植物生态系统造 成灾难性后果，周期性的洪水泛滥是 河流湿地生态系统不可少的重要组成 部分， 而洪水泛滥次数以及时空的变化 直接导致生态系统中的物种组成、 结构 发生变化， 使得部分生态系统向陆地生 态系统演替。 我国黄河三角洲的湿地生 态系统由于黄河流量的降低导致部分 海水入侵， 使得部分湿地由淡水生态系 统向咸水生态系统演替， 直接影响区域 生态系统的空间分布及演替格局， 对区 域生态安全造成严重危害。
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Fra Baidu bibliotek 江河治理
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!" 建立大坝对河流生态系统健康
影响评价指标体系 建立有效的河流生态系统健康评 价指标体系能够迅速评价筑坝和恢复 措施对河流生态系统的影响，这也是 目前河流生态系统研究的热点问题之 一。 对河流、 水库食物链上碳、 氮、 磷等 转化 （营养动力学 过 程 ） 的研究， 深刻 理解水库系统内营养物质循环和更新 规律。此外， 还应对水库、 河流系统内 生物地球化学物质循环性质进行研 究， 以及对水库 （河 流 ） 本身水环境未 来演化中的一些重要问题进行研究。 大坝对河流生态系统的影响程度 与大坝规模、 运行方式、 流域地质、 人口、 经济等关系密切， 其中大坝规模的影响 尤其重要。大坝规模、 运行方式影响河 流生态系统的类型、 范围、 频率和时间， 而大坝的各种特性是相互联系的， 这也 是目前河流生态系统亟须的研究区域 之一， 因此 "#$% （&’’(） 建议分析和综合 有关因素，建立相应的评价指标和体 系， 这对于评价大坝生态影响具有重要 的理论和现实意义。同时， 随着部分大 坝的老化， 需要重视大坝拆除后对河流 生态系统的影响， 尤其是水库大量滞留 （主要通过泥沙沉积作用）的生源要素 向下游的输移， 以及河流水文、 水力特 性的恢复对河流生态系统的影响， 从而 采取相应的措施， 减轻对河流生态系统
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大坝的河流生态效应及对策研究
!毛战坡
彭文启 周怀东
摘 要 在河流上建坝改变了河流的水文、 水力特性， 物理化学特性以及河流生态学特性， 严重影响河流生态系 统的结构和功能， 成为河流生态系统研究中的热点问题。研究表明， 大坝对河流生态系统的生态效应是 规划、 建造、 设计以及大坝泄流等过程的复合函数， 需要在大坝的规划、 设计、 建造、 运行过程中， 根据河 流生态系统的特点， 充分考虑流域土地利用、 生态恢复、 流量适应性管理等措施， 减轻大坝对河流生态系 统的影响， 实现流域水资源的可持续发展， 从而达到人与自然和谐发展的目的。 关键词 大坝 河流 生态系统 措施
一、大坝对河流生态系统的 影响
河流系统是由一系列不同级别的 河流形成的完整体系。 大量研究表明， 河流物理参数的连续变化梯度形成系 统的连贯结构和相应的功能。河道物 理结构、 水文循环和能量输入， 在河流 生物系统中产生一系列响应，即连续 的生物 学 调 整 ，以 及 沿 河 有 机 质 、 养 分、 悬浮物等的 运 动 、 搬运、 利用和储 蓄，即河流生态系统中生物因素及其 物理环境的连续性和系统景观的空间 异质性。
河流的物理、 化学、 生态特征是流 域许多因素综合作用的结果，与陆地 生态系统具有密切的联系。流域土地 利用影响河流生态系统的水质、栖息 地、 生物群落等的时空变化特征， 筑坝 将改变河流的 物 理 、 生物、 化学因素， 进而影响河流生态系统的结构和功 能。 研究表明， 大坝对河流生态系统的 生态效应呈金字塔形，划分为三个层 次： 最底层是大坝对河流下游能量、 物 质 （悬浮物、 生源要素等） 输送通量的 影响； 中间层 是 河 道 结 构 （河 道 形 态 、 泥沙淤积、 冲刷等） 和河流生态系统结 构及 功 能 （种 群 数 量 、 物 种 数量、 栖息 地等） 的变化； 最高层是两者的综合效 应， 是大坝生态效应的最终体现。 水力学特性 !" 大 坝 对 河 流 水 文 、 的影响 筑坝通过截留径流量，人为地改 变河流的水文、 水力特性的时空变化， 包括河流低、 高流量的频率， 时空分布 特性，以及河流的流动特性及其时空 分布，从而改变河流下游生态系统的 水文、 水力特征。 同时水库的泄流方式 （浅层泄流 、 深层泄流、 溢流等） 、 泄流 频率等对河流物理、化学和生物特征
具有重要作用，而水力特性对河流生 态系统具有决定作用，尤其是对某些 关键物 种 的 栖 息 地 分 布 和 生 存 环 境 。 大坝蓄水对河流流量的调节使下游河 道流量的模式发生变化， 即大、 小流量 减少， 中等流量增加； 大、 中、 小型大坝 以及水库的运行方式产生不同的泄流 方式 （浅层 泄 流 、 深层泄流、 溢流等） ， 泄流水体具有不同的水温、 水质 （主要 是由 水 体 的 温 度 、 水质分层） ， 影响下 游河流原有物质、 能量、 生态系统结构 和功能，而影响程度又取决于水库的 调度方案、 泄流位置、 溢流堰特性、 蓄 水库容、 泥沙沉积以及流域地貌等。 研 究表明，河流洪水的季节性变化能够 有效补充下游湿地生态系统 （尤其是 远离河道的湿地系统） 、 地下水体的水 量及营养物质，对维护河流生态系统 具有重要的作用。 因此， 欧美国家提出 河流流量的适应性管理，即通过人造 洪水，维持和保护部分河流的自然生 态系统，以及将洪泛区纳入河流生态 系统的管理， 重视洪泛区的生态功能。 筑坝蓄水形成水库将引起河流水 动力条件的改变 （主要是流速减慢） ， 导 致颗粒物迁移、水团混合性质等发生
随着经济社会的发展，在河流上 筑坝拦截水量用于发电、 灌溉、 控制洪 水等使河 流 生 态 环 境 受 到 人 为 影 响 。 在我国，一些主要河流梯级水库的开 发引起部分河流缺乏有效管理，出现 断流、 水污染等后果， 严重影响了河流 生态系统的结构和功能。因此，有必 要对大坝的生态效应进行必要的研 究， 提出相应的控制对策， 减轻大坝 对 生 态 造 成 的 负 面 影响， 促进人与自 然 的 和 谐 相处 ，实现流域水资 源 、 经 济、 生态、 社会的可持续发展。
的胁迫， 促进流域的可持续发展。
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苏联基辅的克里明丘克水库和卡霍夫 水库，泄流水体中的无机磷含量增加 无 机 氮 增 加 了 496 ， 主要是 了 846 ， 由于库区基岩中的营养物质溶解释放 造成的。
二、 减轻大坝对生态效应影响 的对策
大坝人为调节河流生态系统的水 文特性、 水环境和生物过程， 改变河流 营养物质的迁移、 转换和循环更新， 直 接或间接影响河流生态系统结构和功 能，使得河流生态系统研究日益重视 河流生态系统健康评价、流域生态系 统与河流生态系统的相互作用、河流 生物群落的生态功能以及河流生态系 统的管理等。
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显著变化， 使得大量泥沙、 营养物质在 水体中滞留，部分水库成为营养物质 的源头，在某些泄流条件下大量营养 物质向下游输送，从而改变下游河流 生态系统的物种构成、 群落分布等。 同 时， 水库的运行方式以及使用目的 （灌 溉、 防洪、 发电） 等影响泄流模式， 进而 影响下游河道的水力、 水文因素， 使得 泄流对河流水位和水质的影响 （主要 是温度和浊度）远高于流量对河流生 态系统的影响。 化学特性的 !" 大 坝 对 河 流 物 理 、 影响 河流筑坝形成水库后，破坏了河 流原有的 “连续性” —— —非连续体， 水 库水体出现 “分 层 ” 现象， 水温热力分 层改变和干扰生物生存环境，使水库 体系内生源要素的生物地球化学行为 与河流显著不同， 水环境的物理、 化学 特性随之发生变化，促使河流生态景 观格局发生变化。筑坝蓄水导致河流 水体的物理、化学和生物因素发生变 化， 主要影响因 素 有 水 库 水 位 、 分层、 滞留时间、 异重 流 、 水库运用方式、 出 流部位、 出流结构类型等。 水库水体温度的季节性分层 （恒温 层、 斜温层等） ， 直接影响生源要素在 水库系统 中 的 迁 移 和 循 环 更 新 速 率 ， 导致水体垂直剖面上的物理、化学特 性的差异，上层水体在风速等作用下 混合强烈及水生植物的光合作用使得 水体中溶解氧含量较高； 下层水体中， 缺乏复氧 机 制 补 偿 溶 解 氧 （主 要 是 由 于有机质的氧化还原反应） ， 导致水体 溶解氧呈典型的 !"#$%&’()* 分布。 在斜 温层中生物化学过程和死亡浮游植物 的分解所消耗的溶解氧得不到有效补 充， 使得有机质分解成为厌氧分解， 释 放 +,-、 同时水体 1+ ./,、 0,/ 等气体， 降低， 而水体的导电性、 亚磷酸盐含量 增 加 。 美 国 密 苏 里 河 的 .(""(2(3 水 库，出流水体磷酸盐含量比入流降低 悬移质中总磷含量降低 756。 前 456，
$"实施河流生态系统恢复
河流生态恢复的基本目标是促进 生态系统自我维持和陆地、 缓冲区域、 水生生 态 系 统 间 相 互 联 系 的 出 现 ， 同 时在流域尺度上对缓冲区域及水生生 态系统评价，详细描述实施生态恢复 的河流断面和河道性。恢复河流生态 系统的洪泛平原对流域水资源、 水质、 生态功能、洪水的调节功能以及文化 美学功能等。 因此， 河流生态系统的恢 复是系统结构、 功能的全面恢复， 而不 是局限于生态系统的种群保护。 同时， 河流生态系统的恢复应从流域生态学 角度出发，综合考虑流域土地利用方 式、 砍伐森林 、 农田耕种、 河流缓冲区 域、 管理措施、 堤坝、 防浪墙等的影响， 而不能局限于河道范围内。国内外对 河流生态系统恢复进行了大量的研 究，欧美国家通过改变大坝的运行方 式和人工制造洪峰部分恢复河流的自 然流量特性，有效地恢复了部分功能 受损的河流生态系统。我国在塔里木 河流域经过 9 次生态调水后，发现塔 里木河两岸的植被生长和生存条件有 明显改变， 灌木明显增多， 地下水位显 著上升， 水体的矿化度降低， 河流两岸 植被景观格局也有明显变化，通过生 态调水改变河流的水文、水力特性对 于改善流域和河流生态系统具有重要 作用，也为我国恢复河流生态系统积 累了大量的经验。