水庫建設(shè)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

水庫建設(shè)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響評價由于水電工程的顯著經(jīng)濟效益，該項目引起了全世界的關(guān)注。比如哥倫比亞河、美國的田納西河、俄羅斯的伏爾加河等。我國的水電開發(fā)起步較晚,大規(guī)模的水電站建設(shè)主要集中在1950年-1980年間。目前我國擬定了12個重點梯級水電站開發(fā)流域。除了重點開發(fā)的流域外,還對一些小流域進行了梯級開發(fā),主要有松花江、鴨綠江、紅水河、龍溪河、貓?zhí)拥取ｋS著水電的發(fā)展,其對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負面效應(yīng)也逐漸受到人類的關(guān)注。已有的研究多注重單個水電站產(chǎn)生的環(huán)境影響,對河流的梯級開發(fā)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響研究的不多。梯級水電開發(fā)工程對環(huán)境影響具有范圍較大、歷時較長、效應(yīng)的系統(tǒng)性、群應(yīng)性、累積性、波及性、潛在性等特性。這些特性,決定了梯級水電站開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響評價方法不用于單個水電站。在累積作用下,河流生態(tài)環(huán)境的改變最終將影響河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的快速進展,近年來對單個水電站開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響的研究越來越多,其思路主要是對比水電開發(fā)前后河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化,評價水電開發(fā)的正負效益。魯春霞等首先建立了水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響的評價指標體系,并且給出了定量化的評價方法。莫創(chuàng)榮提出計算“流量”的估算方法,通過直接計算水電開發(fā)前后河流生態(tài)服務(wù)功能價值的變化量來評估水電開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。肖建紅等建立了水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響的評價指標體系,評價了2002年全國水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。評價結(jié)果表明防洪和水力發(fā)電是水壩的主要功能,泥沙淤積是水壩最大的負面影響。魏國良等通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響評估指標體系和評估方法,評估了瀾滄江漫灣水電站的建設(shè)對瀾滄江生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,結(jié)果表明漫灣水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境效益與生態(tài)環(huán)境成本的比值為1∶5.56,并且提出了水電開發(fā)與河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可持續(xù)調(diào)控模型。關(guān)于梯級水電開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)累積影響方面的研究很少。國內(nèi)外只有一篇相關(guān)的研究文獻,而且對累積的概念體現(xiàn)的不強。王洪梅借鑒WCD報告和MA報告的評估理念和方法,評價了雜谷腦河7級水電開發(fā)在有、無水電開發(fā)兩種情景下的河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值。貓?zhí)恿饔蚴俏覈谝粭l全流域梯級水電開發(fā)的河流,歷經(jīng)了近50年的時間,已明顯表現(xiàn)出對河流生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的累積影響。2貓?zhí)恿饔蚋艣r貓?zhí)游挥谥袊F州省,是烏江南岸的一級支流。發(fā)源于苗嶺山脈東北麓安順長山,流經(jīng)平壩、清鎮(zhèn)、修文等縣,在楊橋匯入烏江。因其下游狹窄,大貓(老虎)可跳石越峽,故稱貓?zhí)印ＨL181km,落差548.6m,流域面積3195km2。貓?zhí)恿饔驅(qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,汛期為5月-9月。河口多年平均流量55.9m3/s,多年平均徑流量17.6×108m3。貓?zhí)邮侨珖_發(fā)最完善,利用最充分的河流之一。流域開發(fā)始于20世紀50年代,梯級開發(fā)完成于20世紀70年代。電站自上游至下游有:紅楓、百花、李官、修文、窄巷口、紅林、紅巖?？値烊萘?0.5×108m3,總裝機量252MW。各個水庫一些具體技術(shù)指標見表1。3概念和內(nèi)涵3.1累積影響評價在環(huán)境影響評價領(lǐng)域,累積影響的概念最早于20世紀70年代提出。目前廣被人類所接受的概念是美國在1979年頒布的《國家環(huán)境政策法(NEPA)規(guī)定》中提出的,被定義為:“當一項活動與過去、現(xiàn)在以及可合理預(yù)見的未來的活動結(jié)合在一起時,對環(huán)境所產(chǎn)生的增加的影響?！崩鄯e影響是指兩個或者幾個項目對生態(tài)環(huán)境影響作用的疊加,包括時間上和空間上的累積。累加影響并不是單個項目影響作用的簡單加和,它具有協(xié)同性、潛伏性、滯后性、后果嚴重性、難以恢復(fù)性等特點。單個水電站的環(huán)境影響評價已不能滿足河流梯級開發(fā)的需要。水電站的梯級開發(fā)大大縮短了河流的自凈距離,減緩了河流的徑流速度,改變了河道的生境。逐漸地,流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生了改變。因此,在梯級開發(fā)環(huán)境影響評價中,需要引入累積影響的理念和方法。3.2河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的拓展河流生態(tài)系統(tǒng)是一個復(fù)合的系統(tǒng),由河岸陸地生態(tài)系統(tǒng)、河中水生生態(tài)系統(tǒng)、濕地及沼澤生態(tài)系統(tǒng)等在內(nèi)的一系列子系統(tǒng)組合而成的。河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指河流生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用(Costanza,1997),包括供應(yīng)人類生活和生產(chǎn)的產(chǎn)品和維持人類賴以生存與發(fā)展的自然條件。根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)的特點,可以將河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為產(chǎn)品供給功能、娛樂功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能和生命支持功能。產(chǎn)品供給功能指河流為人類提供的水產(chǎn)品、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水、航運功能等;娛樂功能指河流景觀為人類提供的旅游、觀光、休閑等功能;調(diào)節(jié)功能指河流調(diào)蓄洪水、河水自凈、河流輸沙功能等;文化功能指河流孕育的各種文化,比如貓?zhí)恿饔虻男帐衔幕?、鄉(xiāng)里文化、農(nóng)耕文化等;生命支持功能指河流在養(yǎng)分循環(huán)中承擔(dān)的作用和提供生境功能(圖1)?？偲饋碚f,河流生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能包括河流提供的產(chǎn)品和服務(wù)兩大類。其中產(chǎn)品是我們所熟悉的,可以親身感受到的,其價值是易于估量的;服務(wù)功能則是常常被人類所忽略掉的,看不見的,其價值在現(xiàn)有的經(jīng)濟價值體系下往往是難以估計的。而正是這些看不見的服務(wù)是產(chǎn)品功能存在的前提條件。水庫和水電站對河流生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的。從普遍意義上講,主要包括移民問題,對泥沙和河道的影響,對氣候、水文、地質(zhì)、土壤、水體、魚類和生物物種的影響,以及對文物和景觀的影響、對人群健康的影響等。因此,水庫和水電站水庫對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響是多方面的,既有正面的效應(yīng),也有負面的效應(yīng),具體見表2:4服務(wù)累積的影響分析4.1流量控制服務(wù)4.1.1設(shè)計變遷及特點貓?zhí)恿饔?個水庫的總庫容量為10.50×108m3,其中紅楓湖為不完全多年調(diào)節(jié),百花湖為年調(diào)節(jié),李官、修文、窄巷口、紅林和紅巖水庫都為日調(diào)節(jié)。紅楓和百花是貓?zhí)恿饔蛏献钪饕膬蓚€調(diào)蓄洪水的水庫。其中,紅楓水庫是第一級水庫,它的調(diào)控成敗關(guān)系著整個流域水庫調(diào)節(jié)的成敗。從1960年到1985年,紅楓水庫運行主要特點是:汛期棄水量大,而汛末水庫蓄滿少。紅楓水庫在運行26年中有11年棄水,總棄水量達17.92×108m3,就是在平水偏豐年份,水庫基本上也都要棄水,而在棄水年,除入庫洪水發(fā)生在,汛末外水庫基本蓄不滿。即使近年來采取了分期調(diào)控,仍然有較多的年份水庫不能理想地蓄滿,蓄滿的幾率只有10%。可見,紅楓湖調(diào)控洪水的功能已經(jīng)得到了較好的發(fā)揮,但是由于尚未完全掌握流域的變化規(guī)律,它的發(fā)電蓄水功能還有待更好地完善。4.1.2碳co、1.東南角碳粉塵及總排放量我國是以火力發(fā)電為主的國家,且主要靠燃煤。專家研究結(jié)果表明:每生產(chǎn)1度(kW·h)電,就相應(yīng)消耗了0.35kg標準煤,同時排放0.8720kg二氧化碳(CO2)、0.0263kg二氧化硫(SO2)、0.0131kg氮氧化物(NOX)、0.2380kg碳粉塵。貓?zhí)恿饔蛱菁夐_發(fā)初始至2010年總發(fā)電量為352.66×108kW·h,相當于減少了307.52×108kgCO2排放量,9.27×108kgSO2排放量,4.62×108kgNOX排放量和83.93×108kg粉塵排放量。按照發(fā)電量的高低,7個水電站調(diào)節(jié)大氣成分的功能由高到低依次是紅林、窄巷口、紅巖、修文、百花、紅楓和李官(表3)。4.1.3多環(huán)境質(zhì)量、污染物排放量增加,造成水體富營養(yǎng)化由于河水的流動性,污染物在進入河流后,通過物理、化學(xué)和生物因素的共同作用,使污染物的總量減少或濃度減低,曾受到污染的天然水體部分或完全恢復(fù)原狀。河流自凈能力需要一定的流程,德國學(xué)者B.科爾克維茨和M.馬松于20世紀初提出的污水生物系統(tǒng)理論,指出河流受到有機物污染后,在污染源下游的一段流程里,會產(chǎn)生自凈過程,即沿著河流下游方向,河水污染程度逐漸減輕。河流水庫化后,流動的水體變?yōu)殪o止的,污染物或沉積、或漂浮在水庫中,再加上靜止水體缺氧,容易導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。貓?zhí)恿饔蛉L180km,共修建了7座水電站,平均25.71km就有一座水電站,極大地縮短了河流的自凈距離。再加上污染物排放量的增加,貓?zhí)恿饔虻乃h(huán)境急劇惡化。20世紀80年代,貓?zhí)雍铀蠂业孛嫠悩藴?。?0世紀90年代以后,貓?zhí)恿饔蚣Y(jié)了許多企業(yè),同時在紅楓湖和百花湖興起旅游業(yè),污染物的排放量大大增加,遠遠超過了貓?zhí)拥淖詢裟芰?水質(zhì)迅速惡化,富營養(yǎng)化程度嚴重。日益惡化的水環(huán)境質(zhì)量使貓?zhí)邮チ撕恿鲬?yīng)有的水域功能,同時其泄水還殃及下游區(qū)域。由于污染物來源、數(shù)量不同以及累積效應(yīng)的差異,沿貓?zhí)拥?座水庫處的水污染程度不同。紅楓、百花湖、修文水庫都是重度富營養(yǎng)化(富營養(yǎng)化指數(shù)分別為71.78、91.18、71.59),窄巷口和紅巖水庫為中度富營養(yǎng)化(富營養(yǎng)化指數(shù)分別為61.09、60.86)。2007年10月平水期,由上游至下游,整條河都處于污染型,其中紅楓湖處為寡污-β-中污型,百花湖為α-β-中污型,秀文水庫、窄巷口水庫、紅巖水庫和貓?zhí)尤霝踅谔幎紴楣盐?β-中污型。4.2灌溉及放養(yǎng)功能河流本身具有為人類供給水產(chǎn)品、提供生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的功能,水庫的建設(shè)增加了河流的供電能力,提高了河流的供水和提供水產(chǎn)品的能力。總得來說,截止1985年,貓?zhí)恿饔蚋魉畮?除李官水庫外)的灌溉總面積為19.61km2,養(yǎng)魚總面積1.07km2。至2010年,所有水電站的累積發(fā)電量有352.66×108kW·h。其中灌溉和養(yǎng)魚功能主要集中在紅楓湖和百花湖兩大水庫,發(fā)電功能主要集中在紅林、窄巷口和紅巖水庫。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,2000年后紅楓和百花湖的主要經(jīng)濟功能發(fā)生了轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)向了以城市供水功能為主。2004年紅楓湖周邊取水量1.26×108m3,其中工業(yè)自備水供水量0.58×108m3,生活供水量0.60×108m3,農(nóng)業(yè)灌溉供水量0.09×108m3。4.3景區(qū)的景區(qū)和景區(qū)的發(fā)展河流因其獨特的景觀具有一定得休閑、旅游功能。貓?zhí)酉掠?河谷深邃狹窄,兩岸絕壁林立,千溝萬壑,景色粗獷神奇。貓?zhí)舆M行水利工程開發(fā)后,紅楓湖成為為國家級風(fēng)景名勝區(qū),百花湖為省級風(fēng)景名勝區(qū),曾經(jīng)吸引了大量的游客。由于河水的污染和庫區(qū)水的富營養(yǎng)化,以及水庫職能的轉(zhuǎn)換,近年來紅楓湖和百花湖的旅游業(yè)受到了重創(chuàng),呈現(xiàn)衰敗景象。4.4支持流量的功能4.4.1紅楓湖、花湖鳥的種類和數(shù)量發(fā)生了改變河流上修建水庫后,改變了部分原有的河道,而且使得流動水靜止化,再加上環(huán)境污染的影響,在一定程度上,改變了生物的生境。經(jīng)過長時間的積累,生物的種類和數(shù)量也發(fā)生了改變。研究表明,紅楓湖、百花湖水鳥的科和種數(shù)均比同等自然條件下的草海少,種數(shù)僅有草海59種水鳥的1/3。紅楓湖和百花湖在貴州,屬水鳥相對貧乏的湖泊。這可能與人類生產(chǎn)和旅游活動頻繁、水產(chǎn)捕撈過甚和水體過深有關(guān)。4.4.2底泥厚度及積水速度河流水庫化后,泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)沉積在庫底,大大降低了河流輸沙量和營養(yǎng)物質(zhì)運移量。研究表明:紅楓湖和百花湖兩湖底泥平均厚度變幅為34.3~38.7cm、懸浮層平均厚度變幅為5.0~6.0cm,其淤積速度遠高于其它庫區(qū)。與歷史狀態(tài)相比,懸浮區(qū)和底泥TN、TP、COD濃度大幅增加,處于污染狀態(tài)。4.4.3紅楓湖和花溪縣庫區(qū)需要占用一定面積的土地,因此,水庫的建設(shè)有可能帶來耕地淹沒和移民。貓?zhí)恿饔蛏系乃畮煲泼?9.51%集中在紅楓湖和百花湖。其中,紅楓湖涉及的移民最多,有3629戶,共15812人,其次為百花湖,涉及7975人。各個水庫共淹沒耕地31.32km2,其中紅楓湖淹沒耕地面積最大,為22.04km2,其次為百花湖,淹沒耕地面積為9.12km2。5流域梯級開發(fā)的影響單一水利工程的環(huán)境影響評價已經(jīng)遠遠不能滿足水利工程的梯級開發(fā)速度和生態(tài)環(huán)境影響程度。梯級水利工程的生態(tài)環(huán)境影響具有累積性、疊合性和協(xié)同性,對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響的方面和程度不同于單一水庫,具有空間和時間上的雙重累積作用。空間上,某一地點某一時刻的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是整個流域上所有水庫共同作用的結(jié)果;時間上,水庫對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響具有潛伏性和滯后性,是一個長時期的累積過程。貓?zhí)恿饔蜷_發(fā)較早,是我國最早的完整開發(fā)的一條河流。梯級開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響已經(jīng)顯現(xiàn),而且隨著河流生態(tài)環(huán)境的改變和人類需求的調(diào)整,在水利工程的作用下,河流提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也發(fā)生著變化。在提供產(chǎn)品方面,貓?zhí)恿饔蛏纤畮旌退娬镜挠绊懯钦娴摹ｋS著人類的調(diào)整,產(chǎn)品種類方面有所改變。紅楓湖和百花湖由主要防洪、發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泄┧Ｔ谛蓍e娛樂方面,水庫建設(shè)初期,紅楓湖和百花湖的旅游業(yè)大肆發(fā)展,但是隨著污染的加劇和水庫功能的調(diào)整,兩大湖的旅游業(yè)已經(jīng)凋敗。調(diào)節(jié)環(huán)境方面,水庫在調(diào)蓄洪水和大氣成分調(diào)節(jié)方面有重大的正面