王迎春

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊，830000）

1 梯級水庫建成前的原始生態(tài)環(huán)境概況

某梯級水庫位于新疆伊犁，工程所在區(qū)域草原遼闊，森林茂密，水土資源豐富，氣候和自然環(huán)境為新疆最優(yōu)區(qū)域，素有“塞外江南”之稱。氣候受三面環(huán)山、向西敞開的地形影響，呈大陸性溫帶氣候特征，是新疆降水量最豐富的地區(qū)。工程所在區(qū)域內(nèi)水能資源占新疆可開發(fā)水能資源的1/5，是新疆生物多樣性最為集中的地區(qū)，其生態(tài)環(huán)境對維系新疆生態(tài)功能穩(wěn)定具有舉足輕重的作用。

梯級水庫上下游影響范圍主要由山區(qū)、平原綠洲、平原天然河谷次生林、河流等生態(tài)系統(tǒng)組成，工程運行后其下游河段是生態(tài)保護的重點。工程下游河段主要分布有濕地、河岸邊灘、河心灘、河谷河岸林，河流生態(tài)系統(tǒng)包括的生物群落主要由魚類、浮游植物、浮游動物、底棲生物和高等水生植物組成，河流生物生存環(huán)境主要受河流水文特征、水質(zhì)、水溫等影響。流域內(nèi)各支流主要分布有伊犁裂腹魚、新疆裸重唇魚、斑重唇魚、新疆高原鰍等8種土著魚類。伊犁裂腹魚屬冷水魚，棲息于水的中下層，產(chǎn)卵期在每年4～6月，繁殖水域水溫8～15℃，梯級水庫建成前主要分布于水庫上游支流和下游支流，體形相對較大且側(cè)扁，適宜在洄水灣、深水潭等緩流區(qū)生存；新疆裸重唇魚是一種高山水域分布的冷水性魚類，分布在海拔較高水域，產(chǎn)卵期在4～8月，常年生活在水溫較低（7～15℃）的環(huán)境中，體形小，適宜在急流中生存；斑重唇魚屬冷水魚，棲息于河流、湖泊岸邊或石縫間隙，體形小，產(chǎn)卵期在5～9月，喜棲于20℃以下河流；新疆高原鰍棲息于河道的支岔、沿岸、葦湖，分布范圍廣，產(chǎn)卵期在5～6月，也常隱蔽于河道有落差的穩(wěn)水處，具有較強的適應(yīng)性。

2 梯級水庫建成后對生態(tài)環(huán)境的影響分析

上游水庫具有防洪、發(fā)電、供水、灌溉、防凌等多項功能。上游水庫電站承擔(dān)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)，當(dāng)各目標(biāo)需水量不同時，水庫通過各引泄水建筑物對徑流進行調(diào)節(jié)以滿足多目標(biāo)的實現(xiàn)。工程按照引泄水口高程從低到高依次布置有深孔排沙放空洞、發(fā)電引水洞、中孔泄洪洞、表孔溢洪洞。該梯級下游水庫承擔(dān)上游水庫的反調(diào)節(jié)任務(wù)，相對上游水庫屬低壩小庫，布置有發(fā)電引水洞、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞，因其承擔(dān)的任務(wù)，通過梯級調(diào)度可從一定程度上緩解上游水庫調(diào)度運行對河流生態(tài)環(huán)境的影響。

水庫的徑流調(diào)節(jié)改變了自然河流年內(nèi)豐枯的水文周期規(guī)律，水庫蓄水阻斷了原河道，使流動的河流變成了相對靜止的人工湖泊，流速、水深、水質(zhì)特性、水溫結(jié)構(gòu)及水流邊界條件等發(fā)生了變化。梯級水庫的運行可能影響河流原有物質(zhì)、能量、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，其影響程度往往與運行調(diào)度方式、調(diào)度方案、泄流位置有關(guān)。目前多方面研究顯示，梯級開發(fā)特別是梯級水庫有進一步加劇河流生態(tài)系統(tǒng)破碎化、影響魚類等遷移、降低河流緩沖區(qū)域內(nèi)物種多樣性的跡象。

經(jīng)過很長一段時間后，梯級水庫工程下游河段草場、濕地、河岸邊灘、河心灘、河谷河岸林可能由于水流量時空變化，會使河邊灘、河心灘面積略微減小。受影響的區(qū)域主要是水庫淹沒區(qū)，淹沒區(qū)植被、生物失去棲息地，導(dǎo)致生物分布的改變。

梯級水庫工程建成運行后，與天然狀態(tài)相比，其對下游水文情勢產(chǎn)生較大影響，主要表現(xiàn)為水量年內(nèi)分配趨向均衡，月均流量變化趨穩(wěn)，即枯水季節(jié)水量增大，豐水期水量減少。洪水期下游水量變小，河道進入灘地沼澤區(qū)的水量可能減少，可能使沿河濕地部分區(qū)域地下水位下降，局地出現(xiàn)鹽堿化。但由于下游濕地大部分為潛水淺埋區(qū)，地勢低洼，而且主要依靠上游灌區(qū)排水和地表徑流補給地下水；同時，在非洪水期還增加了支流匯合河水的橫向頂托作用，工程運行后，沒有影響大部分濕地地下水的補給，其對河口濕地影響的面積較小，沒有改變河口濕地的生態(tài)功能。

長期來看，流域水文情勢及區(qū)域氣候的變化也可能會給水庫下游濕地生態(tài)系統(tǒng)及河谷河岸林的群落維系、種群擴增、生產(chǎn)能力等帶來不確定影響，影響比較明顯的可能為河流內(nèi)土著魚類。工程建成運行后，原河流生態(tài)變成了河流+水庫+河流的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。淹沒的河段變成水庫，水體環(huán)境由河流生態(tài)型向水庫生態(tài)型轉(zhuǎn)化，水面增大、水流速度減緩、泥沙沉淀等。水庫漁獲物調(diào)查顯示，適宜靜緩流的伊犁裂腹魚、新疆高原鰍資源量較建庫前有所增加，適宜急流的新疆裸重唇魚、斑重唇魚生存區(qū)域向上游壓縮，下游土著魚類可能因為水溫、水質(zhì)的改變影響生長。對下游魚類的影響，只有結(jié)合土著魚類的生長繁殖習(xí)性，有針對性地采取一定水庫調(diào)度措施，確定生態(tài)調(diào)度的目標(biāo)、原則和方案，使工程在發(fā)揮其功能和效益的同時，避免對河流生態(tài)系統(tǒng)造成較大的影響和破壞。

3 梯級水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)和原則

從梯級水庫運行對自然生態(tài)的影響來看，水庫下游濕地、河岸邊灘、河心灘、河谷河岸林、河道土著魚類是梯級水庫調(diào)度的生態(tài)保護目標(biāo)，重點保護新疆裸重唇魚（新疆一級重點保護水生野生動物）、斑重唇魚（新疆二級重點保護水生野生動物）和伊犁裂腹魚等河流土著魚類。

梯級水庫調(diào)度的原則是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好灌溉、發(fā)電、防洪、供水、防凌與生態(tài)之間的關(guān)系，達到社會、生態(tài)、經(jīng)濟效益總體最優(yōu)：在非汛期、非凌期、汛期的非洪水期，水庫水位在汛限水位以下時按照供水（生活）、生態(tài)、灌溉、發(fā)電的優(yōu)先次序調(diào)度；水庫水位到達或?qū)⒊^汛限水位時按照防洪、供水（生活）、生態(tài)、灌溉、發(fā)電的優(yōu)先次序調(diào)度，并可在保證防洪安全的前提下實施人造洪峰、輸沙調(diào)度等生態(tài)調(diào)度措施，模擬自然水文情勢，為下游河道生態(tài)保護目標(biāo)創(chuàng)造適宜的近自然生境條件；冰凌期按照防凌、供水（生活）、生態(tài)、發(fā)電的優(yōu)先次序調(diào)度，冰凌前在滿足生活、生態(tài)用水的前提下加大發(fā)電負荷大流量發(fā)電，待下游河道形成穩(wěn)定冰蓋后減小發(fā)電負荷（但仍需優(yōu)先滿足生活、生態(tài)用水），以防下游河道發(fā)生冰凌災(zāi)害。

4 梯級水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方案的研究

4.1 保證水庫下游維持河道基本功能的需水量

在水庫調(diào)度方案的設(shè)計和調(diào)整中，首先明確下游需要保護的目標(biāo)，根據(jù)保護目標(biāo)對生態(tài)環(huán)境的要求，確定維持下游生態(tài)功能不受到損害的下泄流量，這一流量稱為河道生態(tài)需水量[2]，即維系和保護河流最基本生態(tài)功能不受破壞，必須在河道內(nèi)保留的最小水量。實際上，河流生態(tài)基流是一個極其復(fù)雜的問題，與河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及流域的氣候、土壤、地質(zhì)、水文等諸多因素密切相關(guān)，精確計算河流“生態(tài)基流”是十分困難的事情。目前國際國內(nèi)普遍根據(jù)經(jīng)驗確定，如Tennant法、近10年最小月平均流量法、90%或95%保證率的最枯月平均流量法，分別按以上方法確定生態(tài)基流及梯級水庫泄流約束條件（見表1）。

由表1可知，梯級水庫下游河段的生態(tài)基流可取值在24.5～73.59 m3/s之間。來水比較豐富的情況下，下游水庫泄流減去生活供水和灌溉必須大于河道生態(tài)基流，電站發(fā)電依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)安排負荷；來水偏枯時，水庫下泄必須滿足生活供水，來水富裕的情況必須大于生態(tài)基流，電站發(fā)電可按生活供水或生態(tài)基流安排負荷。

4.2 模擬自然水文情勢的水庫泄流方式

河道水量、水位是河道水生生物維持生存的重要條件，國內(nèi)有關(guān)研究表明，特別在土著魚類產(chǎn)卵期，河道水位的穩(wěn)定或持續(xù)上升對魚類的繁殖至關(guān)重要。梯級水庫建成后，為實現(xiàn)防洪、發(fā)電、供水、灌溉、防凌等功能目標(biāo)，經(jīng)水庫調(diào)度后，河道水量趨于均勻，河道水位的升降直接受水庫下泄的影響，打破了河道水位升降的自然規(guī)律。水庫下游河道屬生態(tài)保護重點，對水庫調(diào)度的約束時段為1～12月，水庫下泄按照生態(tài)調(diào)度原則模擬河道水位升降自然規(guī)律，對原調(diào)度方案進行優(yōu)化調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)。水庫生態(tài)的保護目標(biāo)為伊犁裂腹魚、新疆高原鰍適宜緩流生存的土著魚類，考慮到優(yōu)先保證下游河道生態(tài)需水，水庫生態(tài)保護在重點時段（產(chǎn)卵繁殖期）限制水庫調(diào)度，約束時段為5～9月。在魚類產(chǎn)卵期，一方面穩(wěn)定上游水庫水位保護水庫內(nèi)土著魚類的繁殖，另一方面通過下游水庫的反調(diào)節(jié)采取逐步加大發(fā)電負荷的方式，模擬河道水位自然上升的過程，為下游河道土著魚類繁殖創(chuàng)造洪水脈沖的產(chǎn)卵繁殖環(huán)境，并選擇在每年6～7月主汛期連續(xù)制造重現(xiàn)期2年的“人造洪峰”保護下游濕地。自然情況下河道來水量主要集中在汛期，6、7、8三個月來水量占全年來水量的50%以上，其他月來水較小，年內(nèi)豐蓄枯供。每年9～12月河道來水量開始逐漸減小，至次年1～3月河道來水量穩(wěn)定，4月開始緩慢上升，全年各月的河道水位隨來水量的增減而升降。綜合統(tǒng)籌梯級水庫社會、生態(tài)、經(jīng)濟多效益目標(biāo)的實現(xiàn)，完全模擬河道自然水量將無法協(xié)調(diào)多目標(biāo)效益的實現(xiàn)，通過調(diào)整調(diào)度運行方式盡可能模擬河道水位升降的自然規(guī)律，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)社會、生態(tài)、經(jīng)濟等多項目標(biāo)，梯級水庫運行方式見表2所示。

4.3 結(jié)合水庫排沙減少水庫淤積

梯級水庫調(diào)度中，由于水庫的攔沙作用，泥沙在水庫中淤積，清水下泄，造成水庫下泄水流含沙量降低，水流對河岸的沖刷強度增大，水流內(nèi)的部分營養(yǎng)物質(zhì)沉積于水庫，使下游濕地及河流生物的水沙補給規(guī)律發(fā)生了改變導(dǎo)致河床不斷向兩岸擴充，河口形態(tài)發(fā)生變化，下游生物生長速度延緩，甚至導(dǎo)致河流生物群落結(jié)構(gòu)的改變，從調(diào)度上采取一定的水庫排沙措施是必要的。“蓄清排渾”的調(diào)度措施是目前水庫排沙比較成熟的方法，結(jié)合模擬自然水文情勢的泄流方式和“人造洪峰”的時段，某梯級水庫選擇在每年6月初利用底孔“低水位、大流量”、“上下游兩庫聯(lián)動”排沙的措施，降低泥沙淤積，為下游輸沙。近幾年的環(huán)境影響調(diào)查顯示，下游河岸生態(tài)及生物群落較建庫前變化不大，該措施從一定程度上減少了清水下泄對下游生態(tài)的不利影響，并延緩了水流對下游河道沖刷的進程。

表1 梯級水庫下游河道生態(tài)基流計算表Table 1 Ecological base flow for the downstream river section

表2 模擬自然水文水情水庫調(diào)度運行方式表Table 2 Reservoir operation simulating the natural hydrological condition

4.4 通過調(diào)整泄水方式降低水溫分層影響

上游水庫為穩(wěn)定分層型水庫，下游水庫為完全混合型水庫。為逐步消減上游水庫對河道水溫的影響，一方面可以通過下游水庫的反調(diào)節(jié)作用提高水溫，除排沙時段，泄水優(yōu)先選擇表孔；另一方面，可根據(jù)上游水庫水位高程優(yōu)先選擇高程較高的泄水口泄水，優(yōu)先次序確定為表孔、中孔、深孔。實際運行中，當(dāng)上游水庫水位達到表孔進口高程時，始終選用表孔泄水；當(dāng)?shù)陀诒砜走M口高程時，優(yōu)先選用中孔泄水；下游水庫調(diào)節(jié)庫容小，常年近正常高水位運行，除排沙時段均選用表孔泄水。通過此種運行方式，下游河流土著魚類未見繁殖期延后、生長周期延長的明顯現(xiàn)象。

5 結(jié)語

梯級水庫工程的建設(shè)及調(diào)度運行不可避免會改變河流天然情勢和水生生物生境條件，影響河流泥沙、水質(zhì)，造成河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性的下降。結(jié)合水庫工程的實際調(diào)度目標(biāo)，研究生態(tài)保護目標(biāo)要求，改進調(diào)度方案，在一定程度能夠減少和減緩水庫工程對生態(tài)的影響。通過研究某梯級水庫運行前后對生態(tài)環(huán)境的影響和重點保護水生生物的生活習(xí)性特點，改進調(diào)度運行方式，保證下泄合理的生態(tài)流量，維持河道水位自然規(guī)律，減少泥沙淤積和分層水溫影響。環(huán)境影響調(diào)查評價顯示，梯級水庫工程運行9年來，水庫下游生態(tài)系統(tǒng)未見明顯改變和退化。但因缺乏制度保障，當(dāng)經(jīng)濟目標(biāo)與生態(tài)目標(biāo)發(fā)生矛盾時，往往以犧牲生態(tài)目標(biāo)為代價，仍需進一步研究和完善相應(yīng)的多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方案的有效和常態(tài)化執(zhí)行制度，使其更具可操作性。在滿足社會效益的前提下，通過調(diào)度措施營造模擬接近自然的生境條件，并兼顧經(jīng)濟效益，實現(xiàn)梯級水庫供水（生活）、生態(tài)、防洪、防凌、灌溉、發(fā)電的多目標(biāo)效益，建立常態(tài)化、可操作化的多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方案，減少水庫工程對生態(tài)環(huán)境的不利影響。

[1]董哲仁，孫東，趙進勇.水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度[J].水利水電技術(shù),2007,38(1):28-32.

[2]楊志峰,崔保山,劉靜玲,王西琴,劉昌明.生態(tài)環(huán)境需水量理論、方法與實踐[M].科學(xué)出版社,2003.

[3]肖益民.考慮下游生態(tài)需水要求下的水庫優(yōu)化調(diào)度[M].中國水利水電出版社.

[4]Voros Marty C J,et al.The storage and aging of continental runoff in large reservoir systems of the world[J].Ambio,1997，26:210-219.

[5]陳凱麒,劉蘭芬,王東勝,等.河流流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響評價方法初探[C].面向可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境評價研討會論文集.2002.