国内外典型引调水工程生态环境影响分析及启示

陆海明，邹 鹰，丰华丽

(南京水利科学研究院，水文水资源与水利科学国家重点实验室，江苏 南京 210029)

人多水少、水资源时空分布不均、水供求矛盾突出是我国的基本国情和水情，兴建必要的跨流域、跨区域引调水工程，是优化水资源配置战略格局、实现江河湖库水系连通、缓解资源性缺水问题、提高水安全保障能力的重要举措[1- 2]。

引调水工程一般由取水枢纽、输水建筑物、控制建筑物、交叉建筑物、调蓄水库以及末端配套工程等组成。空间上一般分为调出区、输水线路区和受水区。

引调水工程因人为改变了水资源的时空分配特征，对工程的调出区、输水线路区和受水区的生态环境会产生复杂而深远的影响[3- 6]。本文以7项国内外著名引调水工程作为典型案例，分析了引调水工程对于调出区、输水线路和受水区的生态环境有利和潜在不利影响，提出引调水工程生态环境建设的经验和启示。

1 我国引调水工程基本情况

我国是世界上最早开展引调水工程建设的国家之一，公元前486年修建的引长江水入淮河的邗沟运河是有史料记载的我国最早引调水工程，之后又相继修建了都江堰、灵渠、泾惠渠、大运河等引调水工程。新中国成立以来建设了一批跨流域调水工程，供水用途包括工业用水、城乡生活用水和改善生态用水。据不完全统计，建国以来我国已建或在建的引调水工程137项，已建成引调水工程110项，在建引调水工程27项，大部分工程都是2000年以后开工建设的工程。已建成引调水工程设计引水流量总计约5900m3/s，设计年引水量总计约660亿m3。调水工程数量总体呈现逐步递增趋势。比较重要的引调水工程包括：南水北调东线、南水北调中线、引滦入津、辽宁东水西调、东深供水工程、引黄济冀、引江济太、黔中水利枢纽、引大入秦、引大济湟等。

工程规模上，单个调水工程调水规模由20世纪50年代约20亿m3，增加到80年代的30亿m3及90年代的40亿m3左右，2000年后南水北调东中线一期工程设计年引水量分别达到了88亿m3和95亿m3。

2 引调水工程生态效应

引调水工程在一定程度上解决了缺水地区的水资源供需矛盾，但由于引调水工程改变了调出区、受水区以及输水线路区的水资源时空分配特征，对这些区域的生态环境会造成正反两方面影响[4，7- 10]，见表1。

2.1 正面效益

引调水工程的生态环境正面效益主要为输水线路和受水区。

对输水线路的正面效益主要包括改善气候环境、增补地下水和改善沿线水环境质量等。引调水

表1 引调水工程不同区域的生态环境有利和潜在不利影响

工程输水时，通过对输水线路区沿岸的适当水资源补给，可增加土壤湿度，形成有益于植物生长的良好生境，降低地表温度，增加陆面蒸发，在一定程度上改善局部气候[7，11]。通过沿途的渗漏补给或是人工补给，可适当增补沿线的地下水，抬升沿线地下水位。输水过程中沿线水库的蓄泄，增加河网水系的连通性和流动性，提高水体的自净能力[4]。

受水区的正面效益主要有缓解生态缺水状况和改善水质状况等。调水可以增加受水区水资源供给，恢复调水前被生活、生产挤占掉的生态用水，减少地下水资源的开采利用；有助于扩大受水区的水域面积，增加受水区地表水补给和增大土壤含水率，形成局部湿地，改善受水区水文气象条件，缓解受水区生态缺水问题，保护生物多样性[12]。在极端干旱情况下，可以承担应急生态补水保障任务。调出区水体水质要优于受水区水体水质，通过调出区优质水源的输入，减轻水体污染物浓度，改善受水区水体的水质，增大受水区水体的水环境容量[13]。

2.2 潜在不利影响

2.2.1 调出区

主要影响为改变水文情势从而影响河流和湖库下游生态系统。从河流取水改变了河流径流过程的年内分配特征，可能导致取水口上游和下游河道的水流条件改变，影响河流生态系统；取水口下游河流径流量减少，影响下游河流的水环境质量和河流生态系统；对入海河流河口可能会形成咸水倒灌，影响河口水环境质量和河口生态系统。从湖库取水时湖库蓄水的部分水量被调出，减少湖库下泄水量，影响水库下游河流生态系统，增加水库下游河流水质变差的风险。

2.2.2 输水线路

潜在不利影响主要表现为可能引发土壤次生盐渍化、破坏景观连通性和改变沿线湖库水文特征。

输水渠道两侧部分地段的地面高程可能低于输水水位，输水过程中渠道渗漏，可能引起局部周边土壤的次生盐碱化、沼泽化。输水渠道会中断输水渠道沿线两岸的陆域生境通道，改变输水沿线的局部地貌特征，动植物生长环境受到影响。对于利用现有天然河道和湖泊、水库输水和调蓄的引调水工程，外来水源的调入将会改变这些作为输水线路的河道和调蓄场所的湖泊、水库的水文特征。

2.2.3 受水区

潜在影响包括改变受水区水生态系统组成与结构、造成生物入侵，增加水污染风险，增加藻类爆发的风险等。

跨区域调水意味着伴随水的物理、化学和生物性质也会随之转移，对受水区水体的水质指标产生影响，物理、化学和生物性质的改变可能会破坏受水区原有的生境状态，影响到受水区生态系统，导致外来水生动植物入侵。输水渠道若为明渠或现有的河道，由于明渠很难控制沿线周边的污染源汇入，现有河道可能存在汇入支流，因此存在引调水被污染的风险。当从河流引调水到受水区为湖泊、水库等静水水体时，水动力条件改变增加受水湖泊和水库藻类爆发风险。

3 典型案例分析

我国古代建设的调水工程在当时发挥了重要的作用，有些现在仍继续发挥效益，且对生态环境基本没有不利影响。然而，部分调水工程在实现兴利目标的同时，对生态环境造成了不利影响。

本文综合考虑调水工程对生态环境正反两方面影响，选取了古今中外、生态修复效益明显、工程影响大的7项引调水工程作为典型案例，借鉴引调水工程在开发规模和工程布局方面兼顾生态环境保护经验和教训。典型案例的基本情况见表2。

3.1 灵渠[14]

灵渠位于广西兴安县境内，是我国古老的跨流域调水工程，于公元前219—214年开凿建成。灵渠流向由东向西，将由南向北的湘江源头海阳河与由北向南的漓江源头大溶江相连。灵渠分三个河段，第一段自渠首至始安水汇合处，为人工河道；第二段自始安水汇入口以下至清水河汇合处，为半人工河道；第三段自清水河汇入口至汇入漓江处，基本为天然河道。灵渠最初功能是运送军粮的通航，兼顾两岸农田灌溉。后来又相继增加了供水和旅游功能。灵渠巩固了国家的统一，加强了南北政治、经济、文化的交流。

表2 国内外典型引调水工程基本情况

3.2 南水北调东线工程[2，11，15]

该工程利用江苏省江水北调工程从长江干流引水，然后利用京杭大运河以及与其平行的一些河道逐级提水北送至东平湖，再经由东平湖向华北地区和胶东地区供水。目前一期工程已建成投入运行，一期工程多年平均引江水量约为87.7亿m3。工程的供水功能包括城镇供水、农业灌溉、应急生态补水、航运等。据统计，江水北调工程中的江都泵站累计投入抗旱、灌溉等抽引江水约1360亿m3；沿线各级泵站排涝水量约400亿m3。2013年11月东线一期工程投入运行以来，累计调入山东省境内的水量达到30亿m3，有效缓解了山东部分地区缺水状况。为保障输水水质安全，在东线一期工程建设的同时，输水线路沿线地区开展了包括城市污水处理及再生利用设施、工业综合治理、截污导流、流域综合治理等配套治污工程建设。

3.3 引滦入津调水工程[16- 17]

引滦入津调水工程由潘家口、大黑汀两座水库、分水枢纽和引滦入津输水线工程组成，是我国20世纪80年代建成的大型跨流域调水工程，线路全长234km，供水能力为50m3/s，是集工业和城市供水、防洪、生态与环境保护、农业灌溉、发电等功能于一体的综合性水利工程。1983—2009年的20多年间，工程累计向天津供水192.2亿m3，结束了天津市中心城区和部分城镇居民喝苦咸水、高氟水的历史，缓解了城乡生活用水困境，提高了人民群众生活质量，扭转了工业生产缺水的被动局面，改善了投资环境，提高了天津的城市地位。

引滦工程之后的几年内，滦河入海水量大幅度减少，滦河尾闾几乎呈现出干涸的状态。滦河水文情况变化引发滦河三角洲地区地下水位的改变，盐水入侵土地盐碱化以及三角洲海岸侵蚀岸线后退等系列生态环境问题。

随着经济社会的快速发展，引滦水源地及沿线水源保护的问题日益突出，潘家口水库、大黑汀水库同时呈现出水质恶化的趋势，直接威胁到引滦供水安全。2017年6月，河北省与天津市正式签署《关于引滦入津上下游横向生态补偿的协议》，确定了《引滦入津上下游横向生态补偿实施方案》，试点期为2016—2018年。按照《引滦入津上下游横向生态补偿实施方案》，以天津和河北两地跨界的黎河桥、沙河马各庄大桥以及黎河、沙河交汇口下游500米三个断面，作为考核监测断面监测引滦入津水质。

3.4 引江济太调水工程[18- 19]

该工程是利用望虞河引调水质相对优良的长江水源进入太湖，改善太湖水环境，减轻太湖水体富营养化，并通过太浦河工程由太湖向上海、浙江等下游地区供水，促进太湖与河网水体流动，增强水体的自净能力和水环境容量，改善流域河网的水环境。2003—2014年期间，年均入湖水量约为9.30亿m3，太湖水体的换水周期从原来的300d缩短到了250d左右，望虞河沿河两侧河网区因长江水源的调入得到明显改善。工程在2007年太湖蓝藻爆发事件的应急处置中发挥了重要作用，基本实现了“以动治静，以清释污，以丰补枯，改善水质”的目标。

由于调水抬高了望虞河的水位，锡澄地区河网原由望虞河排泄到长江的污水出路受阻，污水在部分河网滞留时间延长，部分水域水质有恶化趋势。在调水过程中多次发生望虞河西岸支流污水进入望虞河、影响调水顺利进行的情况，在完善工程调控措施的同时，仍需要大力加强污染源治理，确保望虞河清水入湖水质，实现引江济太调水工程效益最大化。

3.5 美国中央河谷工程[20]

该工程为解决加州中央河谷地区水资源时空分布不均，与农业需水时机不匹配的问题而兴建的。始建于1937年，运行管理由美国垦务局负责。工程利用水库调水，然后再通过渠道、泵站等输水设施向加州南部供水，年供水能力约86亿m3。工程最初功能是防洪、灌溉和供水，兼顾发电和改善航运条件。随后，因工程调度运行对生态环境造成的不利影响逐渐显露，又通过立法增加了工程的生态补水功能。

3.6 澳大利亚雪山调水工程[21]

工程位于澳大利亚东南部的新南威尔士州与维多利亚州之间的雪山山区，在山脉东坡的雪河及其支流上建库蓄水，将东坡斯诺伊河的一部分多余水量，通过自流和抽水，经隧洞和明渠，使南流入海的雪河水西调墨累河，北调马兰比吉河支流图穆特河，发展下游的灌溉及城市供水，并利用两河在雪山地区不足100km范围内的800m落差，建梯级电站，实现调水与开发水电相结合的目的。雪山调水工程明显减少汇入斯诺伊河的径流，引发下游河流生物学特性和淤积河床改变，动植物栖息地减少，河口地区咸水入侵等生态环境问题。

3.7 德国多瑙河-美因河调水工程[22- 23]

该工程是将水量充沛，洪涝灾害频繁的多瑙河及其支流阿尔特米尔河的水资源调往水资源供需矛盾突出的美因河。工程包括两个部分，一是多瑙河-美因河运河，水源来自多瑙河；二是布罗姆巴赫湖引水工程，水源来自布罗姆巴赫湖调蓄的洪水资源。运河年调水量约1.25亿m3，引水工程年调水量约0.25亿m3。工程主要功能是供水、改善水质、防洪、航运等。工程效益主要包括改善了美因河流域缺水局面，提高了阿尔特米尔河流域防洪能力；拓展了德国和欧洲的水运网络。针对调水工程建设占用了部分湿地的问题，该工程配套补偿设置了库区浅水区并配套修建岛屿和沙坝以及沿库区岸带划定鸟类栖息地和候鸟迁徙中转场所，因生态场所风景秀丽、环境优美，有力促进了旅游业发展。

外来物种入侵是多瑙河-美因河调水工程带来的生态威胁之一。目前大约有20种无脊椎动物和多种鱼类从多瑙河扩散到了美因河，然后再通过美因河进入了莱茵河和康斯坦茨湖。也有水生动物如亚洲蛤(河蚬)和淡水虾等从莱茵河进入到了多瑙河。

4 经验和启示

引调水工程在优化水资源配置格局，解决缺水城市和地区的水资源紧张状况，改善了受水区居民生活用水质量，提高水安全保障能力，连通江河湖泊水系，改善生态环境，促进了受水区社会经济发展等方面发挥了非常重要且无法替代的作用，具有重大的政治、社会和经济意义。但是部分调水工程在建设和运行过程中，对生态环境造成不同程度的破坏。随着我国生态文明建设的深入，如何通过对完善运行管理方式和对已建工程适度生态化改造避免或减少破坏生态环境，已经成为当前引调水工程建设和运行管理的重要时代命题。

本文通过对古今中外7个典型引调水工程案例解剖分析，就国内外引调水工程的生态环境影响及其减缓措施等方面，提出了引调水工程建设和运行管理的经验和启示。

(1)适度规模的引调水工程是解决水资源时空分布不均，水土资源空间分布不相适应的无可替代的工程措施。如南水北调东线工程、引滦入津调水工程、美国中央河谷工程、德国多瑙河-美因河调水工程等，都极大地促进了经济社会的持续发展。

(2)引调水工程作为一项系统工程，在规划布局上遵循因地制宜原则，工程选址综合考虑水资源条件、地貌特征、地形高程等因素；建设规模充分考虑水源调出区的水资源承载能力，避免因调水规模超过水源调出区水资源承载能力而影响调出区水资源供需平衡和不利的生态问题。我国2000多年前建设的灵渠就充分体现了因地制宜的原则，在渠首位置的选择方面充分考虑了顺势而为，大大减少了工程量和对环境的影响。灵渠、南水北调东线工程的引水规模与水源调出区的水资源量相比，占比很小；德国多瑙河-美因河调水工程考虑了调水不能影响多瑙河的基本生态需水流量。

(3)引调水工程的建设采取必要的工程措施来调控水源调出区的洪水资源，既可以减轻水源调出区的洪涝灾害，又可以实现洪水资源的充分利用；在引调水工程建设过程中，注重占用野生动物栖息地、湿地等重要生态场所的补偿问题，在引调水工程布局方面考虑配套建设补偿生态场所，以替代被占用生态场所的生态功能。美国中央河谷工程通过水库调蓄冬春季节的洪水资源，一方面减轻洪水造成的危害，另一方面又通过水库调蓄保障夏秋季节农业生产用水。德国多瑙河-美因河调水工程充分考虑了多瑙河流域洪水资源的合理利用；因阿尔特米尔水库建设占用了4.5km2的湿地，作为补偿置换，水库库区划出了25%的蓄水面积为浅水区，并配套修建了许多岛屿和沙坝，同时还在库区岸带划定了2.0km2的生态保护区，补偿置换的生态场所已逐步变为鸟类的栖息地和候鸟迁徙的中转场所。

(4)实施跨流域引调水工程特别关注外来物种入侵问题，避免因引调水工程的运行使受水区水生态系统的本地物种和生物多样性受到影响。对引调水工程在运行过程中引发的不利生态问题，可通过法律和制度层面的手段加以解决。美国的中央河谷工程、德国的多瑙河-美因河调水工程等都出现了外来物种入侵受水区的问题。美国中央河谷工程因引调水引发了一些负面生态问题，在1992年通过《中央河谷工程改善法案》对工程原设计功能进行了适当调整和补充，将生态保护与修复目标列为了重要功能之一，为保障河道、湿地、野生动物栖息地等的生态用水提供了法律依据。

(5)引调水工程是将优质水源调入受水区的过程中，应严格控制输水线路的污染源，避免增加受水区水体污染负荷，防止利用引调水过程转移污染物。引江济太调水工程的输水线路望虞河西岸支流水污染严重，在调水过程中多次发生污水进入望虞河。澳大利亚雪山调水工程运行后，陆续投入大量资金购买水库周围土地，将其辟为国家公园，严禁坡地耕种，仅允许低密度放牧，尽可能控制污染物进入水源区水体。

(6)引调水工程是应对输水线路区和受水区生态缺水危机的重要应急措施之一。以南水北调东线工程输水线路区上的南四湖为例，由于南四湖周边地区大规模水资源开发利用，目前入湖水量减少趋势明显，在遭遇干旱年景时，湖区生态系统将面临严重的缺水危机，南水北调东线工程的投入运行，可以为南四湖在遭遇严重缺水危机时，及时提供应急生态补水水量。引江济太调水工程在2007年太湖蓝藻爆发事件的应急处置中发挥了非常重要作用，通过调水使贡湖水厂水源地溶解氧和氨氮等水质指标从劣Ⅴ类改善至Ⅲ类，其它水厂水源地水质也有明显好转。