跨流域调水的生态效应综合探讨

刘 涛 武艳丽 董来启

水是人类赖以生存的重要资源,是生态环境中最活跃的基本要素[1,2],而我国水土资源分布比例很失衡。水资源紧缺已成为制约区域经济发展的主要因素之一,并开始造成生态环境恶化,亟待解决。为改变水资源时空分布不均的状况,实现水资源的再分配,满足人类生产与生活的需要,国内外实践证明,大规模跨流域调水(IBWT)是解决水资源时空分布不均的有效手段[1,2]。

1 跨流域调水对生态影响的研究现状

各国实施跨流域调水的目的不同,主要有为工业提供用水、城市用水、改进水质、农业用水、水力发电和补给地下水等。南水北调工程是我国优化配置水资源的重大举措,规划年调水量4.4×1010m3～4.5×1010m3,调水干线总长为4046km,主要分布在干旱和半干旱地区。

跨流域调水工程建设,对河流生态系统有很大的影响[4,5]。水力发电对河流的影响是瞬间的冲击,而跨流域调水工程对河流的影响不同,其影响的时间相对较长。在南非已经证明,实施的季节性跨流域调水工程对受水渠或输水渠均有较大的影响[6]。跨流域调水工程实施,不仅对地貌产生影响而且可能产生整个河流流域自然生物系统的破坏,这在国内外已引起足够的重视,其中对生物起源地的保护毫无疑问被各国关注。人类在进行大时空调水的同时,如果没有更好的对策来应对跨流域调水对物种转移的影响,那么通过制定法律也能起到一定的协调作用。加拿大和美国已通过法律调节由于跨流域调水引起的自然物种的迁移,目的是保护生态系统的完整及调水区、受水区经济不受入侵物种的影响。

总之,跨流域调水工程项目的实施将涉及到许多因素的影响,例如:生态、地貌、化学、社会和水权等。虽然国内外专家学者一直呼吁加强跨流域调水对生态影响的调研,但是,由于工程、管理和政策等各方面的因素影响,目前所做的调研工作还远远不够。

2 跨流域调水生态综合效应分析

2.1 跨流域调水是一项重大的地貌工程

国内外跨流域调水工程中很多利用现有河道作为跨流域调水的输水渠,从而减少工程量和占地,但同时我们应注意到把大量的水转移到河流上游,其上游流量和流速均增加,引起原河床不稳定;特别是河流上游空间相对较小时,其对地貌和生态产生的影响将是相当严重的。

随着对跨流域调水工程认识的不断深化,我们会逐渐意识到“跨流域调水不仅是重大的水利、生态工程还是一项重大的地貌工程”。只有对受水渠的影响作出了正确的评估才能真正确定工程的实施是否可行。

2.2 跨流域调水对地下水潜在的生态影响

水资源有其自身的运动规律,如果人为地划分为地表水、地下水分开管理,将造成各行其是的混乱局面,加剧水资源开发利用的矛盾。地下水和地表水是一个不可分割的整体,两者有规律地相互转化,因而无论是超开采地下水还是过度利用地表水都会引起区域水文地质条件变化,地下水径流、补给、排泄关系也要发生变化,最终会使水陆生态失去平衡。

2.3 跨流域调水工程实施的同时应合理选择生态评价模型

生态系统模型的一个任务是对控制参数的鉴定,通过对控制参数的鉴定,有助于理解生态系统的性能状态,在费用和付出最小的情况下优化测量设计。生物系统模型不存在标准模型,当一个系统模型被证明不合理时,会被另一个系统模型取代,从这种意义上讲,模型的校准与评价是最重要的,目前国内外一些学者主张用量化来校准生态模型。

3 跨流域调水工程的主要环境生态影响

3.1 跨流域调水对生态环境的正面影响

1)防止因超开采地下水带来地区性生态危机。

据相关资料记载,美国加州一地区从1940年起每年超采水量1.8×106m3,地面下沉影响 9000km2的农田耕作,而调水灌溉后能有效防止地面下沉,并起到保水固土作用。南水北调中线工程建成后,受水区不再大量超开采地下水,有利于地表、地下水合理调度,增加地下水入渗和回灌,可有效控制地下水超采并逐步恢复适宜的地下水水位,防止地下水位下降引起地面下降、建筑物和堤防发生裂缝,可使地下水朝良性方向发展。

2)有利于水循环。

调水最大的受益区就是受水区,将使受水区增加广阔的水域,促进地下水发育,导致包括气带与大气圈、含水层之间的垂直水气交换加强,有利于水循环,增大地面径流,改善缺水地区的生态与环境的不良情况。

3)将直接改善调入区的生态环境。

我国南水北调工程实施后,据黄河水资源保护局的初步估计,西线调入区可新增灌溉面积1.7747×106hm2,可有效改善农业生态环境;同时西线调入区防护林带增加至1.5×105hm2,每年可减少0.56×108t～1.06×108t的土壤流失量,有效治理了水土流失,减少入黄泥沙量,有效地遏制土地沙漠化的发展,减少自然灾害发生,增加黄河的河川径流量,可很好改善当地的水生态环境。东线近期规划工程主要生态效益是发展和改善农田灌溉面积2.83×106hm2,提高1.78×104km2低洼地区涝水抽水能力改善供水区因长期缺水而严重恶化了的环境。

4)为发展生态旅游业带来更大机遇。

为促进发展旅游业,有些地区已设计跨流域调水方案来解决水资源短缺的问题,其效益不仅促进了旅游业的发展,还可以使旅游区河道生态环境得到有力改善。目前,南水北调工程新建了一系列调水设施和辅助性河渠、道路、房屋等设施,增加了水域面积,其在调水方案的前提下,可以有力辅助发展地区旅游业。

5)对局部地区气候产生影响。

跨流域调水将对气候有一定影响,近年来我国北方降水减少和温度增加是气候变化的总趋势,由此引起的北方干旱化严重影响了我国北方的工农业生产和人民生活[8],南水北调方案中部分供水将通过渠道网用于农业灌溉,使土壤水分增加,从下垫面的能量平衡可以推出,土壤湿度增加将会产生温度降低,从而在一定程度上改变局部气候。

3.2 跨流域调水对生态环境的负面影响

1)对原有河床的不利影响。

引水线路、工程实施本身没有实质性难题,但从区域考虑,如果措施不当,会加重当地灾害、恶化环境。若利用原河床调水,其流量和流速均增加,将造成河床推移物的流失,泥沙冲刷,最终将引起原河床不稳定。

2)对输水区引起的不利生态影响。

跨流域调水的不利影响主要在水库区和输水渠沿线的土地占用和移民搬迁的影响,造成大面积农田受损,野生生物生长环境遭破坏,移民迁入地区将增加土地负担,处理不当时可能造成水土流失、恶化地区生态环境并影响经济发展,甚至影响到社会稳定,我们可以通过妥善的土地调整和移民安置解决其产生的负面影响。输水干渠两侧部分地段的地面高程低于输水水位,将可能引起周边土壤的次生盐碱化、沼泽化,只要采取渠道防渗和灌区排水等措施,可以避免其不利影响。

3)对河口地区的不利生态影响。

跨流域调水使河口径流量减少,可使咸潮上溯势力增强,遇到潮时部分已经脱盐的土壤还会发生不同程度的次生盐碱化。长江河口地区通过原来的水沙比估算,南水北调将引起减少长江河口原来悬移质输沙量的2%。南水北调对长江河口影响的有效控制措施是控制10月～12月径流的减少幅度,从综合资源利用角度考虑还应在江边或江中建造避咸蓄淡水库,减缓盐水入侵影响。

4)对渔业资源的不利影响。

南北水调工程改变了长江口径流总量及年内分配,也改变了水体盐度的时空分布,导致河口生态系统结构与功能的调整,从而影响渔业资源的存在状态,其总体规律为:各鱼种的分布发生移位。为了水生态系统平衡,应建立渔业环境和资源的长期监测系统。

4 结语

通过了解国内外跨流域调水对生态影响的研究现状,从多个角度对跨流域调水对生态环境的影响进行了综合探讨,可以看到,跨流域调水工程的综合生态效益是显著的,不利影响是局部的,且通过适当防范和补偿措施,不利影响可以减少到最低限度。

[1] LU Chunxia,XIE Gaodi.Approaches to evaluate the effects of hydraulic engineering on river ecosystem services[J].Chin J Appl Ecol,2003,14(5):803-807.

[2] 谈英武.抓紧实施南水北调西线工程向黄河补充生态水[J].南水北调与水利科技,2005,3(1):1-3.

[3] Davies B R,Thoms M,Meador M.The ecological impacts of inter-basin water transfer:and their threats to river basin integrity and conservation[J].Aquat Conserv Mar and Freshw E-cosyst,1992(2):325-349.

[4] Jorde K,Schneider M,Peter A,et al.Fuzzy based models for the evaluation of fish habitat quality and instream flow assessment[J].Proceedings of the 2001 International Symposium on Environmental Hydraulics,2001(3):27-28.

[5] Petts,G E.Long term consequences of upstream impoundment[J].Environmental Conservation,1980,7(4):325-332.

[6] Snaddon C D,Davies B R..A preliminary assessment of the effects of a small inter-basin water transfer,the Riversonderend-Berg River Transfer Scheme,Western Capc,South Africa.On discharge and invertebrate community structure[J].Submitted to Reg Riv:Res And Mngmnt,1998(14):421-441.

[7] Mampiti Matete,Rashid ssan.Integrated ecological economics accounting approach to evaluation of inter-basin water transfers:An application to the Lesotho Highlands Water Project[J].Ecological Economics,2006,56(2):1-14.

[8] 郭亚娜,潘益农.南水北调工程对我国北方地区(春季)气象环境影响的数值模拟[J].南京大学学报(自然科学版),2004,40(6):701-710.