大型水利工程对河流生态系统的影响

大型水利工程在防洪、灌溉、供水和发电等方面起重要作用的同时，其建设和运行对河流生态系统结构和功能产生多种影响。正面的生态影响包括保证河流基本的生态需水量，维护河流生态平衡。我国水资源时空分布严重不均，加之水资源开发利用程度的不断提高，加剧了水资源供求矛盾。通过兴建水利工程在空间和时间上平衡水资源的分配，实现水资源的优化配置，合理安排生活、生产、生态用水需求。

防止河道断流，改善水生态环境。通过水库的合理调度运用等措施，有效防止河道断流，稀释污染水体，增加水环境容量，减轻河道水污染，改善水生态环境，充分发挥河流的各种服务功能。

提高河道调蓄能力，减轻水旱灾害损失。通过水库调节，削减洪峰，减少水旱灾害损失。改善人居生活环境，促进流域经济社会的协调发展。

水利工程特别是大型水利工程对河流生态系统的不利影响研究是目前水文学和生态学研究的热点之一。根据水利工程对河流下游生态系统的影响程度，可以划分为三个层次：第一层次是筑坝对河流下游能量、物质（悬浮物、生源要素等）输送通量的影响。第二层次是河道结构，如河道形态、河床冲刷和泥沙淤积等，以及河流生态系统结构和功能的变化，如种群数量、物种数量、栖息地等的变化。第三层次综合反映第一、二层影响所引起的变化。见图4-1。

图4-1　大坝对河流生态系统的影响分级

1.对河流上游库区和回水区影响

水库蓄水后，使得河流上游部分河段及相连的湖泊等水域的水位升高，坝体上下游水位落差变大。水库运行期也是库区及库岸、水位升高区的重新平衡的过程，主要有三个方面的影响。库区淤积和库岸浸蚀，蓄水对地质环境的影响，蓄水对水生生物的影响。

（1）库区淤积和库岸浸蚀。水库蓄水后形成库盆，库区的淤积和库岸浸蚀，对库区水环境造成影响，并影响到水库的功能。大量的研究表明，水库淤积形成的主要来源为从汇水流域进入水库的泥沙，由于库岸的改变、岛屿冲毁、库岸坡上不同的重力作用等产生的，入库泥沙由于水中悬移质沉降、淤积，成为库底沉积物，从而导致其重力固结、含水量减小、有机物质矿化。

山区中、小型水库淤积多为推移质泥沙，平原中、小型水库淤积多为悬移质泥沙，大型水库开阔地带的淤积既有悬移质泥沙又有推移质泥沙，水库沿岸地带和变动回水区则推移质居多。随着水库的运行年限的增加，库底淤积也会逐渐加重，淤积的面积也会逐渐增加。例如伏尔加河上的库伊贝舍夫水库，建库5年淤积占库底总面积的22.5%，8年后增加到32.5%；鄂毕河上的新西伯利亚水库，建库8年淤积占库底总面积的55.0%，14年后增加到69.6%。

从水库蓄水开始，由于侵蚀作用和堆积作用，在新的水边线地带开始了库岸形成的过程。大型水库的运行经验表明，库岸的形成正是冲蚀和堆积直接作用的结果，从地质、地球化学和生态过程角度分析，库岸可分为多种类型：以崩塌、坍落、侵蚀、滑坡、流沙和剥蚀等形式表现的库岸为冲蚀型库岸；以地球化学作用和冲蚀作用为主形成的库岸为冲蚀—喀斯特型库岸；以生态作用和冲蚀作用结合情况下形成的库岸为冲蚀—泥炭型库岸及其他类型的库岸；在地质、地球化学和生物过程和堆积共同作用下，形成泥沙三角洲库岸、淤泥盐岩型、漂浮泥炭型、贝壳泥炭型、贝壳石灰岩型和芦苇植物型库岸。

水库发育，除了库岸形成外，还有其他过程和现象，如淹没、浸没、地下水位上升及上升区岩层的物理力学性质变化等，水库沿岸地带形成新的工程地质条件。在水库淤积和库岸形成的过程中，会造成水土流失、生态环境变化、水质的变化等，水库运行后，在较长的时间里，逐渐形成工程与自然环境新的协调和平衡。

（2）蓄水对地质环境的影响。由于水动力条件的变化，库岸地质条件不稳定。水库地震，即水库诱发地震。是指由于水库蓄水，水体的作用改变了水坝区域附近原有地震活动频度和强度的规律而发生的地震。赞比亚卡里巴水坝在1986年（蓄水前）是无震区，蓄水后发震频繁。当水库达到满水位时发生了3.5～6.1级地震9次，震中在坝区附近。最大震例为印度的柯依那水库的6.5级地震。该坝位于前寒武纪地质带，公认为稳定地带。从1954—1967年，该坝附近只记录有中等强度地震20次。1963年坝建成，当年就发震。1965年蓄满水。1967年12月在大坝附近发生6.5级大地震，破坏半径50km，可感半径达600km，震中直接位于坝下。

蓄水对水生生物的影响。水库蓄水后，使部分陆地变成为水域，浅水变成了深水，流动的水变成相对静止的水，电站运行及汛期泄水等，都会对水生生物造成影响。

① 水生动物的影响水域由河道型变为湖泊型，使得水生动物的区系组成发生了变化。对鱼类的影响较大，主要有迫迁，即水库蓄水和泄水淹没和冲毁鱼类原有的产卵场地，改变产卵的水文条件对洄游鱼类的阻隔，大坝切断了天然河道或江河与湖泊之间的通道，使鱼类觅食洄游和生殖洄游受阻对鱼的伤害，鱼类经过溢洪道、水轮机等，因高压高速水流的冲击而受伤和死亡。例如，美国的哥伦比亚河和斯内克河，每年汛期大坝泄洪，因含氮气过饱和造成幼萨门鱼死亡。又如，美国缅因州的爱德华水电站，始建于1830年，坝长280m，主要功能为发电。但水坝妨碍了鲤鱼、条纹鲈鱼和其他6种鱼类洄游产卵繁殖，造成对水生生态的破坏，为此联邦政府下令强行拆除电站。

② 对水生植物的影响主要是对浮游植物和高等水生植物的影响。水库形成的头几年，对浮游植物区系组成、生物量、初级生产力等都产生影响，常因藻类的大量繁殖而加重水库的富营养化，影响水库的水质。对高等水生植物的直接影响主要是淹没，间接改变了水域的形态特性、土壤、水的营养性能、水位状况和原始种源，而影响了高等水生植物的生存和生长。

③ 对底栖生物的影响主要是建库后水文条件、水温、水质和底质的变化对底栖生物组成及生物量的影响。

在河流上修建大坝首先改变了河流天然径流过程。坝前水位抬高导致上游水文水力学条件及河流地貌地形发生变化，原有多种河道形态如弯曲型、分汊型等被水淹没，水流流速较建坝前变缓，泥沙逐渐在水库内淤积，水体的物理化学性质也发生变化。急流生物失去其生境条件，产卵场条件（如流速、栖息地、河床质组成）逐渐退化直至消亡。例如长江中华鲟在葛洲坝修建以后，金沙江下游和重庆以上的长江上游江段的中华鲟产卵场逐渐消失，在长江宜昌葛洲坝下形成新的产卵场。产卵场形态为微弯型，受到葛洲坝电站日调峰及放水的影响，水流状态紊乱，且由于人工开挖河道，在葛洲坝下4km范围内，河道分布有浅滩和深槽，为中华鲟产卵提供了水流条件和河床条件。但随着三峡水利枢纽工程的运用，生态影响的累加效应将进一步加剧，产卵场的特征也将会发生相应的变化。(www.xing528.com)

2.对水库相邻地区的影响

对水库相邻地区的影响，主要是对库周地区的生态环境的影响，即对生物地理群落的影响。水库淹没使林地减少，人为生产活动的增加，使林地等植被遭到破坏，人工生态恢复又需要一定的时间，使植物资源量减少。由此，破坏了部分野生动、植物的生境，使野生动物和植物种类减少，数量下降，森林植物群落减少，使生物多样性受到影响。

3.对下游水文水力学条件及生态影响

在河流上建坝就是人为地控制河流的径流过程。这种水文条件及特征变化主要表现在河流流量、入湖入海水量、河流水位、地下水水位变化等方面。闸坝可以改变河流自然流量变化模式，对洪水具有蓄泄调节的能力。通过闸坝、水库对河流流量的合理调蓄，并联合运用下游河道工程，可以减少河流的洪峰流量，防洪除涝。大坝拦蓄水量可使季节性河流变为常年河流。同时，河流洪峰流量减小也会导致入湖和入海水量减少，下游水域面积缩小。

水电站利用水的势能发电使得河流水位不仅仅因流域降水量变化而改变，还将因电力需求量、调峰等因素的变化而改变。为了满足水力发电高峰需要而从水库释放的水，有时会使河流水位变动数米。此时，下游河水流动模式主要取决于水的释放量与电力需求量之间的关系。水电站在调峰运行和引水发电时，导致坝下游出现减水河段，甚至脱水河段，使坝下游生物（尤其是鱼类）的生存环境受到极大的威胁，一些减水河段脱水河段的生物多样性遭受严重破坏，直接威胁河流下游生态安全。

流域内的地表水与地下水有着密切的水力联系，河流水文条件的改变也会影响到地下水的水位、水质等。坝上游水库蓄水使其周围地下水水位抬高，从而扩大了水库淹没范围，导致土地的盐碱化和沼泽化。同时，拦河筑坝也减少了坝下游地区地下水的补给来源，致使地下水水位下降，大片原有地下水自流灌区失去自流条件，从而降低了下游地区的水资源利用率，对灌溉造成不利影响。

坝下游下泻的高速水流侵蚀下游的河岸和河床，使得靠近大坝下游的河道逐渐变深变窄，河道逐渐萎缩，也使得下游由江心洲、沙洲、河滩地和多重河流交织的蜿蜒型河流变成相对笔直的单一河流，河床质沿河流也将发生变化。泥沙、营养物质、生境要素随水流在更远的河道沉积，使得该段河道的河床逐渐升高。另外，大坝对沉积物的拦蓄作用还会对三角洲及海岸线产生深远的影响。三角洲是由上千年的河流沉积物积累，并在沉积物压实与海洋侵蚀的相互作用下形成的，沉积物的减少会导致滨海地区严重侵蚀，而这种影响将从河口沿海岸线延伸到很远的地方。

河流水位的急剧变化加速了下游河道的冲刷与侵蚀，交替地暴露和淹没鱼群在浅水中有利的休息场所，影响鱼群产卵等。此外，河水水温的改变会改变水生生物的生存环境及生命周期，因为幼虫的繁殖、孵化和蜕变经常取决于温度的变化。季节性洪峰流量由于水库的消峰作用及水库运行调度等因素而减弱或丧失，鱼类产卵、孵化和迁徙所需的激发因素中断。大坝还阻隔了洄游性鱼类的洄游通道，影响了物种交流，改变了水库下游河段水生动植物及其栖息环境，这些变化都对下游的生物产生深远的影响。

大坝削弱了洪峰，调节了水温，降低了下游河水的稀释作用，使得浮游生物数量大为增加，微型无脊椎动物的分布特征和数量通常是种类减少显著改变。大坝减少了洪水淹没和基层冲蚀，增加了富营养化细沙泥的沉积，使得大型水生植物能够生长繁殖。

由于大量鹅卵石和砂石被大坝拦截，使得河床底部的无脊椎动物如昆虫、软体动物和贝壳类动物等失去了生存环境。

4.水利工程的区域生态效应

大坝通过改变下游水流、泥沙和生源要素等的流动，影响生物地球循环以及河流缓冲区域生态系统的结构和动态平衡改变水流温度模式，影响河流生态系统中的生物能量和关键速率对河流上下游的生物体和养分的运移产生障碍，阻止物质交换，上述生态效应具有明显的区域性（时间、空间尺度）。

研究表明，大坝蓄水引起下游河流水文条件、泥沙输送等变化，河流生态系统随之调整大坝降低河流流量峰值，分割下游河流主河道与冲积平原的物质联系，导致冲积平原生态系统中部分物种退化、消失。水库长期蓄水和非季节性的泄流，严重影响下游河流生态系统的食物链。Collier等发现筑坝导致河流日流量急剧变化，降低下游栖息地和水生态系统的生产力和河道冲刷。大量颗粒泥沙在河道中大量沉降，改变下游河床质，降低下游附卵栖息地的生态环境，从而影响鱼类、底栖生物等的生存与繁殖。

洪泛平原生态系统适应洪水的季节性变化，而洪水脉动是维持洪泛平原生态系统平衡的关键因素，筑坝人为调节洪水脉动幅度和频率，从而降低洪泛平原生态系统生产力，导致洪泛平原生态系统结构、功能失稳，进而影响河流和流域的生态系统。梯级水库进一步促进河流生态系统的破碎化，影响鱼类的迁移，阻止陆地物种扩散和连续性，导致河流缓冲区域内物种多样性降低。同时，大坝蓄水和泥沙沉积在区域、全球尺度上改变地球物质流动梯变过程、改变海洋水位、产生温室气体（NO）、干扰海洋水文循环。梯级水库对河岸带生态系统结构、功能具有显著影响，导致河岸带生态功能退化。

不同的河流地貌、河道形态具有不同的生态学作用，其生态功能也是不尽相同的。河流地貌与河流形态在空间上的多样性和异质性是生境多样性的基础，河流形态的非均一化和连续性是生物多样性的决定性因素，复杂的河流地貌往往拥有复杂的生态系统和多样化的物种。由于水利工程而造成的生态环境影响和变化，河流地貌、河流形态与生物之间的关系，河道结构、形态及河床质的组成与颗粒级配等，这些因素的变化都将对生境条件造成影响。