闸坝运行对河流健康影响效应初探

李少华

摘要：指出了随着我国水生态文明建设的不断加快推进.闸坝工程对河流健康影响的关注度越来越高，闸坝运行在发挥社会效益、经济效益和环境效益的同时，对河湖水域岸线、河流水量水质及流域生物群落均产生不利影响。鉴于此，分析了闸坝运行造成的河流健康问题，提出了减轻闸坝运行对河流健康影响的措施，以期满足流域可持续发展的功能需求。进而为提升河流健康管理水平提供支撑。

关键词：闸坝运行;生境修复;水系连通;生态基流;河流健康

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0062-03

1引言

闸坝是指修建于特定河段并能够控制一定流域面积的水利工程，属于人类影响河流自然形态的重要因素，其能够抬高上游水位、调度下游流量及改变洪水径流过程，进而发挥水量存储和水流调节的功能效应。随着认识的不断深入，可以看出闸坝等水利工程在支撑流域快速发展的同时，也会导致局部河段产生水污染事件和防洪调蓄矛盾，并可能对河岸带植物类型、群落和生态系统造成严重的破坏。尤其是近年来，在人类不合理的扰动作用下，河流产生的水环境效应以及河岸生态系统的响应，逐渐成为水资源承载能力维持和水生态文明建设过程中亟需解决的关键科学问题。

河流是地表水资源的主要载体形式，随着水文过程和介质条件的不断变化，系统研究闸坝运行对河流健康的作用效应，分析闸坝影响下的河道形态改变过程、水文变异规律和水环境演化趋势，研究闸坝生态化设计、栖息地生境修复、河流水系连通和生态基流保障等河流健康管理的综合措施，建立科学有效的闸坝联合调控技术体系，对于河道管理水平提升、河流健康修复、河岸湿地保护以及水生态文明建设均具有重要意义。因此，针对闸坝运行造成的河流健康问题进行了总结分析，阐述了闸坝控制型河流健康的评价体系和基本保障措施，以期能为优化闸坝的运行管理模式提供参考。

2闸坝运行对河流健康的影响效应

2.1闸坝影响效应的分级

根据闸坝运行对河流健康作用的阶段过程，可将其划分为3个效应等级。其中，第1级是对非生物环境要素产生作用，通过拦蓄河水，进而影响下游河流生态系统的物质和能量，如河流的形态、地貌、水文、水力、水量、水质和泥沙等要素。第2级是基于局部环境条件发生变化后，引起河流地貌形态和初级生产力的生态功能产生变化，如水域岸线、洪泛区、蓄滞洪区、三角洲地貌、栖息地及水生微生物、大型水生植物和河岸缓冲带植被等要素。第3级是在第1、2级变化后逐步增加的综合效应，可使河流湿地生态系统中的高营养级生物发生显著变化，为闸坝对河流健康影响效应的最终体现，将会直接决定河流的健康程度，如无脊椎动物、鱼类、鸟类、两栖类和哺乳动物等要素。

2.2闸坝影响效应的具体方面

建设闸坝工程是控制河道中流量变化的人为方式，将彻底改变河流自然的季节径流模式，并且河流的洪峰流量和常水位也将随之发生变化，进而影响河流湿地的栖息地生境，导致沿河生物群落的组成、分布和生产力均发生变化。另外，闸坝控水效应也会促使蜿蜒的河流水系变成相对笔直的独立河道，这极大地减少了原有沙洲、河滩等场地所能承载的动植物数量，使河流上下游之间的生态特征具有高度一致性，對水生态、水环境和水资源产生显著影响，最终将会造成河流生态功能有效性和流域生物多样性呈现下降趋势。

闸坝运行在带来经济、社会和部分生态效益的同时，也给河流水生态环境造成破坏，主要涉及河岸地貌、河流形态、水文情势、水质状况等非生态方面的变化。闸坝工程运行的影响效应研究包括以下3个具体方面：

（1）闸坝建设导致河流的水情规律变化，分析其对河流湿地生态系统生物多样性和完整性的影响，提出河道生态基流量的基本限值;

（2）以不同沿河生物的保护和恢复为目标，制定出河流健康的可持续生态恢复方案;

（3）协调闸坝工程的建筑构成对天然河流生态廊道造成的改变，解决产生的视觉效应问题，为河流环境修复提供美学设计方法和景观和谐措施。

3闸坝运行对河流健康评价研究

3.1河流健康评价的基本内涵

河流健康评价的内涵是伴随着人类干扰活动的影响，尤其是闸坝等水利工程建成运行后，导致出现河道断流、黑臭水体和水生生物多样性降低而被提出的。另外，不同河流的水资源紧缺程度、开发利用规模、水污染源类型和人水和谐程度等方面互不相同，使得目前对于河流健康评价的内涵存在差别。Singh认为在河流健康评价中，不仅要关注维持河流生态系统完整性的能力，还要科学评估河流生态系统的社会服务价值。高凡等认为河流健康的评价应考虑不同的发展阶段，以流域空间尺度和多时间尺度相结合的方式开展评价工作，既要充分评价其自然属性，又要评价其满足社会发展的综合潜力。刘存等认为河流健康评价是基于水生态价值评价与服务功能价值评价的综合分析。因此，可以将河流健康评价的内涵概括为：河流生态系统完整性的维持能力，水域纳污能力与水体自净能力，河流湿地的生态服务价值，最终满足流域生态文明建设的基本功能需求。

3.2河流健康评价的要素筛选

指标筛选是河流健康评价的基础，根据有效性、可行性、合理性和科学性决定各指标的使用与否，当前选定的河流健康评价指标主要包括生境、水质、水文、生物和功能等5类要素25个指标类别。其中，生境要素主要包括河流湿地植被覆盖率、栖息地质量、生境破碎化指数、河道稳定性、水系连通率和河道蜿蜒度等6个指标，水质要素主要包括水化学类型、水质达标率、重金属污染风险、水体浑浊度和耗氧有机污染状况等5个指标，水文要素主要包括年际间径流量变化率、河道压力指数、常水位和生态基流保证率等4个指标，生物要素主要包括乡土生物存活率、流域生物多样性指数、外来物种入侵率、鱼类种数、水生植物丰富度和底栖无脊椎动物耐污度等6个指标，功能要素主要包括流域土地利用率、防洪安全指数、供水保证率和水资源开发利用率等4个指标。

3.3河流健康评价的模型体系

基于运用评价标准的不同数学方法，从构建河流健康评价原理的角度，可以划分为2类，即模型预测体系和综合指标评价体系。在河流健康评价中常用的方法主要有5种，即指标评价法、层次分析法、模糊综合评价法、熵权法和综合指标评价法。其中，指标评价法是根据河流湿地中关键、独特或敏感的物种类型和数量，以评估河流的健康水平。层次分析法是指通过定性与定量相结合的分析过程，较好地解决不同因子、不同层次的复杂问题，确定各要素层和指标层的权重值，进而对河流的健康状况进行对比评价。模糊综合评价法是指通过运用模糊数学的基本原理分析，将一些边界不清或较难描述的特征因子定量化，然后进行综合评估河流的健康情况。熵权法是根据不同评价指标的变异系数以确定其客观权重值的大小，其中，评价指标的信息熵越小，该指标的变异性就越大，所能提供的信息量就越多，在河流健康评价中所发挥的效应就越广，其权重赋值也就越高;反之亦然。综合指标评价法是指依据选定的重要指标是否合格，直接进行评价等级划分，同时结合数学加权运算公式，进而对河流健康状况进行综合评价。

4减轻闸坝运行对河流健康影响的措施

4.1闸坝生态化设计

闸坝生态化设计是以生态学原理和景观化思想为理论指导，运用生态的设计方法来解决闸坝工程设施运行管理过程中产生的环境问题，不断探索生态化策略和创造可能性的新理念。主要运用的理论方法有：设计结合自然、资源适度开发、湿地景观构建和生态水利工程。目前，我国大部分的闸坝工程设施都是由水利工程师进行设计和建造的，由于专业角度的限制，过度重视工程技术的功能，而忽视了将水利设施与周围环境的有机融合。因此，闸坝生态化设计是水利基础工程设施重新定位的发展方向，应当努力实现其在社会、经济和生态等方面的综合最优化价值，最终发挥其保障河流健康发展的基础性作用。

4.2栖息地生境修复

河流生态系统的栖息地生境是湿地生物和外界环境的自然联系，其可以直接反映出闸控河流的健康水平，是保持河流物理形态完整的必要条件之一。常用的评价指标有：河流底质、栖息地多样化、深潭浅滩分布率、岸坡稳定性、水域岸线变化、河流水质水量特征、植被多样性、人类干扰强度和河岸土地利用类型。因此，亟需全面考虑水生生物的基本需求，首先保护与恢复河道内的栖息地生境，不断加强鱼道建设;其次维护河漫滩结构完整性，促进浅滩与边滩的形成发育，提高河流的蜿蜒度，构建沙洲生境条件，使河流湿地成为生物多样性的重要载体。同时，在满足河道行洪能力的前提下，划定适宜的河岸缓冲带宽度，实施自然河道重塑治理措施，推进生态河岸带建设，恢复河流栖息地的类型多样性，实现河流生态修复的长效久治，进而促进维持河流的水生态健康水平。

4.3河流水系连通

我国各大流域均修建大量的闸坝工程，有利于决策者对水体进行调节控制，并在防洪方面发挥着重要作用，但是对于河流来讲，闸坝的运行严重破坏了河流水系的天然连通性，使河流中生物无法正常存活，尤其是鱼类繁衍所需的水文脉冲、水力场等环境无法得到保障。另外，闸坝运行将会改变水资源的时空分布特征，形成多截河道水库，影响了河流丰枯和洪水漫溢而进行的物质交换扩散与能量积累释放过程，也造成了河道的水位、水温和流速等边界条件的变化。因此，应当改进对不能保证河流连通性闸坝的管理模式，如采取闸门的小流量下泄方法，保持河流的水系连通;或者改建增设鱼道等生态廊道。通过采用适宜的闸坝调控方法或改建措施，尽可能地减少闸坝运行对河流连通性的阻隔或负效应，有效恢复其天然连通性，最终实现河流健康模式的循环渐进发展。

4.4生态基流保障

生态塞流是指河流维持基本生态功能和形态的最小阈值流量，也是指在特定的时空条件下，最大限度保证河流健康所需要的、满足生态功能要求的流量，可以保障河道基流、水面蒸发、深层渗漏、水体净化、水盐平衡、输沙冲淤和洪水脉冲等方面的需要。但是，生态基流的精确计算并不能将各项功能需水量进行简单数学加减，因为可能在一定的水量范围内，能够部分或全部地满足各项需求。生态基流保障的程度可采取定性和定量相结合的方法评价，常用方法如下：

（1）采用实测控制断面多年平均流量20%作为河段生态基流的Tennant法;

（2）筛选最近10年最枯月的平均流量的最枯月流量法;

（3）根据湿周一流量关系曲线上的拐点来具体确定生态基流的湿周法。

5结语

闸坝运行对河流健康的影响作用具有正效应和负效应，应当不断优化闸坝工程管理的生态调度与控制模式，使其造成河流湿地生态环境的不利因素减到最少。通过系统巩固流域水旱灾害防御的基础水利設施，既能提高水资源的可调控性，又能满足下游河道的生态基流量。在此基础上，逐步提升河流水系的连通率，保障流域的水生态安全，实现水量水质联合调度。修建河道生态堤防、应用闸坝智慧调度、合理增加河流滩涂面积、利用洪水资源的生态功能、恢复原有蓄滞洪区的调节能力和保障河流湿地范围的宽度需求是未来河流健康管理模式变化的重要方向，不断落实我国的绿色发展理念，持续推进水生态文明建设，积极打造水清岸绿、景观优美的河流健康环境。