關鍵詞:水利工程;流域;水生態(tài)系統(tǒng);修復

　　摘要:本文研究了水利工程與流域水生態(tài)系統(tǒng)的辯證關系，探討了水利工程對季節(jié)性河流和冬季冰封絕底河流水生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的重要性。以高寒地區(qū)典型河流——穆棱河為例，研究了水利工程在提供生態(tài)徑流、保持生物多樣性和修復水環(huán)境質量方面對水生態(tài)系統(tǒng)的重要作用，并提出了相關技術方案。

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　　習近平同志強調，水是萬物之母、生存之本、文明之源，要重視解決好水安全問題 [1] 。2016年1月5日在推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上，習近平同志指出“要把修復長江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置”，“推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展必須從中華民族長遠利益考慮，走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，使綠水青山產(chǎn)生巨大生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益，使母親河永葆生機活力。”

　　在過去以GDP為主導的經(jīng)濟發(fā)展模式下，我國水資源過度開發(fā)利用，超過河流承載能力，也導致一系列環(huán)境問題。水質污染和水資源過度開發(fā)引起水生態(tài)環(huán)境日趨惡化，主要表現(xiàn)在：

　　1) 河流斷流次數(shù)增多，湖泊面積日益縮小;

　　2) 水域污染增多、漁業(yè)資源嚴重衰退、水生生物多樣性減少;

　　3) 魚類、珍稀水生生物產(chǎn)卵場遭到破壞，特有珍稀瀕危魚類洄游通道阻斷;

　　4) 水域面臨生態(tài)荒漠化威脅，生態(tài)系統(tǒng)結構與功能都受到不同程度的影響和破壞。

　　根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的《2013~2016中國環(huán)境狀況公報》 [2] 和中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2017中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》 [3] ，我國地表水I~III類水質由2013年的71.7%下降到2017年的67%，IV~V類水質由2013年的19.3%上升到2017年的23.8%，劣V類水質由2013年的9.0%下降到2017年的8.3% (見圖1)。由圖1可見，五年來I~III類地表水水質自2014年以來呈上升趨勢，但比2013年仍然減少了4.7個百分點;劣V類水質呈下降趨勢，但是僅僅下降了0.7個百分點。由此可見，我國治理水污染、修復水生態(tài)系統(tǒng)的任務仍然十分艱巨，刻不容緩。

　　面對日益嚴峻的環(huán)境問題，環(huán)境保護成為我們國家的基本國策，生態(tài)文明建設也上升為國家倡議。黨中央、國務院和黑龍江省委省政府高度重視生態(tài)文明建設，并明確具體提出了恢復生物多樣性和修復漁業(yè)資源的意見。習近平同志強調，“綠水青山就是金山銀山”，“黑龍江的冰天雪地也是金山銀山”，“要堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”，“像保護眼睛一樣保護生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”。十八大明確提出大力推進生態(tài)文明建設，把堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境作為基本國策;要實施重大生態(tài)修復工程;要加強水源地保護和生物多樣性保護。《中共中央國務院關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》指出，我國生態(tài)文明建設水平仍滯后于經(jīng)濟社會發(fā)展，資源約束趨緊，環(huán)境污染嚴重，生態(tài)系統(tǒng)退化，發(fā)展與人口資源環(huán)境之間的矛盾日益突出，已成為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸制約。要保護和修復自然生態(tài)系統(tǒng);在生態(tài)建設與修復中，以自然恢復為主，與人工修復相結合;到2020年生物多樣性喪失速度得到基本控制。《國務院關于印發(fā)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃的通知》要求生態(tài)文明建設上升為國家倡議。重點強調湖庫富營養(yǎng)化問題依然突出，部分流域水體污染依然較重;加大水生態(tài)保護力度，進一步增加野生魚類種群數(shù)量;加快恢復水生態(tài)系統(tǒng)，七大重點流域制定實施水生生物多樣性保護方案。小興凱湖水環(huán)境質量由IV類升為III類;阿什河水環(huán)境質量由劣V類升為V類。《中共黑龍江省委 黑龍江省人民政府關于加快推進生態(tài)文明建設的實施意見》要求把對現(xiàn)有生態(tài)資源保護擺到重要位置;全面保護和修復自然生態(tài)系統(tǒng);推進水生生物保護區(qū)和水生生物保護及監(jiān)測體系建設;到2025年，興凱湖水質大幅改善，穆棱河水質穩(wěn)定達到水功能區(qū)要求。《黑龍江省人民政府關于印發(fā)黑龍江省生態(tài)環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃的通知》要求加大水生態(tài)保護力度;加強保護生物多樣性;野生魚類種群數(shù)量有所增加;加大水生野生動物類自然保護區(qū)和水產(chǎn)種質資源的就地保護和遷地保護力度。

　　黑龍江省地處高寒地區(qū)，江河湖泊冰封期長達半年，冰層厚度1.0~1.5米，中小河流冬季都面臨冰封絕底、干涸斷流的狀況，水質污染對高寒地區(qū)的水生態(tài)系統(tǒng)影響尤其巨大，水生生物多樣性往往遭受滅頂之災。研究高寒地區(qū)水利工程對水生態(tài)系統(tǒng)的修復作用更具有普遍意義。

　　穆棱河發(fā)源于長白山支脈老爺嶺山脈東坡穆棱市窩集嶺北麓，是黑龍江省十大江河之一。穆棱河全長834 km，流域面積17,490 km2，年徑流量41.2億m3。鑒于《中共黑龍江省委黑龍江省人民政府關于加快推進生態(tài)文明建設的實施意見》要求穆棱河水質穩(wěn)定達到水功能區(qū)要求，作者根據(jù)多年來研究高寒地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)和水生生物多樣性的成果積累，在對其他流域和水域研究的基礎上，選擇穆棱河流域進行水利工程建設與水生態(tài)系統(tǒng)修復研究。

　　2.1. 穆棱河是典型的高寒地區(qū)河流

　　穆棱河春秋季節(jié)干旱少雨，水位低落;夏季多雨，水位上漲;冬季結冰，徑流大幅度減少或者斷流。

　　2.2. 穆棱河污染十分嚴重

　　根據(jù)穆棱河流域的水域功能和水體標準，該水域應該屬于II類水質，即主要適用于集中式生活飲水地表水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場等。但是，多年來的研究表明，穆棱河污染已經(jīng)觸目驚心。李平(2011)對穆棱河雞西段水質評價表明，穆棱河90%的河段水質達不到功能區(qū)水質標準，一些河段的水體為V類和劣V類水質 [4] ;吳屬連(2014)研究表明，穆棱河水質總體上仍屬于IV類水體 [5] 。作者研究穆棱河流域連續(xù)五年的水質污染情況，證明穆棱河上游的水質總體要好于中下游，為II~III類水質，下游基本為IV~V類水質。有機污染物是主要污染物，應加強水體有機污染物的防治 [6] 。

　　2.3. 穆棱河水土流失狀況堪憂

　　穆棱河流域對土地、植物資源實行掠奪性經(jīng)營，林木、植被破壞嚴重，形成大量坡耕地。河道內泥沙淤積嚴重，抗御自然災害能力下降，造成大量泥沙下泄，致使小興凱湖底泥沙量劇增，可利用水資源率下降。

　　2.4. 過度開發(fā)利用水資源

　　穆棱河上游的三岔以下至興凱湖和烏蘇里江口，僅僅干流就有攔河壩27道，流域內有大中小型水庫23座。大、小興凱湖和烏蘇里江的魚類已經(jīng)無法上溯穆棱河及其支流各個河段。星羅棋布的攔河壩不僅截斷魚類產(chǎn)卵、洄游、索餌的通道，而且阻止了烏蘇里江和興凱湖生物多樣性向穆棱河流域擴散，導致穆棱河流域生物多樣無法自然修復。

　　2.5. 冬季河道干涸絕底，水生態(tài)系統(tǒng)崩潰

　　根據(jù)穆棱河穆棱站冰情資料統(tǒng)計，穆棱河封凍期一般在11月中旬，解凍期4月上旬，冰封期長達五個月，最大冰厚1.42 m，多年平均最大冰厚1.08 m。

　　根據(jù)穆棱河干流中上游水文站資料，1956年~2010年共55年連續(xù)系列進行頻率計算，穆棱河干流冬季徑流深度為126.20 mm~140.96 mm，而穆棱河干流冬季冰層均為1.0 m以上。所以，除極少數(shù)深水汀之外，冬季穆棱河干流基本上已經(jīng)沒有水生生物可以存活的場所。為數(shù)不多的深水汀，因水質污染、斷流和水量有限，也只適合一些為數(shù)不多的小型耐低氧的魚類存活。

　　2.6. 珍稀瀕危魚類保護空白

　　作者研究發(fā)現(xiàn)，穆棱河上游仍然有雷氏七鰓鰻和黑龍江茴魚分布，但是歷史上曾經(jīng)分布的細鱗鮭已經(jīng)多年不見。

　　穆棱河流域已經(jīng)建立了四個保護區(qū)，珍寶島濕地國家級自然保護區(qū)、月牙湖自然保護區(qū)、虎口濕地自然保護區(qū)、興凱湖國家級自然保護區(qū)，其中兩個省級保護區(qū)、兩個國家級保護區(qū)，對流域內的珍稀動植物資源進行重點保護。但是，這四個保護區(qū)沒有一個是針對穆棱河流域珍稀瀕危魚類設立的保護區(qū)。

　　2.7. 國家和省里明確要求修復穆棱河流域生物多樣性

　　《國務院關于印發(fā)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃的通知》、《中共黑龍江省委 黑龍江省人民政府關于加快推進生態(tài)文明建設的實施意見》都具體明確地對穆棱河流域的水環(huán)境改善和生物多樣性恢復做出要求。

　　鑒于穆棱河流域水生態(tài)環(huán)境惡化、物種多樣性減少、漁業(yè)資源衰退嚴重，在高寒地區(qū)非常具有代表性，同時國務院和省委省政府明確要求盡快修復其水生態(tài)系統(tǒng)，在多年研究積累的基礎上，作者確定將穆棱河作為修復流域漁業(yè)資源和生物多樣性的重點研究區(qū)域。

　　3. 國內外水生態(tài)系統(tǒng)修復發(fā)展現(xiàn)狀

　　在修復水生態(tài)系統(tǒng)方面，目前國內外恢復和保護天然水域漁業(yè)資源、維護生物多樣性、保持生態(tài)平衡的技術手段僅僅局限于增殖放流活動。

　　3.1. 國外水生態(tài)系統(tǒng)修復

　　英國在19世紀和20世紀初建造了14,000多座水壩，目前認為修復河流生態(tài)系統(tǒng)最好的辦法就是拆除水壩(American Rivers, 2002) [7] ;Wohl等學者主張利用恢復生態(tài)學原理修復河流水生態(tài)系統(tǒng) [8] ;Whisenant等學者認為水生態(tài)系統(tǒng)修復的重點是恢復生態(tài)系統(tǒng)健康以及人與自然和諧 [9] ;Stephanie等研究了北美阻斷河流的水壩和公路對水生生物的影響，結果發(fā)現(xiàn)僅有36%的人工構造物修建了魚類通道，認為在水壩和公路維修中必須實現(xiàn)河流的連通性，保證魚類洄游自如 [10] 。

　　國外修復水生態(tài)系統(tǒng)實踐主要是以增殖放流為主。世界上最早進行放流工作的國家是法國，1842年法國將人工授精孵化的鱒魚幼魚放流于河川之中。此后，日本、美國、前蘇聯(lián)、挪威、西班牙、法國、英國、德國等先后開展了增殖放流工作，而且都把增殖放流作為今后資源養(yǎng)護和生態(tài)修復的發(fā)展方向。1997年在挪威、2002年在日本、2006年在美國、2010年在上海相繼召開增殖放流工作國際研討會。聯(lián)合國糧農組織(FAO)資料顯示，目前世界上有94個國家報道開展增殖放流工作，其中有64個國家開展海洋增殖活動 [11] 。

　　3.2. 國內水生態(tài)系統(tǒng)修復

　　國內學者主要是研究了水利工程對水生態(tài)系統(tǒng)的負面影響和應消除其負面影響的必要性。肖建紅等(2005)以2002年為評價基準年份，對全國水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響進行了評估。結果表明，防洪和水力發(fā)電是水壩的主要功能，兩者分別占其正面影響的53.94%和26.77%;供水、減少有害氣體排放和內陸航運等，也是水壩的重要功能。水庫泥沙淤積的負面影響最大，年損失值為−508.63 × 108元;其次是水庫淹沒，從生態(tài)系統(tǒng)的角度進行核算，年損失值為−56.65 × 108元;水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的占據(jù)也是其重要的負面影響，年損失值為−10.43 ×108元 [12] 。馬小凡等(2005)提出了水壩工程建設與生態(tài)環(huán)境資源保護的利弊關系概念并建立了指標體系，通過進行利弊關系分析來論證水壩工程建設的可行性，并以某水壩實證分析了利弊關系，得出弊大于利的結論 [13] 。肖建紅等(2006)分析了河流生態(tài)系統(tǒng)的15項服務功能, 其中包括供水、水產(chǎn)品生產(chǎn)、內陸航運、水力發(fā)電、休閑娛樂和文化美學等6項河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品與調蓄洪水、河流輸送、蓄積水分、土壤持留、凈化環(huán)境、固定CO2、養(yǎng)分循環(huán)、提供生境和維持生物多樣性等9項河流生態(tài)系統(tǒng)服務;同時又分析了修建水壩對這此服務功能的影響。研究表明，發(fā)揮河流生態(tài)系統(tǒng)服務正常功能是水壩建設決策中應考慮的必要因素 [14] 。

　　國內水生態(tài)系統(tǒng)修復主要集中于水生生物增殖放流工作。我國從20世紀六、七十年代開始，首先在黃、渤海開展了中國對蝦增殖放流，隨后在沿海、內陸水域都開展了一些頗具規(guī)模的漁業(yè)資源增殖放流活動 [15] 。黑龍江省主要進行了鱘魚、鰉魚和大馬哈魚的增殖放流。截至2015年底，全國累計投入資金近50億元，放流各類水生生物苗種1600多億單位，其中，2015年全國增殖放流水生生物苗種353.7億單位，放流種類近200種。但是，在多年大規(guī)模進行增殖放流活動后，水生生物資源衰退和水域生態(tài)惡化的趨勢并未得到根本扭轉，部分水域生態(tài)荒漠化問題仍然嚴重，瀕危物種數(shù)量仍在增加，水生生物資源養(yǎng)護形勢依然嚴峻。鑒于此，我國“十三五”確定放流物種增加到230種，其中淡水廣布種21種，淡水區(qū)域性物種93種，海水物種52種，珍稀瀕危物種64種 。

　　4. 國內外水生態(tài)系統(tǒng)修復現(xiàn)狀評價

　　修復水生態(tài)系統(tǒng)的目的根本上是恢復水域漁業(yè)資源和保持物種多樣性，從國內外水生態(tài)系統(tǒng)修復實踐來看，孤立地進行水生生物資源增殖放流是不科學的，放流效果遠遠沒有達到保持物種多樣性、修復漁業(yè)資源和水生態(tài)系統(tǒng)的目標。

　　4.1. 水生態(tài)修復缺乏流域系統(tǒng)性

　　目前國內外的增殖放流工作僅僅局限于資金保障、物種選擇、規(guī)劃布局、放流技術、監(jiān)督管理和宣傳引導幾個方面。關注的重點只是放流工作本身，沒有考慮增殖放流的水域和流域整體的水生態(tài)系統(tǒng)狀況，比如水土流失造成的水質惡化和產(chǎn)卵場、索餌場喪失，工農業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放造成魚類無法生存，高寒地區(qū)冬季河道干涸斷流造成大批魚類缺氧死亡等等不利因素。上述因素導致增殖放流多年也無法修復漁業(yè)資源和恢復水域的物種多樣性。

　　4.2. 水生態(tài)修復安全性評估不夠

　　修復水生態(tài)系統(tǒng)必須考慮生態(tài)安全。增殖放流不僅要考慮苗種培育、檢驗檢疫、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、標志放流及增殖效果評估等。同時要考慮水生生物多樣性的保護、種群遺傳資源保護以及對生態(tài)系統(tǒng)結構和功能影響，增殖放流前應對放流水域的生態(tài)系統(tǒng)開展調查，以了解放流水域的生態(tài)結構、食物鏈構成，特別是競食或掠食物種的習性，以確定放流的物種和規(guī)格，保證生態(tài)系統(tǒng)不受破壞、減小放流的生態(tài)風險。

　　4.3. 水生態(tài)修復本底調查缺乏

　　修復水生態(tài)系統(tǒng)必須考慮生態(tài)容量。增殖放流必須考慮放流區(qū)域的生態(tài)容量和合理放流數(shù)量，增殖放流前應對放流水域的生態(tài)系統(tǒng)開展調查，以摸清包括初級生產(chǎn)力及其動態(tài)變化、食物鏈與營養(yǎng)動力狀況，從而確定放流物種的數(shù)量、時間和地點。同時要加強放流后的跟蹤監(jiān)測和效果評估，以調整放流數(shù)量、時間和地點，保證最佳放流增殖資源的效果。

　　5. 結論

　　水利工程與流域水生態(tài)系統(tǒng)的關系是辯證的，在某些流域可以保持和提高生態(tài)系統(tǒng)的完整性，增加生物多樣性。水利工程可以有效解決季節(jié)性河流和冬季冰凍絕底河流的生態(tài)徑流危機;為水生生物提供棲息、洄游和產(chǎn)卵場所，保護水生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性;通過生態(tài)系統(tǒng)生物鏈效應，消除水質污染，提高水環(huán)境質量。