基于水库生态系统演替的环境影响后评价技术体系研究

陈昂 隋欣 王东胜 廖文根 吴赛男

摘要：本文从水库生态系统的结构入手，分析了水库生态系统的结构特征、演替规律和水利水电工程修建后水库生态系统的演替变化，从纵向、横向、垂向三个维度提出了水库生态系统的空间特征和生态环境特性，在此基础上构建了水库生态系统环境影响后评价技术体系，为开展后评价工作提供技术参考。

关键词：水库生态系统；环境影响后评价；技术体系

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.010

中图分类号：X820.3文献标识码：A文章编号：2095-6444（2015）06-0041-04

水利水电工程环境影响后评价是指对水利水电项目实施后的环境影响和环保措施有效性进行跟踪监测和验证性评价，并提出补救方案或措施，以实现水利水电工程的可持续发展。水利水电工程中对环境影响较大的是水库大坝的建设对库区及下游的生态环境影响，与河流生态系统和湖泊生态系统不同，水库有其自身特殊的生态系统结构和功能特征，构建能够反映水库生态系统特征的环境影响后评价技术体系，对丰富和完善水利水电工程环境影响后评价工作具有重要意义。在已有研究中，评价内容集中于下游生态流量的分配、敏感目标保护措施的有效性以及水库淹没对土地、动植物和森林资源的影响等方面，鲜见将生態系统与水库工程相结合开展环境影响后评价的文献报道。水利水电工程环境影响后评价在国内尚处于发展初期，未形成系统的理论方法，影响了评价工作在国内的普及和开展[14]。本研究在分析水库生态系统的结构、演替阶段和特征以及生态环境影响的基础上，构建了水库生态系统环境影响后评价技术体系，以期为建立水库生态系统环境影响后评价方法、开展后评价工作提供理论支持。

1水库生态系统的结构

水库又称为人工湖泊，是水利工程建筑物拦洪蓄水和调节水流而形成的一种半人工半自然水体[56]。水库生态系统的结构可以从空间和时间两方面加以描述。水库生态系统的时间结构自水库开始蓄水至水库消亡可分为水库的发育阶段和水库湖沼化阶段，发育阶段又可分为蓄水前、发育期和成熟期三个时期。就大型水库而言，水库生态系统的空间结构在横向上自水库水体至岸边陆地通常可以划分为三个部分，即：水生生态环境、消落带生态环境和陆生生态环境。其中，水生生态环境在纵向自水库的入水口至大坝方向上可以划分为河流区、过渡区和湖泊区三个区域，在垂向上自水体表面至底泥可以划分为表层、中层、底层和基底。

水库的特殊结构导致水库存在物理、化学和生物学上的梯度特征，表现为激流生境到静水生境的过渡，水库生态系统内部不断进行着物质、能量等交换，构成了完整的水库生态系统。

2水库生态系统的演替阶段

水库生态系统的时间特征表现在水库生态系统的长期演替和随年内调度运行而表现的季节性短期演替两个方面。

2.1长期演替

从初期蓄水开始进入水库的发育阶段，一般运行4～10年水库的各类水生态指标开始稳定，期间主要受蓄水期物理、化学和生物过程的影响，各类水生态指标变化趋势具有一定规律。湖沼化是水库发育成熟后的生态环境稳定变化时期，生境变化受人类活动影响为主，与湖泊的演替特征类似。

2.2短期演替

水库生态系统的年内调度分为四个时期：泄水变动期、低水位运行期、蓄水变动期、高水位运行期。蓄水后，径流枯水期、平水期和丰水期的季节性变动与人为调度相结合，形成新的水文过程，枯水期水位增高、丰水期水位降低，呈反季节变化态势；水库的调度运行容易对库区水环境造成不良影响，水动力条件较差期间易发生水华灾害，正常蓄水位与低水位之间的涨落形成的消落带是水库管理需要重点关注的敏感区域。

3水库生态系统的演替特征

3.1时间演替特征

水库建成初期保留着原来河流的特征。拦河筑坝后，水库的水文、水动力、水质与生物类群的变化首先表现为水体结构形态和循环过程等物理变化，其次是物质能量流动的变化，进而表现为生物过程的变化[78]。水库生态系统的时间演替特征见表1。

3.2空间演替特征

水库生态系统的空间结构变化特征体现为水库生态系统的水环境、水化学、生物学特征等方面的差异性[9]。水库生态系统的空间特征见表2。

河流区溶解氧和溶解物质分布比较均匀，营养盐、无机和有机颗粒物丰富；浮游植物的生长受光抑制，生物量及生长率相对比较低；大粒径泥沙沉淀，吸附着大量营养盐的淤泥和黏土被输送到过渡区

纵向过渡区淤泥、黏土和细颗粒有机物等悬浮物开始沉积；区域内透明度升高，浮游植物生长的光照抑制现象得到改善；水中营养盐被淤泥和黏土吸附，浓度降低

湖泊区夏季的水温分层现象十分明显，一年中大部分时间底层水含氧不足；水体处于营养缺乏状态，表层水的营养盐含量降低；浮游植物的生长主要受营养盐限制

水生生态环境常年淹没的库区水体，是水库周边水生生物发育的物种来源基地

横向消落带生态环境水库季节性水位涨落使库区被淹没土地周期性露出水面的区域。水位在一定范围内波动，最高和最低水位之间的地带周期性地被淹没

陆生生态环境接近水体而不被水体淹没的地带；位于最高水位之上，频繁的人类活动对水库影响较大；消落带陆生生物的自然发育基地和泥沙、污染物的直接来源

表层水气交换良好，光照充足，有利于植物进行光合作用；河水含有较丰富的氧气，有利于好氧生物的生存和微生物的分解作用

垂向中下层氧气、阳光逐渐减弱；浮游生物、鱼类等随之减少

基层淤泥、黏土和细颗粒有机物等大量沉积，环境条件比较稳定

[HT]

3.3生物群落演替特征

水库蓄水淹没了大量土地，使得水库生态系统生产力水平大幅度降低。水库运行使库区和流域生态系统等初级生产力发生了较大变化。水库是一个由上下游、左右岸构成的相对完整的连续体，其时空结构的四维特征在流速、泥沙、悬浮物、水交换、水位等方面表现明显，使生物群落结构向着适应水库生态系统的方向变化。库区生物群落及区系分布受水温结构及溶解氧等条件的影响。蓄水后库区水环境条件波动很大，生物缺乏足够的时间进行生长和繁殖，种群难以扩充，因此生物多样性相对较低[1012]。水库生态系统不同生物群落的发育特征见表3。

[KH-*1D]

表3水库生态系统不同生物群落的发育特征

[JZ）]

Table 3Development characteristics of different biological communities in reservoir ecosystem

生物群落发育特征

藻类水库中富含有机物质及其分解产物氮、磷等，为蓝藻等创造了大量繁殖条件

高等植物水位较稳定的水库，高等植物发达，但水库中高等植物的过度生长常导致沼泽化；在丛生有高等植物的水库，浮游生物和底栖生物都比较丰富；高等植物丛生区是许多鱼类的产卵场所；在高等植物不发达的水库，鱼类种类和数量较少

浮游动物典型流水性动物和高等甲壳类、浮游幼虫等数量减少；在河流中一般数量不多的浮游甲壳类，在水库中广泛繁殖

底栖生物静水性动物区系，如摇蚊幼虫、水蚯蚓，以及某些软体动物大量繁殖起来；主要分布在水库的湖泊区和过渡区

鱼类在急流中生活和繁殖的种类，其数量急剧减少，大都离开水库而上溯到河流中；在静水和微流水生活和繁殖的鱼类迅速增加

[HT]

4水库生态系统环境影响后评价技术体系

4.1水库建设与运行影响分析

水库工程的建设运行对水库生态系统的影响体现在多个方面。生物是整个生态系统中比较敏感的指示性指标，对生物的影响主要表现在对重要生物资源、生物多样性、生物群落结构和生产力变化的影响，如表4所示。

4.2环境影响后评价技术体系

全面、系统地分析水库建设与运行对库区生态环境的影响是确定评价内容和建立评价指标体系的前提。在评价时应紧扣生态保护目标与已核实的生态环境调查结论，对水库建设与运行对生态环境造成的影响进行评价，主要表现在水文情势、水环境质量、水温结构特征、局地气候和重要生物资源等方面，评价时应遵循综合性、代表性和可操作性的原则。水库生态系统环境影响后评价所涉及的评价因子众多，各因子逻辑关系复杂。现有研究采用较多的主要是前后对比法、逻辑框架法、层次分析法和综合指数法等，具

体指标评价、监测与分析方法与《环境影响评价技术手册水利水电工程》中所述方法基本相同，本研究采用综合指数法计算水库生态系统的环境影响。

根据水库生态系统不同发育时期的实际情况，选取其中的特征评价因子建立相应的水生生态环境指标，水利水电工程对水生态的影响集中体现在改变了河道的天然形态、水文及水动力条件，对水生生物的影响集中体现在对鱼类的影响上，消落带的水文条件复杂，不利于形成稳定的生态系统，消落带生态环境指标包括消落带内部特征和生态系统状态，陆生生态环境指标可以从河岸带的地貌特征、植物特征和动物特征三个方面来建立，从生态系统的结构和功能进行评价。水库生态系统的环境影响后评价指标体系见图1。

5结论

根据水库生态系统演替特征有利于识别后评价指标及指标的变化规律，能够清楚地判别水利水电工程的建设和运行对不同时期生态环境的影响，为合理提出防治措施提供支撑，为我国水利水电工程环境影响后评价工作的开展提供技术参考。

我国水库分布区域广泛，各地区水文、气象等条件差异很大，难以形成普适性的水库生态系统环境影响后评价标准，因此现阶段亟须开展水利水电工程的环境影响后评价工作，建立分区或分类评价方法。水库运行过程中会不断遇到一些新的生态环境问题，需要不断调整和完善水库生态系统环境影响后评价的内容和技术方法，逐步形成适用于我国的评价体系。

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