關鍵詞:水利工程;流域;水生態系統;修復

　　摘要:本文研究了水利工程與流域水生態系統的辯證關系，探討了水利工程對季節性河流和冬季冰封絕底河流水生態系統結構和功能的重要性。以高寒地區典型河流——穆棱河為例，研究了水利工程在提供生態徑流、保持生物多樣性和修復水環境質量方面對水生態系統的重要作用，并提出了相關技術方案。

　　推薦閱讀：改進農村生態環境農業經濟發展策略

　　習近平同志強調，水是萬物之母、生存之本、文明之源，要重視解決好水安全問題 [1] 。2016年1月5日在推動長江經濟帶發展座談會上，習近平同志指出“要把修復長江生態環境擺在壓倒性位置”，“推動長江經濟帶發展必須從中華民族長遠利益考慮，走生態優先、綠色發展之路，使綠水青山產生巨大生態效益、經濟效益、社會效益，使母親河永葆生機活力。”

　　在過去以GDP為主導的經濟發展模式下，我國水資源過度開發利用，超過河流承載能力，也導致一系列環境問題。水質污染和水資源過度開發引起水生態環境日趨惡化，主要表現在：

　　1) 河流斷流次數增多，湖泊面積日益縮小;

　　2) 水域污染增多、漁業資源嚴重衰退、水生生物多樣性減少;

　　3) 魚類、珍稀水生生物產卵場遭到破壞，特有珍稀瀕危魚類洄游通道阻斷;

　　4) 水域面臨生態荒漠化威脅，生態系統結構與功能都受到不同程度的影響和破壞。

　　根據中華人民共和國環境保護部發布的《2013~2016中國環境狀況公報》 [2] 和中華人民共和國生態環境部發布的《2017中國生態環境狀況公報》 [3] ，我國地表水I~III類水質由2013年的71.7%下降到2017年的67%，IV~V類水質由2013年的19.3%上升到2017年的23.8%，劣V類水質由2013年的9.0%下降到2017年的8.3% (見圖1)。由圖1可見，五年來I~III類地表水水質自2014年以來呈上升趨勢，但比2013年仍然減少了4.7個百分點;劣V類水質呈下降趨勢，但是僅僅下降了0.7個百分點。由此可見，我國治理水污染、修復水生態系統的任務仍然十分艱巨，刻不容緩。

　　面對日益嚴峻的環境問題，環境保護成為我們國家的基本國策，生態文明建設也上升為國家倡議。黨中央、國務院和黑龍江省委省政府高度重視生態文明建設，并明確具體提出了恢復生物多樣性和修復漁業資源的意見。習近平同志強調，“綠水青山就是金山銀山”，“黑龍江的冰天雪地也是金山銀山”，“要堅持節約資源和保護環境的基本國策”，“像保護眼睛一樣保護生態環境，像對待生命一樣對待生態環境”。十八大明確提出大力推進生態文明建設，把堅持節約資源和保護環境作為基本國策;要實施重大生態修復工程;要加強水源地保護和生物多樣性保護。《中共中央國務院關于加快推進生態文明建設的意見》指出，我國生態文明建設水平仍滯后于經濟社會發展，資源約束趨緊，環境污染嚴重，生態系統退化，發展與人口資源環境之間的矛盾日益突出，已成為經濟社會可持續發展的重大瓶頸制約。要保護和修復自然生態系統;在生態建設與修復中，以自然恢復為主，與人工修復相結合;到2020年生物多樣性喪失速度得到基本控制。《國務院關于印發“十三五”生態環境保護規劃的通知》要求生態文明建設上升為國家倡議。重點強調湖庫富營養化問題依然突出，部分流域水體污染依然較重;加大水生態保護力度，進一步增加野生魚類種群數量;加快恢復水生態系統，七大重點流域制定實施水生生物多樣性保護方案。小興凱湖水環境質量由IV類升為III類;阿什河水環境質量由劣V類升為V類。《中共黑龍江省委 黑龍江省人民政府關于加快推進生態文明建設的實施意見》要求把對現有生態資源保護擺到重要位置;全面保護和修復自然生態系統;推進水生生物保護區和水生生物保護及監測體系建設;到2025年，興凱湖水質大幅改善，穆棱河水質穩定達到水功能區要求。《黑龍江省人民政府關于印發黑龍江省生態環境保護“十三五”規劃的通知》要求加大水生態保護力度;加強保護生物多樣性;野生魚類種群數量有所增加;加大水生野生動物類自然保護區和水產種質資源的就地保護和遷地保護力度。

　　黑龍江省地處高寒地區，江河湖泊冰封期長達半年，冰層厚度1.0~1.5米，中小河流冬季都面臨冰封絕底、干涸斷流的狀況，水質污染對高寒地區的水生態系統影響尤其巨大，水生生物多樣性往往遭受滅頂之災。研究高寒地區水利工程對水生態系統的修復作用更具有普遍意義。

　　穆棱河發源于長白山支脈老爺嶺山脈東坡穆棱市窩集嶺北麓，是黑龍江省十大江河之一。穆棱河全長834 km，流域面積17,490 km2，年徑流量41.2億m3。鑒于《中共黑龍江省委黑龍江省人民政府關于加快推進生態文明建設的實施意見》要求穆棱河水質穩定達到水功能區要求，作者根據多年來研究高寒地區水生態系統和水生生物多樣性的成果積累，在對其他流域和水域研究的基礎上，選擇穆棱河流域進行水利工程建設與水生態系統修復研究。

　　2.1. 穆棱河是典型的高寒地區河流

　　穆棱河春秋季節干旱少雨，水位低落;夏季多雨，水位上漲;冬季結冰，徑流大幅度減少或者斷流。

　　2.2. 穆棱河污染十分嚴重

　　根據穆棱河流域的水域功能和水體標準，該水域應該屬于II類水質，即主要適用于集中式生活飲水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場等。但是，多年來的研究表明，穆棱河污染已經觸目驚心。李平(2011)對穆棱河雞西段水質評價表明，穆棱河90%的河段水質達不到功能區水質標準，一些河段的水體為V類和劣V類水質 [4] ;吳屬連(2014)研究表明，穆棱河水質總體上仍屬于IV類水體 [5] 。作者研究穆棱河流域連續五年的水質污染情況，證明穆棱河上游的水質總體要好于中下游，為II~III類水質，下游基本為IV~V類水質。有機污染物是主要污染物，應加強水體有機污染物的防治 [6] 。

　　2.3. 穆棱河水土流失狀況堪憂

　　穆棱河流域對土地、植物資源實行掠奪性經營，林木、植被破壞嚴重，形成大量坡耕地。河道內泥沙淤積嚴重，抗御自然災害能力下降，造成大量泥沙下泄，致使小興凱湖底泥沙量劇增，可利用水資源率下降。

　　2.4. 過度開發利用水資源

　　穆棱河上游的三岔以下至興凱湖和烏蘇里江口，僅僅干流就有攔河壩27道，流域內有大中小型水庫23座。大、小興凱湖和烏蘇里江的魚類已經無法上溯穆棱河及其支流各個河段。星羅棋布的攔河壩不僅截斷魚類產卵、洄游、索餌的通道，而且阻止了烏蘇里江和興凱湖生物多樣性向穆棱河流域擴散，導致穆棱河流域生物多樣無法自然修復。

　　2.5. 冬季河道干涸絕底，水生態系統崩潰

　　根據穆棱河穆棱站冰情資料統計，穆棱河封凍期一般在11月中旬，解凍期4月上旬，冰封期長達五個月，最大冰厚1.42 m，多年平均最大冰厚1.08 m。

　　根據穆棱河干流中上游水文站資料，1956年~2010年共55年連續系列進行頻率計算，穆棱河干流冬季徑流深度為126.20 mm~140.96 mm，而穆棱河干流冬季冰層均為1.0 m以上。所以，除極少數深水汀之外，冬季穆棱河干流基本上已經沒有水生生物可以存活的場所。為數不多的深水汀，因水質污染、斷流和水量有限，也只適合一些為數不多的小型耐低氧的魚類存活。

　　2.6. 珍稀瀕危魚類保護空白

　　作者研究發現，穆棱河上游仍然有雷氏七鰓鰻和黑龍江茴魚分布，但是歷史上曾經分布的細鱗鮭已經多年不見。

　　穆棱河流域已經建立了四個保護區，珍寶島濕地國家級自然保護區、月牙湖自然保護區、虎口濕地自然保護區、興凱湖國家級自然保護區，其中兩個省級保護區、兩個國家級保護區，對流域內的珍稀動植物資源進行重點保護。但是，這四個保護區沒有一個是針對穆棱河流域珍稀瀕危魚類設立的保護區。

　　2.7. 國家和省里明確要求修復穆棱河流域生物多樣性

　　《國務院關于印發“十三五”生態環境保護規劃的通知》、《中共黑龍江省委 黑龍江省人民政府關于加快推進生態文明建設的實施意見》都具體明確地對穆棱河流域的水環境改善和生物多樣性恢復做出要求。

　　鑒于穆棱河流域水生態環境惡化、物種多樣性減少、漁業資源衰退嚴重，在高寒地區非常具有代表性，同時國務院和省委省政府明確要求盡快修復其水生態系統，在多年研究積累的基礎上，作者確定將穆棱河作為修復流域漁業資源和生物多樣性的重點研究區域。

　　3. 國內外水生態系統修復發展現狀

　　在修復水生態系統方面，目前國內外恢復和保護天然水域漁業資源、維護生物多樣性、保持生態平衡的技術手段僅僅局限于增殖放流活動。

　　3.1. 國外水生態系統修復

　　英國在19世紀和20世紀初建造了14,000多座水壩，目前認為修復河流生態系統最好的辦法就是拆除水壩(American Rivers, 2002) [7] ;Wohl等學者主張利用恢復生態學原理修復河流水生態系統 [8] ;Whisenant等學者認為水生態系統修復的重點是恢復生態系統健康以及人與自然和諧 [9] ;Stephanie等研究了北美阻斷河流的水壩和公路對水生生物的影響，結果發現僅有36%的人工構造物修建了魚類通道，認為在水壩和公路維修中必須實現河流的連通性，保證魚類洄游自如 [10] 。

　　國外修復水生態系統實踐主要是以增殖放流為主。世界上最早進行放流工作的國家是法國，1842年法國將人工授精孵化的鱒魚幼魚放流于河川之中。此后，日本、美國、前蘇聯、挪威、西班牙、法國、英國、德國等先后開展了增殖放流工作，而且都把增殖放流作為今后資源養護和生態修復的發展方向。1997年在挪威、2002年在日本、2006年在美國、2010年在上海相繼召開增殖放流工作國際研討會。聯合國糧農組織(FAO)資料顯示，目前世界上有94個國家報道開展增殖放流工作，其中有64個國家開展海洋增殖活動 [11] 。

　　3.2. 國內水生態系統修復

　　國內學者主要是研究了水利工程對水生態系統的負面影響和應消除其負面影響的必要性。肖建紅等(2005)以2002年為評價基準年份，對全國水壩對河流生態系統服務功能影響進行了評估。結果表明，防洪和水力發電是水壩的主要功能，兩者分別占其正面影響的53.94%和26.77%;供水、減少有害氣體排放和內陸航運等，也是水壩的重要功能。水庫泥沙淤積的負面影響最大，年損失值為−508.63 × 108元;其次是水庫淹沒，從生態系統的角度進行核算，年損失值為−56.65 × 108元;水壩對河流生態系統的占據也是其重要的負面影響，年損失值為−10.43 ×108元 [12] 。馬小凡等(2005)提出了水壩工程建設與生態環境資源保護的利弊關系概念并建立了指標體系，通過進行利弊關系分析來論證水壩工程建設的可行性，并以某水壩實證分析了利弊關系，得出弊大于利的結論 [13] 。肖建紅等(2006)分析了河流生態系統的15項服務功能, 其中包括供水、水產品生產、內陸航運、水力發電、休閑娛樂和文化美學等6項河流生態系統產品與調蓄洪水、河流輸送、蓄積水分、土壤持留、凈化環境、固定CO2、養分循環、提供生境和維持生物多樣性等9項河流生態系統服務;同時又分析了修建水壩對這此服務功能的影響。研究表明，發揮河流生態系統服務正常功能是水壩建設決策中應考慮的必要因素 [14] 。

　　國內水生態系統修復主要集中于水生生物增殖放流工作。我國從20世紀六、七十年代開始，首先在黃、渤海開展了中國對蝦增殖放流，隨后在沿海、內陸水域都開展了一些頗具規模的漁業資源增殖放流活動 [15] 。黑龍江省主要進行了鱘魚、鰉魚和大馬哈魚的增殖放流。截至2015年底，全國累計投入資金近50億元，放流各類水生生物苗種1600多億單位，其中，2015年全國增殖放流水生生物苗種353.7億單位，放流種類近200種。但是，在多年大規模進行增殖放流活動后，水生生物資源衰退和水域生態惡化的趨勢并未得到根本扭轉，部分水域生態荒漠化問題仍然嚴重，瀕危物種數量仍在增加，水生生物資源養護形勢依然嚴峻。鑒于此，我國“十三五”確定放流物種增加到230種，其中淡水廣布種21種，淡水區域性物種93種，海水物種52種，珍稀瀕危物種64種 。

　　4. 國內外水生態系統修復現狀評價

　　修復水生態系統的目的根本上是恢復水域漁業資源和保持物種多樣性，從國內外水生態系統修復實踐來看，孤立地進行水生生物資源增殖放流是不科學的，放流效果遠遠沒有達到保持物種多樣性、修復漁業資源和水生態系統的目標。

　　4.1. 水生態修復缺乏流域系統性

　　目前國內外的增殖放流工作僅僅局限于資金保障、物種選擇、規劃布局、放流技術、監督管理和宣傳引導幾個方面。關注的重點只是放流工作本身，沒有考慮增殖放流的水域和流域整體的水生態系統狀況，比如水土流失造成的水質惡化和產卵場、索餌場喪失，工農業生產和生活污水排放造成魚類無法生存，高寒地區冬季河道干涸斷流造成大批魚類缺氧死亡等等不利因素。上述因素導致增殖放流多年也無法修復漁業資源和恢復水域的物種多樣性。

　　4.2. 水生態修復安全性評估不夠

　　修復水生態系統必須考慮生態安全。增殖放流不僅要考慮苗種培育、檢驗檢疫、生態環境監測、標志放流及增殖效果評估等。同時要考慮水生生物多樣性的保護、種群遺傳資源保護以及對生態系統結構和功能影響，增殖放流前應對放流水域的生態系統開展調查，以了解放流水域的生態結構、食物鏈構成，特別是競食或掠食物種的習性，以確定放流的物種和規格，保證生態系統不受破壞、減小放流的生態風險。

　　4.3. 水生態修復本底調查缺乏

　　修復水生態系統必須考慮生態容量。增殖放流必須考慮放流區域的生態容量和合理放流數量，增殖放流前應對放流水域的生態系統開展調查，以摸清包括初級生產力及其動態變化、食物鏈與營養動力狀況，從而確定放流物種的數量、時間和地點。同時要加強放流后的跟蹤監測和效果評估，以調整放流數量、時間和地點，保證最佳放流增殖資源的效果。

　　5. 結論

　　水利工程與流域水生態系統的關系是辯證的，在某些流域可以保持和提高生態系統的完整性，增加生物多樣性。水利工程可以有效解決季節性河流和冬季冰凍絕底河流的生態徑流危機;為水生生物提供棲息、洄游和產卵場所，保護水生態系統生物多樣性;通過生態系統生物鏈效應，消除水質污染，提高水環境質量。