鄧建明，周 萍

（1.欽州市水文水資源局，廣西 欽州535000；2.欽州市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣西 欽州 535000）

近幾十年來，河流的整體性愈發(fā)為人們所認識［1］，水流只是河流整體系統(tǒng)的一個重要組成部分。河流系統(tǒng)作為一個整體常被稱作“河流廊道”（rivercorridor）。這是一個具有長、寬、深（length、width、depth）的景觀系統(tǒng)，是一個具有縱向、橫向和垂向連通性特征，并在時間尺度上動態(tài)變化的整體系統(tǒng)。水利工程專家和水文學家往往傾向于關注河流中的水資源本身，更準確地說是只關心水能和水量方面，而容易忽略水資源同整個河流生態(tài)系統(tǒng)的依存關系。一方面，“水是生命之源、生態(tài)之基”，水對于生命和生態(tài)系統(tǒng)起到基礎性關鍵作用。另一方面，生態(tài)系統(tǒng)的服務功能，如水土保持、水源涵養(yǎng)、蒸騰作用和水質(zhì)凈化等，對水資源的循環(huán)和更新也起到重要作用。

本文在闡述河流系統(tǒng)整體性內(nèi)涵及其四維特征的基礎上，分析了以水利工程為代表的人類活動對河流整體性和連通性的破壞及其生態(tài)影響的具體表現(xiàn)。

1 三維空間各向特性

為方便分析和研究河流的三維運動特征，考慮在河流廊道系統(tǒng)內(nèi)建立三維坐標系，即河流上下游的相互作用構成縱向（x軸）特征，在廊道平面上與縱向垂直方向的相互作用構成橫向（y軸）特征，與廊道平面垂直方向的相互作用構成垂向（z軸）特征。

1.1 縱向連續(xù)性連通

在縱向x方向，水流的流動是最常見的連續(xù)流，流量、流速、水溫等水文要素沿河流上下游的連續(xù)性分布是其顯著特征。這種連續(xù)性連通對河流上下游的生物群落結構和功能特征具有重要意義。

連續(xù)水流良好的溶解能力和泥沙攜帶力，使河流成為營養(yǎng)物質(zhì)縱向輸送的通道，這保證了營養(yǎng)物質(zhì)流和能量流的沿河連續(xù)性，使得下游的生態(tài)過程與上游的生態(tài)過程直接相關。河流的水位、流速、水溫等水文要素為眾多水生生物提供遷徙、繁殖等生命周期必需階段的信號，連續(xù)流動的水流則為魚類等水生生物直接提供遷徙通道。上下游的物種和信息交流使得河流水體上下游間信息流的連續(xù)性得以體現(xiàn)。容易理解，基于物質(zhì)流、能量流和信息流的連續(xù)性，以及生物遷徙通道的上下連通，水生生物群落也將遵循連續(xù)性分布的規(guī)律。

Vannote曾提出一個河流連續(xù)性模型［2］，描述了從上游源頭到下游河口的水力梯度的連續(xù)性，分析了水文、環(huán)境要素的連續(xù)性分布和生物組成連續(xù)性的相關關系。研究表明，水文、環(huán)境要素的連續(xù)性連通對河流生物群落的結構和功能的連續(xù)、健康和完整具有重要意義。

1.2 橫向脈沖性連通

河流廊道把沿岸的生態(tài)系統(tǒng)涵蓋進來，在橫向進行延伸，而不再單單考慮河道內(nèi)的水流本身。沿岸交錯帶（riparian zone），甚至進一步延伸至以流域分水嶺為邊界的整個洪泛平原（floodplain），跟主體河道間存在緊密的相互作用關系。

在水文過程上，在汛期，河水橫向漫溢，使沿岸交錯帶和洪泛平原及包含其中的池塘、洼地、濕地等，同主體河道連成一體，形成連通的復雜水流系統(tǒng)。這種橫向連通因水文情勢年際變化規(guī)律，有時呈現(xiàn)高度連通而有時只是局部連通，在某些特定時候特定區(qū)域甚至連通中斷，時斷時續(xù)，周而復始，表現(xiàn)為脈沖性連通。這種橫向連通對生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要意義。

在汛期，洪水漫溢把河流攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)和沉積物輸送到沿岸交錯帶和洪泛平原，對沿岸植被和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，給予強大的支持。一些水生生物則得以到沿岸河灘及濕地避難或繁殖，完成必需的生命周期階段。當水位回落，水體攜帶陸生生物殘體回流河流主體，魚類等水生生物也洄游至主體河道。在漲落過程中，完成一次脈沖連通，主體河道跟沿岸生態(tài)系統(tǒng)間的物質(zhì)交換和物種交流得以完成。Junk提出的洪水脈沖模型［3］描述了橫向脈沖性連通及其生態(tài)意義，他指出，洪水脈沖是河流—洪泛平原系統(tǒng)生物生產(chǎn)、物種繁衍和相互作用的主要驅(qū)動力。

1.3 垂向連通

河流廊道在垂向的延伸，主要是考慮地表水與地下水的聯(lián)系。將地表水與地下水的交界帶（即所謂潛流帶）甚至沿河整個地下含水層，納入河流整體系統(tǒng)考慮的做法愈發(fā)得到認同。河水滲透進入地下或岸坡潛水層排泄進入河流，使得垂向z方向的水體連通得以實現(xiàn)。垂向連通對生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能亦起到重要作用。

垂向連通對地下含水層的補給，對水體化學組分的改變，對營養(yǎng)物質(zhì)的垂向輸移轉(zhuǎn)化等具有直接作用。光照、水溫和溶解氧的垂向連續(xù)分布，對生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)和穩(wěn)定起到重要作用。潛流帶則大大擴展了水生生物的生境空間，其高豐度的動物區(qū)系常決定著河流生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力［4］。來自潛流帶的上升流能夠傳遞營養(yǎng)物質(zhì)到河流水體，這影響到主體河道的初級生產(chǎn)力。潛流帶的生物地球化學過程，在有機殘質(zhì)的分解和水質(zhì)凈化方面起到重要作用。潛流帶大面積的孔隙結構則為潛流帶生物提供了多樣的生境，對維持水生生物多樣性具有重要意義。

2 時間尺度上的動態(tài)變化

“人不能兩次踏進同一條河流”，此語深刻揭示了河流在時間尺度上的動態(tài)變化性。涵蓋進生態(tài)系統(tǒng)，在縱向、橫向和垂向方向具有高度連通性，空間相比傳統(tǒng)概念的河流得到延伸的“河流廊道”，因為生命和生命支持系統(tǒng)的存在，具有鮮明的時間特征。

水文過程和溫度、復氧速率、二氧化碳溶解等隨時間的動態(tài)變化，決定了河流廊道系統(tǒng)的物質(zhì)環(huán)境及以之為基礎的生態(tài)過程的動態(tài)性。而在億萬年演化進程中適應了環(huán)境變化的生物，則具有各自特有的生命周期特征。如著名的中華鱘，秋季溯江而上至長江上游急流河段產(chǎn)卵，幼魚孵化后順江而下游到海洋，生活10余年后再返回長江上游。在水生生物和沿岸生物的繁殖季節(jié)，河流廊道將打上“生態(tài)敏感時段”的烙印。

3 水利工程對河流系統(tǒng)整體性的影響

河流水利工程可以概括為兩大類：一是河流的人工改造，主要包括攔河筑壩或堤防護岸工程；二是取水、調(diào)水等水資源利用工程。

水利工程對河流生態(tài)的影響，主要表現(xiàn)在兩大方面：一是改變自然水文過程和引起地形地貌變化，從而不同程度地切割生境，隔斷廊道系統(tǒng)在縱向、橫向和垂向的連通；二是對河流廊道在時間尺度上的自然動態(tài)造成嚴重干擾。兩方面的脅迫影響都會導致河流生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能的變化。

3.1 空間連通性的隔斷

筑壩將河流“腰斬”，打斷基于水文連續(xù)性的河流縱向連通，流動的河流變成相對靜止的湖庫［5］。這對適合急流生活的魚類影響較大，對中華鱘等洄游性魚類更是造成致命性影響。以防洪和發(fā)電為目標的調(diào)度則導致壩后泄流不定，常出現(xiàn)不能滿足沿岸基本生態(tài)用水需求的情形。引水式電站壩后則出現(xiàn)較長的減脫水段，對小區(qū)域生態(tài)造成毀滅性破壞。

筑壩不僅打斷縱向連通，對垂向的重要生態(tài)過程也有較大影響。湖庫靜止水體的光照、復氧與流動河流迥異，溫度分層和底部厭氧區(qū)的形成，使得水化學環(huán)境發(fā)生重大變化，水下泄后對下游的水體生境、沿岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成不利影響。

堤防工程則阻止水流橫向漫溢，還直接擾動沿岸交錯帶，使得交錯帶及洪泛平原的生境條件發(fā)生改變，結構和功能發(fā)生演替［6］。隔水護坡材料則隔斷地表水與地下水間的垂向連通。

取水、調(diào)水工程打破河流水系的自然格局，改變水文情勢，對于河流廊道的縱向、橫向和垂向連通皆有一定程度的影響。極端情況是水資源的過度取用或調(diào)用，使得原河流的生態(tài)基流得不到支持，則整個河流生態(tài)系統(tǒng)將遭到嚴重破壞。

3.2 時間尺度上的干擾

3.2.1 對河流廊道自然動態(tài)的干擾

最顯著的方面在于對自然水文周期動態(tài)的干擾，使得水流流態(tài)均一化，洪水脈沖的橫向連通效應很大程度上損失掉。

3.2.2 對生物生命周期的影響

如低溫水的下泄，將干擾水生生物的生長發(fā)育，延遲其產(chǎn)卵時間。值得重視的是水利工程建設期間對生物生命周期的干擾。在繁殖季節(jié)進行施工，影響無疑是破壞性的。

4 結語

（1）河流在三維空間的連通性特征和其在時間尺度上的動態(tài)變化，原本就是其內(nèi)在規(guī)律。河流遠非水流那么簡單，這一事實并不因傳統(tǒng)慣性思維的抵觸而有絲毫改變。

（2）以傳統(tǒng)河流水資源觀為基礎的水利工程及水資源管理方式，已經(jīng)日益暴露出嚴重的不可避免的代價。比如，大壩截斷的河流中本地特有水生物種的滅絕；又比如，因與生態(tài)割裂而導致河流自凈能力低下，最終使本來充滿生機的河流變成臭水橫流的排污溝渠。

（3）在傳統(tǒng)水利工程領域做出過重要貢獻的董哲仁先生，經(jīng)過深刻的反思，結合國外河流生態(tài)修復的經(jīng)驗，提出了著名的“生態(tài)水利工程學”的概念［7］。他指出 “未來的水利工程不僅是滿足人們對水需求的工程，也是有利于改善和恢復健全的生態(tài)系統(tǒng)工程，是有利于環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展工程”。中央強調(diào)了水資源的生命和生態(tài)價值。水利部將實施最嚴格的水資源管理制度，確立用水總量、用水效率、水功能區(qū)限制納污?？梢灶A見，水資源的調(diào)配、利用和管理的理念和方式，都將進行革命性的變遷。

［1］Ward J.V.， Riverine landscapes： biodiversity patterns， disturbance regimes， and aquatic conservation ［J］.Biological Conservation 1998（83）： 269-278.

［2］Vannote R.L.The river continuum concept［J］.Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences， 1980（37）： 130-137.

［3］Junk W.J.， Bayley P.B.， Sparks R.E.The flood pulse concept in river-floodplain systems［J］.Canadian Special Publications of Fisheries and Aquatic Sciences， 1989 （106）：110-127.

［4］袁興中，羅固源.溪流生態(tài)系統(tǒng)潛流帶生態(tài)學研究概述［J］.生態(tài)學報，2003，23（53）：956-964.

［5］Ward J.V.， Stanford J.A.The serial discontinuity concept：extending the model to floodplain rivers［J］.Regulated Rivers：Research and Management， 1995（10）： 159-168.

［6］Tockner K.， Malard F.， Ward J.V.An extension of the flood pulse concept［J］.Hydrological Processes， 2000（14）：2861-2883.

［7］董哲仁.善待江河——紀念新中國水利60年［J］.中國水利，2009，635（17）：7-8.