河流生态系统受水库影响的研究成果

1.2.2.1　国外研究

国外大坝生态效应的研究刚开始是研究大坝对洄游鱼类的影响[98]。20世纪40年代，美国的资源管理部门就已经开始关注由于大坝建设而导致的渔场减少问题[99]。20世纪50年代以来，国内外学者围绕着大坝修建引起的生态问题开展了大量的研究。1965年曾召开过水库对环境影响的国际讨论会，会后出版了 《人工湖》论文集。1978年美国大坝委员会环境影响分会出版的《大坝的环境效应》（Environmental Effects of Large Dams）一书总结了20世纪40～70年代大坝对环境影响的研究成果，主要包括大坝对鱼类、藻类、水生生物、野生动植物、水库蒸发蒸散量、下游河道、水库和下游水质等方面的影响以及水库有益效应问题[99]。这些研究主要集中在大坝对水体物理化学性质、生物个体、种群数量、河道变化等较小时空尺度方面产生的影响，缺乏群落、生态系统等大尺度方面以及各种效应之间的关联。2000年11月，世界水坝委员会完成了题为 《大坝与发展：一种新的决策框架》的 “全球审议报告”，这是世界上有关针对大坝在达到促进发展目的方面的成败经验的第一份世界性、综合性的独立评估报告，报告中详述了大坝的生态影响[5]。

在国内外相关研究过程中，形成了大坝生态影响分析框架，将生态系统作为一个整体进行了研究。河流的物理、化学、生态特征是流域许多因素综合作用的结果，在河流筑坝蓄水后，河流将产生一系列复杂的连锁反应改变河流的物理、生物、化学因素[2，23，100，101]。Petts（1984）[10，102]系统的总结了大坝对河流生态系统的影响，并根据对河流生态系统的影响等级，划分为3个层次结构，如图1-1所示。第一层次是大坝修建后对河流下游物质输送（如泥沙、悬浮物、养分等）、能量流动、河流水文情势、水量变化、水质的影响。第二层次是河流的物质输送和能量流动发生变化后，对河道结构如河流形态、河道形态、河床质组成和河流生态系统结构和功能（种群数量、物种数量、栖息地）的影响。第三层次的影响主要是对鱼类、无脊椎动物、鸟类和哺乳动物的影响，综合反映了第一和第二层次影响引起的变化。以此理论为基础，国内外学者对大坝修建对河流生态系统影响进行了大量研究。

图1-1　水库对河流生态系统影响

Ligon et al. （1995）[103]认为大坝通过改变河流的水流、泥沙、营养物质、能量和水生物，也就是改变了河流的重要的生态过程，并从地貌学角度阐述了大坝对坝下河流生态系统的影响。

Richter et al. （1996）[104]提出了一种水文指数法（IHA）用于分析大坝对水文改变程度研究，进而对生态变化进行研究，该方法已经被国内外学者大量运用。

Bunn et al. （2002）[105]认为水库引起的水流情势改变是影响河流系统生态可持续性的最重要因素，以此为基础，从4个方面研究了改变的河流水流情势如何影响河流水生生物多样性，主要包括：栖息地的变化和丧失，生命历史过程和繁殖的破坏，河流纵向和横向连续性的丧失，外来物种的入侵。

Poff et al. （2002）[106]认为水库对河流生态系统结构和功能的影响主要表现在3个方面：改变了水库下游的水流和泥沙通量，同时也改变了生物地球化学循环以及河道内和河岸带生境结构动力系统；水温改变，影响了水生生物生存；阻隔了上下游营养物质交换。

Nilsson et al. （2005）[7]分析了全球水库建设对各大河流生态系统的影响，认为大坝建设引起的生态问题相对其他人类活动较为严重。

Mumba et al. （2005）[107]分析了赞比亚南部的喀辅埃河流上大坝完全改变了下游洪泛区的水文情势，洪泛区面积大量减少，导致重要的野生生物群落生境改变。

Magilligana et al. （2005）[108]采用IHA方法分析了美国21个水文站大坝建坝前后水文各特征参数的变化情况，在此基础上分析了水文情势改变的生态影响。(www.xing528.com)

Black et al. （2005）[109]以近自然河流为参考状况，提出了DHRAM 方法，该方法可用于评价水库蓄水对河流水文情势的影响，并且可以对水文改变进行分级，进而研究了对水生生物的影响。

Graf（2006）[110]研究了美国大坝建设对坝下水文和地貌的影响，采用IHA方法分析了水文情势变化，进而分析了河流地形的变化以及对河岸带生态系统的影响。

Nichols et al. （2006）[111]研究了澳大利亚南部的梯级水库对河流生态系统的影响，从等级理论出发，分别分析了水文流量变化、河道地形变化以及水生生物变化情况。

Shieh et al. （2007）[112]利用中度干扰假说评估大坝建设对河流环境的影响，采用HEC HMS和HEC RAS软件分析了水力参数如流量、流速、水深、水面宽度以及泥沙通量；并且采用IHA和IHab A评价了大坝建设前后流量和生境变化情况，最后采用RVA方法定量分析了水文和生境改变程度。

可见，国外在研究水库对河流生态系统影响中，对河流水文情势影响研究较多，说明了河流水流情势是河流生态系统的重要 “驱动者”，该理念已经在许多文献中体现，减少对河流水流情势的影响也就减轻了水库对河流生态系统的影响。

1.2.2.2　国内研究

过去国内基于此理念研究水库生态影响的文献相对较少，但是近几年许多学者也进行了一定的研究，下面简单介绍一下研究情况。

在水库对河流生态系统影响研究中，对河流水文情势影响研究方面做了较多工作，在我国各大河流研究中均有所体现，例如余志堂等 （1981）[113]研究了丹江口水利枢纽工程建坝前后水文条件的变化，建坝以后坝下江段流量的周年变化幅度缩小，坝下江段水位也较为稳定，周年变幅很小。李锦绣等 （2003）[114]对三峡大坝兴建后库区的水文情势分析指出，库区水体的平均深度增加，库区的水流速度锐减，库区水体的滞留时间较建坝前增加了4倍，库区坝前的透明度明显升高，浊度则明显下降，坝前库区的年平均含沙量明显下降。李春晖等（2004）[115]分析了黄河干流大型水库的蓄水变化及其对径流的影响，结果表明：水库的修建改变了上下游水文站点实测径流量的逐月相关系数；水库下游汛期实测径流量占全年径流量的比例减小，非汛期增加；水库的削峰效应与入库流量和水库运用方式有关；大型水库的运用改变了黄河干流水体交换周期等。

在水库对生态影响研究方面，余志堂等研究表明，丹江口水利枢纽兴建以后，由于坝下江段水温降低，导致该江段鱼类繁殖季节滞后20d左右，当年出生幼鱼的个体较小、生长速度变慢。常剑波 （1999）[116]研究认为葛洲坝水利枢纽修建以后，中华鲟上溯至金沙江下游产卵场的通道被阻断，尽管现在能够在坝下江段自然繁殖，但由于产卵场范围较建坝之前大大缩小，其种群数量已明显下降。张春光等 （2001）[117]研究了葛洲坝和三峡水利工程对长江胭脂鱼资源的影响，认为该工程阻碍了部分到中下游成长发育的胭脂鱼返回上游，导致长江上游胭脂鱼资源量的下降。毛战坡等（2005）[23]综述了大坝建设对河流生态系统的影响，分析了建坝对河流水文特性、生源要素、水生态系统结构和功能的影响。刘树坤（2006）[118]指出水库下游水温变化不仅对生态环境带来不利影响，同时对水中的生物有机体也会带来影响，特别是对下游鱼类的影响。麻泽龙等 （2006）[119]综述了梯级水库对生态环境影响的进展情况。姚维科等（2006）[99]综述了大坝的生态效应：概念、研究热点以及展望。于国荣等 （2006）[120]大坝的影响区域划分为上游区、回水区、库区、坝区、消能区和惯性区等水力过渡区，并对各区内的水文水力特征、空间结构、物质结构和能量结构的变化及其生态进行了分析。马颖（2007）[26]从生态水文学角度，分析了葛洲坝、丹江口、三峡水库等大型水利工程对长江水文要素的影响；杨宇 （2007）[121]和蔡玉鹏 （2007）[122]从生态水力学角度，分析了三峡水库建库后葛洲坝下游中华鲟产卵场生境要素变化情况，并提出了保护措施；裴海峰 （2007）[123]从水质角度，分析了三峡水库蓄水后宜昌江段水质因子变化情况以及对中华鲟产卵的影响。

根据以上研究可知，我国学者在水库生态影响方面也进行了一定的研究，取得了一定成果，我国在大型水利工程建设前，非常关注工程建设产生的生态环境效应，如三峡大坝的建设，从20世纪50年代起就开始可行性论证工作，对有关的地质、地理、水文、土壤、水生生物、鱼类资源、湖区环境、河口环境等都进行了调查研究，积累了丰富的基础资料，对三峡工程可能的生态环境效应也做了大量的研究工作。尽管如此，由于大坝对生态环境的影响是长期的、缓慢的、潜在的和极其复杂的，因此要深入认识大坝修建后的河流生态响应，必须紧密结合河流径流过程、沙量变化和水温变化的特点，找出河流径流过程、沙量变化和水温变化与河流生态系统中重要动植物响应之间的关系，揭示它们之间的内在联系，因此还有很多方面要深入进行研究。