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长江环境流量问题及管理对策原文地址：长江环境流量问题及管理对策作者：小进1.概述随着人类对河流水资源开发力度的增加，保障河流生态与环境健康的基本流量问题已经成为近20年来河流保护问题研究的热点，各国学者不仅开展了河流生态监测和深入的研究，提出了上百种确定环境流量的方法1，而且通过与河流管理者及利益相关方协作，开展了保证环境流量的实施。目前发达国家在开展河流生态监测和科学研究基础上，制定了一些制度，如欧盟水框架指令、绿色水电站认证、水库大坝评估及注册等，对河流生态系统保护提出了明确的要求。为了保证环境流量的实现，生态学家、水文工作者、水库管理者和钓鱼者协会等利益相关者一起研究和讨论河流生态系统需要的环境流量及过程。在国内，近年来也开展了大量环境流量研究和一些实践活动，如通过水量统一分配，保证黄河、黑河等河流不再出现断流；水利部组织编写的建设项目水资源论证导则，规定了涉水工程必须保证最小下泄流量的有关要求；全国水资源综合规划中提出了河流生态环境需水量的成果；水利部组织编写了河道内生态需水评估导则。一些省市，针对小水电开发方式出现的问题，提出了保证河流生态流量的要求，如陕西省发出关于农村水电站保证最小下泄流量有关问题的通知。为了解决河流和湖泊湿地生态与环境问题，各级水利部门也开展了一些引水和调水实践，实施生态与环境补水，如向扎龙、白洋淀等湿地补水，引江济太、黄河调水调沙实验等。长江水资源条件虽然比北方河流好，主要干支流河道没有断流的风险，但长江水系复杂，流经我国三大阶地，上游正在进行大规模的水电站建设，河流的水文特性和水流的物理化学特性将有较大变化。中下游主要干支流两岸布置着大量耗水工业、重化工企业和码头，水污染风险越来越大，河道内有大量船舶和洄游性鱼类使用同一个河道，城市岸边和主要湖泊污染日益严重，主要城市附近都有引江济湖工程或规划新的工程，水环境容量已经达到极限。河口地区经济发达，用水需求大，咸水倒灌和水污染严重危险着沿岸地区用水安全和生态安全，所以环境流量问题也十分突出。目前，研究或提出的环境流量方法很多，但如何实现或者保证环境流量研究成果能够实现却研究的较少。本文根据国外经验和国内实际情况，探讨环境流量的内涵、分析长江主要河道环境流量问题及可能采取的工程和非工程措施，为流域管理和水库生态调度提供参考。2.环境流量的定义及内涵环境流量的定义目前比较混乱，有称生态流量、生态需水量、生态基流、最小下泄流量和环境流等，每种定义都有一定背景或者一定的需求。本文定义的环境流量为河流生态与环境需要的基本流量及过程。该定义将范围和内容进行了限制，使概念比较明确和容易确定。环境流量的主要范围在河道内，不考虑湖泊、森林、草地等面上土地生态需水。如果将陆地土地生态需水也涵盖在内，问题会十分复杂，也不便于管理。环境流量内容主要指生态与环境用水，不考虑下游人类生产和生活用水，尽管两者有相当部分是重叠的。如果同时考虑下游人类和生态环境用水，则可以称为广义的环境流量，采用广义环境流量虽然在实际管理中容易实现，但人类用水与生态环境用水对流量过程有不同的要求，容易忽视生态环境用水特点，使人类用水代替了生态环境用水。河流生态环境用水与人类用水不仅在水量和水质上有差别，而且在用水过程上有明显差别。工业生产和生活用水过程比较均衡和稳定，农业用水主要根据作物的生长需要和天然降水情况确定，而生态与环境用水需要比较自然的水文过程和节律，同时对水温、水体溶解氧、混浊度及营养水平等水体物理化学性质有要求。当然，环境流量的确定不仅需要满足自然生态与环境，最主要是为了人类可以持续地利用河流及水资源。保证环境流量不是为了限制人类开发和利用河流，主要是为了尽量减少对生态与环境的不利影响，所以，环境流量还只能是基本地满足。河流生态系统需要的环境流量，有其特定的要求2，其内涵包括以下方面：1)包括河流的枯水、洪水及全年的水文过程。河流枯水和洪水过程都有积极的生态与环境功能，河流低流量过程，使河道周边出现大量滩地和缓流区，有利于水草、浮游动物、底栖动物、两栖动物和鸟类的生长，也有利于底质污染物资的分解。洪水过程，可以带动泥沙和营养物资的输移；刺激鱼类产卵、迁徙；消减优势物种，促进水生生物的多样性；洪水上滩，促进河流周边湿地生态系统的稳定。2)包括水量、流量、流速、水位变幅等水文和水动力学要素。环境流量不仅指流量一个参数，还包括流速、水位变幅等水动力参数。长江四大家鱼只有在水位急剧上升和水温18度以上才大量产卵，而无脊椎动物则要求低流速才可以安全地生长。3)包括水量、水质、天然水体物理化学和营养物质输移。水生生物不仅需要水，而且对水体的物理化学性质和营养水平有要求。水体矿化度、浑浊度、Ph值、含沙量、溶解氧、水温、营养水平和有机污染水平对河流生态系统是十分重要。4)不同河流或者河段有不同的标志性的生态与环境保护目标。河流环境的不同，决定了河流生态系统的不同，有的河段需要保护珍稀和特有物种的保护，有的河段需要保护经济鱼类的产卵场，对于生物多样性丰富的水域或环境敏感地区可能需要保护整个栖息地。总之，没有确定的保护对象，河流管理者较难确定和保证环境流量。3.长江的环境流量问题3.1需要保护的目标长江流域水系发育，有7000余条支流，其中流域面积在1000km2以上的有437条，在1万km2以上的河流有49条，8万km2以上的有8条。由于水系复杂，河流景观及栖息地丰富多彩，生物多样性丰富，仅水生生物从低等的藻类和原生生物到高度哺乳动物皆有，除鸟类、着生藻类和水生微生物外，已知物种1778种，其中鱼类401种(亚种)，浮游藻类321种，水生维管束植物214种，底栖动物221种，两栖类145种，爬行类166种，哺乳类3种。此外，依赖水域生存的鸟类2000种以上。环境流量的保护目标分为基本的和扩展的两大类，基本类为水生生物，扩展类为两栖、鸟类和其他生物。水生生物包括微生物、水生植物和水生动物，其顶端生物是鱼类。长江水系有鱼类401余种，隶属于17目、52科、178属。在401种鱼类中，纯淡水鱼类348种，咸淡水鱼类42种，海淡水洄游性鱼类11种。其中国家一级保护动物白鱀豚、中华鲟、长江鲟、白鲟、扬子鳄等；国家二级保护动物江豚、胭脂鱼、川陕哲罗鲑、秦岭细鳞鲑、松江鲈鱼、大鲵(娃娃鱼)等。长江全长6300km，由江源至长江口跨越我国大陆地势的三级阶梯，各个河道生态与环境敏感问题的重点各异。长江河源段及雅砻江河源段，地处青藏高原，处于我国最大的自然保护区-三江源自然保护区，是长江、黄河和澜沧江等河的水源涵养区，保护区内有大片森林、草原、沼泽和湖泊，河道内虽然水生生物量不大，仅有一些高原冷水鱼，但该河段由于自然条件恶劣，受全球气候变化和牧民过度放牧等影响，目前冰川退缩，湖泊湿地萎缩，草原退化，野生动植物物种减少、属于生态与环境脆弱区，是需要严格保护的地区。长江上游鱼类有261种，其中上游特有鱼类有112种，也是白鲟、中华鲟、达氏鲟、胭脂鱼和川陕哲罗鲑等珍稀鱼类的主要栖息地，所以，目前国家设立了长江上游珍稀鱼类国家级保护区，保护区内有63种长江上游特有鱼类。长江中下游河段有鱼类240多种，是四大家鱼主要产卵地，仅中游河段就有产卵场19处。长江中游河段已经建有宜昌中华鲟、天鹅洲和新螺段白鱀豚等三个国家级保护区，东、南、西洞庭湖被列入国际重要湿地名录。长江下游河段有铜陵淡水豚国家级保护区，鄱阳湖为国际重要湿地。长江河口及三角洲地区不仅经济发达，也是我国重要的河口湿地生态保护地区，建设有崇明岛东滩鸟类和九段沙等国家级自然保护区。河口江段有国家一级保护动物白鱀豚、中华鲟、白鲟、白鹳、白头鹤等5种，国家二级保护动物江豚、胭脂鱼、松江鲈鱼等17种。另外，长江流域有大量世界自然遗产、自然保护区、风景名胜区、地质公园、森林公园、珍稀动植物保护区和重点保护文物，为了保护这些敏感地区的自然景观、生物多样性和文化遗产，也需要在河道内保留一定环境流量。3.2环境流量问题长江由于水系复杂，上、中和下游自然条件和河流开发方式有较大差别，不同的河段，环境流量问题也不同。从长江地理位置及河段来看，长江河源段及上游主要支流河源段目前水资源开发不多，属于水源含养区或生态环境脆弱区，应该作为保护河段，如果不进行水电站开发，基本可以保持自然河流的状态。长江上游水能丰富，水电站建设与珍稀鱼类的保护矛盾突出。长江中下游河段环境流量主要问题是上游控制性水库调节与四大家鱼、洄游性鱼类产卵和生长的水文节律不一致的矛盾，其次是江湖连通、湿地生物多样性保护与湖区开放和湖控工程的矛盾。长江河口主要是上游、中游和下游水资源开发和利用、咸水倒灌、水污染和泥沙减少与生态保护的矛盾。长江上、中和下游一些支流由于水电站采用引水方式开发方式，或者承担调峰任务，出现大量减水河段，甚至出现断流，是环境流量最为突出的问题。所以，从区域划分上，长江不同河段有不同的环境流量问题3。从水生生物需要的水流过程和水质来看，仅仅下泄一个最小生态流量是不够的。未来流域干流和主要支流控制性水库建成后，水库群的调节能力大为增强，洪峰减缓，枯季流量增加和水位提高，水生生物生活节律较难适应。洪水过程可以刺激鱼类产卵和洄游鱼类的洄游，枯季滩地出露，有利于水生植物、两栖动物和鸟类的生存。高坝大库常常引起水库水温分层，低温水下泄使鱼类产卵时间推迟，甚至由于错过时机不产卵。高坝通过掺气进行消能防冲，使水体气体过饱和，幼鱼吞食后，患气泡病而死亡。目前大多数水电站环境流量的下泄是通过水轮机和压力管道，过坝生物很难存活。相当多的水电站承担电网调峰任务，下泄水流剧烈波动，日调节水电站每日还存在蓄水时段，每天水电站下游都会出现断流时段。这些现象严重影响环境流量的生态作用的发挥。从河流生态保护和管理来看，由于长江还没有建立长期系统的生态监测体系，即使生态学家也无法确定典型河段具体保护物种，确定保护物种需要的环境流量过程更为困难，所以，目前将生态保护作为水库的多目标调度仍然十分困难。目前计算环境流量的方法多从国外引进，主要分为水文学方法、水力学方法、栖息地模拟法、整体评估方法和综合评价方法等几大类，一些方法是从小溪流监测和研究总结出来的，根本不适合长江干流和主要支流，而相当多的方法需要大量深入的生态监测和环境资料，由于基本资料的缺乏，目前多采用比较简单的水文学方法。问题是目前水电站建设和管理者常常将这些方法计算值的下限作为环境流量控制标准，较少考虑流量过程及水流物理化学性质。由于保护目标和计算方法的不确定性，流域管理者和水库管理者遇到考虑生态调度的难题，只有将生态调度与水功能区保护、下游人类生产生活用水需求与环境流量管理一同考虑。即使通过各种方法给出了一个环境流量，如何实施环境流量也存在许多难题。最小环境流量的基本要求是不断流，而一些水电站仅一个孔下泄，或者底孔高程过高，遇检修期或低水位时无法保证最小基流，更别说保证环境流量的下泄。大部分水电站环境流量下泄靠发电机组来保证，这是环境流量与水电站在电网中的作用和调度运行密切相关，如何使两者需求兼顾是个难题。遇特枯时段，长江及支流上下游之间，人类用水与生态环境用水之间矛盾突出，如何协调各方利益更为困难。4.保障环境流量的综合措施虽然准确环境流量目前还存在许多困难，但为了保护长江优良的生态与环境，必须从水库运行调度、水量分配等流域管理中采取综合措施规范长江水资源利用的方式，保证主要控制断面基本的环境流量，在资料缺乏的条件下，可以采用水文学与水功能区管理目标相结合的方法，初步确定主要河段的环境流量及过程，采用综合的措施保证环境流量，综合保障措施包括工程方法和非工程方法量方面。4.1工程措施工程措施包括：对于敏感河段和重要水利枢纽工程建设专门的过流和过鱼设施。为了尽量维持河流的连续性，除通过水电站下泄环境流量外，还应设立专门的过流通道，环境流量下泄通道应该有以下几点要求：1)水流最好是无压或者是低压状态，如采用明渠或无压泄流，保证生物过坝基本生存条件；2)过流通道进水口最好采用分层取水结构形式，保证能够下泄接近自然水温的水流；3)进水口最低高程应该能够保证一般枯水时期也能下泄环境流量，进水口高程应该设在接近水库死水位附近；4)最好采用双通道或者双闸门控制，保证通道在检修和维修期间也能够下泄环境流量。目前我们的水利枢纽布置和水工结构设计尚没有专门考虑环境流量下泄的要求，所以需要修改水利工程规划和设计标准，以保证未来水利工程可以比较好地下泄环境流量。如果枢纽布置或过水设施存在困难，也可以对水轮机及叶轮结构等进行改造，保证通过水流不严重伤害水生生物。4.2非工程措施即使建设了必要的工程设施，如果不采用严格的水库调度准则等非工程措施，也难以保证环境流量的下泄，所以，非工程措施在某种意义上比工程措施更重要。非工程措施包括：1)改变传统的流域水资源开发利用的规划思想，特别是流域水能开发的思路，避开生态与环境敏感河段，不要用完每米水头。通过设定一些保护和保留河段，避开敏感河段。目前长江流域综合规划考虑的河流功能区化就是一个很好的开端。2)建立和完善涉及环境流量保证的一些制度。如完善流域规划环评、流域水资源论证等制度，建立水量分配和绿色水电站评价和论证制度，从河流整体及用水结构上，保证生态环境用水量及用水流量过程。3)建立考虑环境流量的梯级水库群优化调度4。由于水库利用一般是多目标的，上下游水库间水位和流量的衔接，梯级水库联合调度是保证一条河的环境流量最重要的措施。对于长江中下游，要尽可能保持必要的水文节律，区分非常调