夏軍，水文學(xué)家，他發(fā)展了非線性時(shí)變系統(tǒng)水文學(xué)途徑，提出了一種發(fā)展中國(guó)家協(xié)調(diào)流域防洪防污矛盾和河流生態(tài)調(diào)度新的水系統(tǒng)方法……

這是水利人的第187篇文章

 

科學(xué)大道100號(hào)宇柏凝 - 回不去

 

注：本文發(fā)表于《地理科學(xué)進(jìn)展》2012年1月，第31卷第1期

河湖水系連通特征及其利弊

夏軍1，高揚(yáng)1，左其亭2，劉曉潔1，陳慶美1，竇明2

（1.陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101；2.鄭州大學(xué)水科學(xué)研究中心，鄭州450001）

【摘要】隨著水資源以及水環(huán)境健康的惡化，河湖水系連通性作為河流健康以及提高水資源利用的一個(gè)重要指標(biāo)在國(guó)家“十二五”戰(zhàn)略規(guī)劃中被著重提出。目前，中國(guó)對(duì)河湖水系連通特征及其對(duì)河流健康的影響缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，本文主要對(duì)河湖水系連通的定義、分類、評(píng)判指標(biāo)、影響因素及其對(duì)水環(huán)境健康的影響進(jìn)行了一一闡述。分析表明：維持水系連通可以明顯地改善濕地生態(tài)環(huán)境，維持濕地生態(tài)環(huán)境及生物多樣性，保障防洪安全和水資源可持續(xù)利用。同時(shí)，河湖連通也會(huì)帶來對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，主要包括：①原本水質(zhì)好的河流和水質(zhì)相對(duì)較差河流連通后降低原來河流的水質(zhì)；②加劇連通河流中物種及魚類等生命體的競(jìng)爭(zhēng)；③水量充沛的河流支援水量不足的湖泊，將減少該河流的有效可利用水量；④導(dǎo)致水面蒸發(fā)量減少影響地表及陸地的水循環(huán)，影響地區(qū)的氣候變化；⑤上游地區(qū)與下游地區(qū)河湖連通將導(dǎo)致下游地區(qū)河湖泥沙及淤積量急劇增加。

【關(guān)鍵詞】水系連通性；河流健康；水環(huán)境；生態(tài)效應(yīng)

1引言

隨著水資源的匱乏及水環(huán)境健康的惡化，人們逐漸認(rèn)識(shí)到河湖水系連通的重要性，在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中水系連通首次作為一個(gè)重要指標(biāo)被提出來[1-2]。但由于河湖水系、水文、地形和地貌特征的復(fù)雜性，使得中國(guó)的河湖連通戰(zhàn)略不能簡(jiǎn)單模仿國(guó)外的成功案例，仍需要進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證與調(diào)研。2010年9月30日，國(guó)務(wù)院副總理回良玉在國(guó)務(wù)院加快水利建設(shè)專題會(huì)議上著重指出：“抓緊建設(shè)一批骨干水資源配置工程、重點(diǎn)水源工程和河湖水系連通工程以提高水資源時(shí)空調(diào)控和城鄉(xiāng)供水保障水平”。同年，水利部陳雷部長(zhǎng)在部署“十二五”規(guī)劃工作中也著重強(qiáng)調(diào)：“深入研究河湖水系連通、水量調(diào)配和提高水環(huán)境承載能力問題，發(fā)揮河湖水系的綜合功能，實(shí)現(xiàn)水量?jī)?yōu)化調(diào)配”。

目前，中國(guó)可供研究的河湖水系連通性的成功案例較少，尤其對(duì)水系連通性及其環(huán)境影響還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，專門討論河湖水系連通性及其對(duì)河流健康影響的相關(guān)報(bào)道也較少。因此，本文闡述了河湖連通的戰(zhàn)略意義和特征，以加深水系連通對(duì)中國(guó)水環(huán)境生態(tài)健康的影響機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為中國(guó)“十二五”戰(zhàn)略規(guī)劃中河湖水系連通的健康發(fā)展、各流域開發(fā)利用和綜合管理提供基礎(chǔ)信息支撐。

2河流分類與水系分布

中國(guó)河流水系主要分為內(nèi)流河和外流河（圖1），前者是最終未流入海洋的河流，后者是最終流入海洋的河流。外流河區(qū)面積占全國(guó)總面積的2/3，河流水量占全國(guó)總水量的95%以上；內(nèi)流區(qū)面積占全國(guó)總面積的1/3，河流水量占全國(guó)總水量不到5%。外流河主要包括太平洋水系、印度洋水系以及北冰洋水系。太平洋水系的主要河流包括黑龍江、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、珠江、瀾滄江等；印度洋水系的主要河流包括怒江、雅魯藏布江等；北冰洋水系的河流主要是額爾齊斯河。其中國(guó)際性河流主要包括黑龍江、額爾齊斯河、雅魯藏布江、怒江、瀾滄江等，外流河的水系特征見表1。中國(guó)的內(nèi)流河包括塔里木河和黑河，內(nèi)流河屬溫帶大陸性氣候，降水少，蒸發(fā)旺，下滲多；水量主要來自冰雪融水和山地降水，季節(jié)變化大；再加上溫室效應(yīng)，蒸發(fā)加強(qiáng)，導(dǎo)致下游河流水量減少甚至干涸。內(nèi)流河的下游河段來水量銳減，河道干涸斷流，土地撂荒甚至嚴(yán)重沙化，生態(tài)環(huán)境惡化[3-5]。

而根據(jù)河流水流的補(bǔ)給條件又劃分為下列8大類型[3,6]：①東北地區(qū)以雨水補(bǔ)給為主，并有季節(jié)性冰雪融水補(bǔ)給的河流；②華北地區(qū)以雨水或地下水補(bǔ)給為主，并有少量季節(jié)性冰雪融水補(bǔ)給的河流；③內(nèi)蒙古、新疆部分地區(qū)雨水補(bǔ)給的河流；④西北高山地區(qū)永久性冰雪融水或季節(jié)性冰雪融水補(bǔ)給及雨水補(bǔ)給的河流；⑤華中地區(qū)以雨水補(bǔ)給為主的河流；⑥東南沿海地區(qū)和島嶼有臺(tái)風(fēng)雨補(bǔ)給的河流；⑦西南地區(qū)雨水補(bǔ)給為主的河流；⑧青藏高原地區(qū)永久性冰雪融水補(bǔ)給和地下水補(bǔ)給的河流。

3河湖水系連通的定義與類型

3.1水系連通定義

水系連通性可定義為：在自然和人工形成的江河湖庫(kù)水系基礎(chǔ)上，維系、重塑或新建滿足一定功能目標(biāo)的水流連接通道，以維持相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)水體及其聯(lián)系的物質(zhì)循環(huán)的狀況。河湖水系通道暢通性主要包括兩種情況：水系通道的過流能力，主要體現(xiàn)在河流連通對(duì)洪水的排泄能力方面；水系連通是否受人工建筑物阻隔，主要體現(xiàn)在水流通道、生物通道、航運(yùn)通道是否受阻等方面[7-8]。

3.2河湖水系連通分類的指導(dǎo)思想

在認(rèn)真貫徹落實(shí)人水和諧治水理念、尊重自然演變規(guī)律和社會(huì)發(fā)展規(guī)律基礎(chǔ)上，深入探討河湖水系連通的驅(qū)動(dòng)因素、自然地理特征、連通目標(biāo)、連通形式和連通特點(diǎn)，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代水資源學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、地理學(xué)、系統(tǒng)工程、信息學(xué)原理，構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的河湖水系連通分類體系，以指導(dǎo)河湖水系連通的自然保護(hù)與人工控制、修復(fù)，水資源合理配置和經(jīng)濟(jì)社會(huì)合理布局，推動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、健康發(fā)展[9-11]。

3.3河湖水系連通分類的基本原則

（1）相關(guān)性原則

在分類過程中，應(yīng)綜合考慮流域自然地理和氣候條件、流域上下游水資源條件、湖泊分布連通特點(diǎn)、水生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)、用水需求等關(guān)鍵要素，既要考慮它們?cè)诳臻g上的差異，以突出不同分類的特點(diǎn)，又要考慮其具有一定相似性，以保證分類具有可操作性。

（2）主導(dǎo)性原則

在有跨多個(gè)流域的河湖水系連通分類時(shí)，以大流域連通優(yōu)先；在具有多種連通方式的河湖水系連通分類時(shí)，以主導(dǎo)連通方式優(yōu)先；在河湖水系連通具有多個(gè)連通目的時(shí)，以主導(dǎo)連通目的優(yōu)先，等。

（3）完整性原則

按照一定分類角度、屬性進(jìn)行分類時(shí)，要考慮完備、不遺漏，雖然有些分類可能當(dāng)前并無(wú)相關(guān)案例，但作為分類指導(dǎo)，要將所有可能包含的子類予以列出。

（4）表征性原則

通過不同河湖水系連通角度、屬性進(jìn)行分類，從得出結(jié)果可以構(gòu)繪出河湖水系連通基本情況，體現(xiàn)出各個(gè)特征，便于對(duì)河湖水系連通的理解、研究。

3.4河湖水系連通分類體系構(gòu)建

（1）按驅(qū)動(dòng)因素可分為自然演進(jìn)型、人工驅(qū)動(dòng)型、自然-人工復(fù)合型等；

（2）按地理位置可分為北方干旱型、南方濕潤(rùn)型、西南高原型、西北內(nèi)陸型等；

（3）按水系特點(diǎn)可分為山區(qū)連通型、平原連通型、平原河網(wǎng)型等；

（4）按空間格局可分為國(guó)際連通型、跨流域連通型、流域內(nèi)連通型、區(qū)內(nèi)連通型、市內(nèi)連通型等不同層面；

（5）按連通目的可分為資源調(diào)配型、環(huán)境修復(fù)型、災(zāi)害防御型、綜合效益型等；

（6）按連通對(duì)象可分為河河連通型、河湖連通型、河庫(kù)連通型、河濕連通型、河湖城市連通型、市市水網(wǎng)連通型、河渠連通型、組合連通型等；

（7）按連通方式可分為疏通修復(fù)型、連通新建型、阻隔斷絕型等；

（8）按時(shí)間效應(yīng)可分為短期效應(yīng)型、長(zhǎng)期效應(yīng)型等。其中從水資源管理工作需求出發(fā)，推薦以連通目的、空間格局和連通對(duì)象的分類方式。上述分類體系如圖2所示。

3.5水系連通分類等級(jí)與功能組合

河湖水系連通分類等級(jí)主要從自然地理分異、連通區(qū)域、連通目的3個(gè)層面來劃分江河湖庫(kù)水系連通類型。①以自然地理分異為依據(jù)，可分為濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)水系連通型、干旱半干旱區(qū)水系連通型兩大類；②以連通區(qū)域尺度為依據(jù)，可分為國(guó)家層面水系連通型、流域?qū)用嫠�系連通型、區(qū)域?qū)用嫠�系連通型、城市層面水系連通型4大類；③以連通目的為依據(jù)，可分為資源調(diào)配型、水質(zhì)改善型、水災(zāi)害防御型、綜合治理型4大類（表2）。

在河湖水系連通功能組合方面，以上3個(gè)層面的江河湖庫(kù)水系連通分類方式可以自由組合，進(jìn)一步生成32種具體的連通類型。例如，濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)-國(guó)家層面-資源調(diào)配型（如南水北調(diào)工程）；干旱半干旱區(qū)-流域?qū)用?/span>-水質(zhì)改善型（如塔里木河流域下游應(yīng)急輸水工程）；濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)-城市層面-水災(zāi)害防御型（如德州水網(wǎng)工程）等等。

4河湖水系連通評(píng)判指標(biāo)與特征

4.1河湖水系連通類型評(píng)判指標(biāo)

（1）人均水資源占有量

人均水資源占有量是進(jìn)行水資源緊缺程度評(píng)價(jià)的常用指標(biāo)。河湖水系連通實(shí)現(xiàn)前后，通過使用該指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得各區(qū)域水資源緊缺程度變化。人均水資源占有量可認(rèn)為是河湖水系連通的地理位置屬性的子屬性。通過評(píng)價(jià)區(qū)域水資源緊缺程度，對(duì)照區(qū)域所處的地理位置，進(jìn)行有序的河湖水系連通分類。

（2）河網(wǎng)密度

河網(wǎng)密度是流域結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要指標(biāo)。河網(wǎng)密度與氣候條件和下墊面條件密切相關(guān)。從氣候方面來說，自然界為了及時(shí)將地表徑流向外排泄，必將塑造一定的河流網(wǎng)絡(luò)與之相對(duì)應(yīng)，因此河網(wǎng)密度反映了區(qū)域降雨及徑流特征。從下墊面方面來說，河網(wǎng)密度還受入滲能力的影響。隨著滲透性加大，流域河網(wǎng)密度降低。一般情況下，河網(wǎng)密度越高的地方，遭遇洪水的可能性越大[12]。采用河網(wǎng)密度作為河湖水系連通類型的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，不僅能在反應(yīng)河湖水系連通的地理位置屬性，也能反應(yīng)河湖水系連通的水系特點(diǎn)屬性。

（3）平均海拔

河湖水系連通區(qū)域及連通通道的平均海拔作為河湖水系連通的評(píng)判指標(biāo)。區(qū)域平均海拔作為中國(guó)陸地地貌類型分類中的一個(gè)劃分指標(biāo)，在河湖水系連通類型評(píng)判中，其在一定意義上反應(yīng)出河湖水系連通體所處區(qū)域的地理位置和水系特點(diǎn)[13]。此外，連通區(qū)域之間的平均海拔之差，能反應(yīng)出河湖水系連通難易度。

（4）連通時(shí)間

河湖水系連通時(shí)間是河湖水系連通的時(shí)間效應(yīng)屬性的直接評(píng)判指標(biāo)。在保證一定流量的基礎(chǔ)上，通過測(cè)量河流、湖泊等水體的連通時(shí)間，直接反應(yīng)河湖水系連通體的作用時(shí)間，即河湖水系連通的發(fā)揮功效的時(shí)間長(zhǎng)久，進(jìn)而與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較，得出河湖水系連通的時(shí)間效應(yīng)分類結(jié)果。

（5）水資源交換與再分配

不同河流的上、中、下游的自然條件差異較大，調(diào)節(jié)能力不同，徑流量年內(nèi)分配也不同，通過河流與河流之間的連通交接，加強(qiáng)連通體的徑流量分配，提高水資源循環(huán)更新能力和蓄泄能力；半封閉型和封閉型湖泊具有湖泊水量補(bǔ)給不足、湖面蒸發(fā)量大、換水周期長(zhǎng)、自我調(diào)節(jié)能力較差、凈化功能相對(duì)較弱、生態(tài)系統(tǒng)脆弱等特點(diǎn)。

4.2河流連通對(duì)水環(huán)境健康的影響

水系連通可維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性，同時(shí)也影響到流域水資源的開發(fā)利用和區(qū)域分配。水系連通性還影響水功能區(qū)水質(zhì)狀況，水系連通性越好，水流的自凈能力和納污能力都會(huì)增強(qiáng)。同時(shí)，水生生物多樣性也需通過水系連通來實(shí)現(xiàn)，沒有水系連通，水生生物多樣性就會(huì)受到很大影響[14-16]。流域生態(tài)環(huán)境需水量的供給只有通過水系連通才能實(shí)現(xiàn)，河流的完整性和地貌特征的多樣性只有通過水系連通才能得以保持，只有保持水系連通，才能保持生物棲息地的完整和生物多樣性的維持。大壩的修建割斷了河道的縱向連通性，改變水流的時(shí)間和空間分布，引起水文情勢(shì)的變化及生態(tài)系統(tǒng)物理、化學(xué)和地貌形態(tài)的改變[17]。大壩的存在一方面可以減小流量變率，使徑流量在年內(nèi)的分配更加均勻，減輕汛期的洪水危害，同時(shí)增加枯季的水量供給，更好地滿足最小生態(tài)流量的需求，但由于流量變幅減小，原先可以在洪水季節(jié)過水的濕地缺乏水源補(bǔ)充，不利于濕地生物的生長(zhǎng)，有可能降低河流濕地的生物多樣性[18]。因此，水系連通性是影響河流健康的重要因子，是健康水系其他評(píng)價(jià)指標(biāo)的聯(lián)系紐帶。水系連通性對(duì)河流健康狀況的影響主要表現(xiàn)在對(duì)水質(zhì)、濕地生態(tài)環(huán)境、水生動(dòng)物資源、防洪及水資源利用等方面的影響。水系連通性對(duì)河流健康的影響與河流湖泊水流流動(dòng)性存在很大的差異，其污染物的遷移和降解特征也存在較大差異，不同連通特性的水體具有不同的降解特性[19-20]。

4.3水系連通性影響因素分析

河湖連通性的影響因素包括影響湖泊的形成和河湖的連接通道兩個(gè)方面。從地質(zhì)歷史時(shí)期及人類歷史時(shí)期的時(shí)間尺度看，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變化等自然因素在水系連通的阻礙方面是主導(dǎo)因子，人類活動(dòng)對(duì)水系的連通在很多地方起著決定性的作用，如人口遷徒、水土流失、湖泊淤積、大面積圍墾等[21]。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)沉降形成了湖泊容納水體所需的地形條件，有利于湖泊的形成。氣候變化不僅使降雨發(fā)生變化，使湖泊的入流條件發(fā)生改變，而且還由于溫度的大幅度變化形成冰期和間冰期氣候。泥沙淤積發(fā)生在入?yún)R湖泊的支流或湖泊匯入長(zhǎng)江的支流河道內(nèi)，使河流水系與湖泊聯(lián)系通道阻塞，水系連通性變差。

人為因素對(duì)水系連通性影響主要包括：圍墾、筑堤、建閘和開鑿運(yùn)河等[21-22]。從十年至百年時(shí)間尺度看，圍墾是影響河湖連通性最為重要的因素之一；筑堤和建閘人為地切斷了河流與湖泊的自然連通，節(jié)制了干流及其支流和湖泊間的水力聯(lián)系，從而使得原來的通江湖泊變?yōu)樽韪艉�泊；開鑿運(yùn)河有利于增強(qiáng)水系的連通，而且能使湖泊補(bǔ)充一定的水源，緩解地區(qū)湖泊的污染，修復(fù)湖泊生態(tài)功能。

5河湖連通的利弊與展望

水系連通對(duì)保持河湖環(huán)境健康具有重要影響，其主要表現(xiàn)在對(duì)水質(zhì)、濕地生態(tài)環(huán)境、水生動(dòng)物資源、防洪及水資源利用等方面。但河湖連通同時(shí)也會(huì)帶來一些對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，主要包括：①可能會(huì)使原本水質(zhì)好的河流由于和水質(zhì)相對(duì)較差河流連通后降低原來河流的水質(zhì)；②河湖連通會(huì)加劇連通河流中物種及魚類等生命體的競(jìng)爭(zhēng)，雖然會(huì)促進(jìn)優(yōu)勝劣汰但也會(huì)使原先河流中競(jìng)爭(zhēng)性較弱的種類瀕臨滅絕；③通過河湖連通，水量充沛的河流支援水量不足的湖泊，會(huì)大大減少該河流的有效可利用水量，影響通航水深和濕地蓄水量；④徑流量充足的河湖由于水量減少?gòu)亩鴮?dǎo)致該地區(qū)水面蒸發(fā)量減少影響該地表及陸地的水循環(huán)，從長(zhǎng)時(shí)間看將影響地區(qū)的氣候變化，如降水減少，極端氣候增加等；⑤上游地區(qū)與下游地區(qū)河湖連通將導(dǎo)致下游地區(qū)河湖泥沙及淤積量急劇增加，從而引起下游地區(qū)河湖水環(huán)境生態(tài)健康質(zhì)量降低。

人為修建的大壩阻斷了水流的自由流動(dòng)通道和生物通道，使流域生境破碎化，但徑流量的年內(nèi)變化將變得更加均勻。閘口一方面阻礙了江湖連通，但也可為河湖連通帶來有利的影響，通過改變閘口調(diào)度機(jī)制，實(shí)行閘口生態(tài)調(diào)度，對(duì)實(shí)現(xiàn)江湖連通有較大的幫助[21-22]。展望中國(guó)的南水北調(diào)工程，通過跨流域的水資源合理配置，大大緩解中國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺問題，促進(jìn)南北方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。但在未來發(fā)展中也將面臨水環(huán)境生態(tài)健康及氣候變化等諸多問題的挑戰(zhàn)，如何平衡河湖連通的利弊，使其朝著有利于環(huán)境健康方向發(fā)展是未來河湖連通戰(zhàn)略所急需要克服的問題。

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