水利水电工程对河流生态系统的影响及水环境治理与生态保护

在天然河道上修建水利水电工程会直接破坏河流长期演化形成的生态环境，使得河段局部形态均一化和非连续化，从而改变了河流生态环境的多样性。所谓河流形态的均一化主要是指自然河流的渠道化，人类为了防洪的需要而修建护岸工程，为了宣泄洪水和改善航运实行河道人工裁弯工程，河流的渠道化改变了河流蜿蜒曲折的基本形态，使河段急流、缓流、弯道及深泓交错的格局消失。河流断面形态规则化导致生境异质性降低，水域生态系统的结构和功能随之发生改变，从而诱发河流生态系统退化，生物群落多样化随之减少。

所谓河流形态的非连续性是指在河流上筑堤、建坝形成人工湖和水库后，造成自然水流的非连续性。上游河道随着水位上升，水流流速骤然降低，急流、深槽不复存在，水温水质不断变化，库区水体趋向静态分布，河流失去原有的快速自我修复和自身净化功能；而大坝下游下泄水体温度四季变化减小，影响下游河道水生生物多样化的生存环境，农业灌溉引用低温水体将会影响农作物生长，下游河道水位降低特别是汛期水位降低还会极大地影响江河湖泊水生生物的生存环境。

（一）水利水电工程上游、下游水文泥沙情势变化

天然河道上修建水利水电工程建筑物，改变了河流的自然形态，引起局部河段水流水深、流速、含沙量等的变化，进而波及上游、下游乃至长距离水文泥沙条件发生变化。水文、泥沙条件的改变是影响河流生态环境变化的原动力。水文泥沙条件的变化将会对水温、水质、局部地区气候、环境地质、土地资源产生影响，进而影响到水生生物、陆生生物的生存，还会影响航运、灌溉、城镇引水、移民安置等。例如，水库上游河道水深的增加改善了上游的航运条件，有利于供水、灌溉等，但下游河道河床会发生持续冲刷以及河道形态处于经常性变化过程而不利于航道稳定；库区水面积增加有利于发展水产养殖业，但水流流速降低及底层水温降低影响水生生物多样性生长；同时库区淹没导致陆生生物生境减少；农业耕地损失；大量移民搬迁等。

1.库区水文泥沙特性

在河流上修建水库，将破坏天然河流水沙条件与河床形态的相对平衡条件。库区水位壅高，坝前侵蚀基准面抬高，使得水深增加。水面比降减缓，流速减小，水流输沙能力显著降低，促使大量泥沙在库区淤积。水库淤积与流域面积、流域特征（土壤、植被等）、库容以及河道比降等自然因素有关，还与水库的调度运用方式关系密切。

库区淤积的部位和特点与水库运用方式密切相关。当水库蓄水位较高时，入库泥沙首先淤积在水库末端的河床上，因而抬高了水库的回水位。这种淤积还随时间不断向上游延伸，形成所谓翘尾巴现象，不仅减少有效库容，而且形成拦门沙，使上游河道排水不畅以至洪水泛滥。当蓄水位较低时，入库泥沙可以输送至坝前淤积直接减少有效库容，甚至堵塞引水建筑物，减少引水流量、影响发电等。

2.水库下游河道水文泥沙特性

当河道上游修建水库工程后，调节上游来水来沙过程，下游河道水沙过程明显改变，表现在削减洪峰，增补枯水，中水期持续时间延长，枯水流量加大、含沙量减小，河床冲刷粗化，河道形态处于不稳定变化过程中。

（二）水温变化

水利水电工程会改变天然河流水质水温，尤其是水库工程。其表现为以下若干方面。

1.库区水温分层

水库的特点是水面宽广、水体大、水流迟缓、更新期较长等，加之水体受太阳辐射、对流混合和热量传输作用，使水库具有特殊水温结构。水库水温随相对容积（库容与来水量之比）的大小和水深呈不同性状的变化，一般分为混合型、分层型和过渡型三种。

2.水温变化

上游来流和库存的水体的温差也可以形成异重流而通过水库，这种现象在热带或亚热带地区很少见，但是，如果一个高水位的枢纽工程在一个相对高而冷的高度放水，尾水流入一个温暖的湖泊中，这种现象就会发生。在坝下河段，由于电厂的进水涵管开口在较窄的水层，从电厂泄出的水也保持了这一水层的低温状态。因此，坝下河段的水温发生了明显的变化。

3.水温改变造成的不利影响

鱼类繁殖要求一定的水温条件，如我国四大家鱼类繁殖时要求水温在18℃以上，我国的鱼类资源是以温水性鱼类为主，水温变化对水库鱼类影响不大。但是出库低温水对坝下游一定距离内的鱼类产卵影响较大，有可能推迟鱼类产卵期，对鱼类繁殖产生不利影响。

此外，低温灌溉水对下游农作物的生长期有不利影响，若水库采用深孔放水建筑物，存在下泄低温水的问题，使水库下游产生人为冷害，造成农作物减产。

与水域中的温度变化密切相关的是气候影响。如反常的大雾、升高的湿度和小气候的变化都曾在河流改道和建坝蓄水中出现过。在具有明显冬季的温带和亚寒带，这个问题很典型。例如在挪威，许多水电项目曾经出现过温暖的河水在冬季引起大雾、破坏冰层的情况。在热带地区，气候影响并不明显；相反，在干旱地区，湿度升高被看作是正面的现象。

4.水温影响分析

目前，以计算机为基础的模拟工具已经发展起来，这类模拟工具可以为进行这些评估提供帮助，不仅仅是为温度变化，而且是为预测影响的全部范围。由挪威几家机构共同开发的河流系统模拟工具（RSS）是一个非常典型的例子，其主要目的是预先设想出对河流进行管理的后果。RSS包括一组具体的程序，用来模拟工程对河流生态系统和人口造成的环境影响。

不过，一般来说水电开发中的实际工程并不需要进行复杂的分析处理。温度影响的经济意义还不足以说明必须进行非常昂贵的数据收集和模拟分析。因此，对温度影响通常只进行定性描述，而不具体地进行精确计算。重要的不是准确地了解不同的开发和运作项目所需的温度，而是要观察温度变化的大小顺序和温度变化的近似影响，以及需要采取减轻影响的措施和涉及的范围。

（三）水质的影响

1.污染源和污染物

水体污染和人类生产生活活动密切相关。按人类活动可以把污染源分为工业、农业、交通运输和生活等集中污染源。从污染源的空间存在形式可以分为点源污染和面源污染。工业污染多属点源污染，农业污染多为面源污染。工业污染源排放出来的污染物质种类最多，而且是主要污染源。水体的主要污染物可以归纳为以下8类：

（1）无毒污染物

无毒污染物主要是轻工业（如食品加工等）废水和生活污水中含有的有机物质，如糖类、淀粉和蛋白质等无毒有机物。但这类物质在水体中经微生物作用后降解需要消耗大量的水中溶解氧（DO），从而引起水质变坏或形成富营养化。(www.xing528.com)

（2）重金属

各种亲硫元素（如汞、镉、铅、砷等）、亲铁元素（如铁、镍等）和亲岩元素（如铬、钒、锰等），这类元素一般不能降解，在食物链中易富集化，危害很大。

（3）阴离子

阴离子主要指亚硝酸根和氟离子，这类污染物进入人体会导致人体功能紊乱，亚硝酸盐在人体内可以转为致癌物质。

（4）有毒有机物

有毒有机物如氰和酚，这类物质含有剧毒。

（5）致癌有机物

如各种稠环芳香烃和芳香胺，这类物质均含有致癌物质。在含油、焦化、煤气和化工染料的废水中存在。

（6）农药

其中以有机氯农药危害最大，其化学性能稳定，在水中不易分解，对水体产生普遍而严重的污染。

（7）放射性物质

放射性物质主要来自铀矿，核工业废水、废物。

（8）热污染

工业排放冷却水等废热水，破坏了鱼类和微生物的生态环境。水温升高使水中溶解氧减少，从而厌氧细菌大量繁殖，使某些有毒物质的毒性加剧。

2.水质指标和标准

天然水体并非纯水，其中总会含有一定量的杂质甚至有毒物质。水质的优劣可以由某些指标来判断。这些水质指标主要有：物理指标（温度，色度，浑浊度，固体含量，导电率等）；化学指标（pH值，硬度，溶解氧浓度，酚化合物含量的含量等）；微生物指标（细菌总数，大肠杆菌总数等）。水质标准一般可以分为水体标准和排放标准两类。水体标准是指以污水排放点下游水体的水质为依据所制定的标准；排放标准是指以排放的废水本身的水质为依据所制定的标准。不同的用途也有不同的水质标准。

污染物进入水域后使水域受污染，同时进入水域的污染物也会发生各种变化。难溶解的污染物可能会沉降到河底变为底质。一部分污染物可以分解为无毒物质；一部分有机物受微生物活动的影响发生氧化和分解作用，而使污染物降解，由于对流扩散等物理作用使污染物浓度降低。总之，水体通过物理、化学和生物的作用净化污染物质，这种能力称为水体的自净能力。物理净化只能降低污染物浓度，而不能减少污染物总量，只有化学和生化作用才能减少污染物总量。水体自净能力是有限度的，研究水体自净能力是为防止水污染。

水体自净是一个很复杂的过程，影响水体自净能力的因素很多，并且互相关联，归纳起来主要有如下几种：

（1）污染物种类和性质

有些污染物易于分解和降解，而有些则不然。有的在好气条件下易分解，有的在嫌气条件下易分解。例如，合成洗涤剂和有机氯农药的化学稳定性高，难以分解；酚和氰是工业污染物，但这类污染物性质不稳定，易挥发和氧化分解，并且易被水生物吸收，比较容易净化。

（2）水体性质

水温、流量、含沙量等对水体自净有较大影响，流量大易于稀释扩散，含沙量浓度有时也对污染物的自净有一定影响。

（3）水生生物

水生生物的种类和数量与水体自净有密切关系。能吸收污染物的生物和降解污染物的微生物越多，水体自净越快。

（4）其他环境因素

水体溶解氧含量是水体净化的一个重要指标。水中溶解氧的补给受到水面和大气界面条件影响，诸如水面形态、水流流态、大气中的氧气分压及大气与水体的温差等；太阳光照条件也是一个影响因素，紫外线能促使水中污染物迅速分解，阳光与水生植物产生光合作用，改变溶解氧条件；底质会富集污染物质，底质与水体之间不断地进行物质交换，底质还会影响河底栖生物的种类和数量；自然状态下的河流由于流动性质具有极强的自净化能力。