兼顾水电开发与生态保护的水库调度方法综述

兼顾水电开发与生态保护的水库调度方法综述

徐翠[1]

（1攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川省 攀枝花市，617000）

摘要：全球水电开发对水域生态系统影响备受关注。气候变化与人类活动双重作用条件下，如何兼顾水电开发的同时，缓解开发造成的生态影响已成为资源开发利用相关利益方重点关注的核心问题。水电开发及其带来的生态问题既影响本地区的经济发展与生态保护，还会通过物质迁移与能量传递等途径影响其下游其他地区发展。因此，开展水库调度的生态影响评价，面向生态保护开展流量核算与水库调度技术保障策略研究，旨在丰富生态流量核算与管理理论内涵，能为水库的生态化运行调度提供实证与技术参考。

关键词：水电开发；生态问题；生态保护；水库调度

【中图分类号】TV697.1    【文献识别码】A

全球水电开发对水域生物多样性产生了剧烈的影响（Gracey and Verones, 2016; Johnson et al., 2017; Winemiller et al., 2016）。水电开发造成了这些生态影响的原因是改变了多种环 境因子，包括水位情势、底泥情势、营养盐状况、地形地貌结构等（Grumbine and Pandit, 2013; Lees et al., 2016; Wu et al., 2019）。因水电开发所造成的水域水文条件变化会使水域内 外生物群落等生态结构与功能发生显著转变（Chaparro et al., 2018）。关注水电开发对生态的影响及从水库调度视角寻求缓解其生态影响的方案，为水电开发的生态化运行提供 理论、方法依据。

水电开发对河流的水文情势多要素产生了显著影响，通常，水文情势要素包括水文条件的规模、频率、持续时间、发生时间、变化速率（Richter et al., 1996; Webb et al., 2012）等方面属性。在对水文情势变化进行定量分析中，评价方法既包括单一水文要素，也包括多水文要素集成的指标体系（杨志峰等, 2012）。IHA 指标体系已广泛应用于水文变量与生态变量之间的定量关系研究中，涵盖了河流生态系统（Yang et al., 2008; Suen, 2010）与其他水域生态系统（程俊翔等, 2018）。水文过程是水域生态系统形成、发育、演变中最基本的过程，是水域生态系统最重要的特征之一（崔保山和杨志峰, 2006）。在全球气候变化与人类活动剧烈影响背景下，越来越多的水域生态系统正遭受着加速萎缩、干枯等极端化水文过程的威胁（韩晓莉, 2006）。

水库库区作为一种水域生态系统，库区周边的植物是库区生态系统中水文情势影响的重要组成部分，是能表征库区生态系统中多级营养级生物的生境质量的重要指标，比如植物的组成、结构等群落特征（章光新, 2012）。水文情势直接影响植物的种子萌发与呼吸作用方面（Bejarano et al., 2018），也包括间接通过改变底泥、营养物、光照条件、与其他物种的竞争作用的影响作用于植物本身（Casanova and Brock, 2000; Sarneel et al., 2019）。由中度干扰假说（Connell, 1978）可知，中等程度水文条件变异有利于植物多样性的保护。例如，水库蓄水会导致库区淹水面积扩大，继而对植物多样性发生负面的影响（Jackson and Sax, 2010）。而极端的高来水量会使特定生态系统状态（如营养、气候条件等状态）下的物种组成、丰富度发生转变（Garssen et al., 2015）。由此可知水文情势对植物多样性具有显著的影响，在水库调度中将这种影响考虑进来，有助于缓解水电开发对库区植物多样性的影响。

大坝建设的生态影响越来越受关注，大量研究聚焦在发展生态友好型水库调度方法以平衡人类与生态系统需求方面。这些方法可以大致分为三类：首先，第一类方法的目的是为生态系统提供基础环境流量，这部分流量等于或大于最小的阈值，如 Tennant 法（Tennant, 1976）。该阈值的数值通常是定为自然水文条件下年尺度、月尺度平均流量值（Nikghalb et al., 2016; Yang et al., 2009）。这类方法为生态系统提供基础环境流量能有效保护某些关键物种，但是不能保护所有的物种，因此不能对整个生态系统完整的生物多样性进行保护（Acreman and Dunbar, 2004; Yang et al., 2016）。为弥补第一种方法的不足，第二种水库调度方法选择关注自然水文条件下的流量情势改变程度（Poff and Schmidt, 2016; Rheinheimer et al., 2016; Yin et al., 2014）。这类方法背后的假设是：自然流量情势能够最好地保护完整 的生物多样性与生态系统结构（Poff et al., 1997）。这种方法仅需要水文数据，在生态数据 有限的案例比较方便运用（Carlisle et al., 2010）。最后，第三种方法在水文指标与生态指标 间的关系上，把它们的关系纳入到水库调度过程（Arthington et al., 2006；Poff, 2018），可以更有针对性地对生态系统具体目标进行保护。

在水库调度中有一些研究考虑了生物多样性的保护。Suen 等（2009）识别了影响鱼类群落的关键水文指标，并提出了一种水库调度方法，可以减少大坝下游当前流量特征与建坝前自然流量情势间的差异。Yang 和 Cai（2011）优化了水库在兼顾鱼类多样性保护与洪水调控两方面需求过程中的权衡关系。Tsai 等（2015）为平衡人类供水与鱼类多样性保护，发展了水库调度的优化模型。Xu 等（2020）为防止水库下游植物多样性下降，采用人工神经网络算法将水库下游植物多样性纳入到水库优化调度模型中，优化了水库调度规则。这些研究主要关注的是保护下游河道（湖泊）的鱼类多样性与植物多样性。但是，根据文献调研所知，水库调度研究较少通过优化调度规则来平衡水库发电与库区植物多样性保护两方面的需求。

参考文献

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[1]作者简介: 徐翠, 工学博士, 电子邮箱xucui@pzhu.edu.cn, 从事水库生态流量管理与调度研究。基金项目: 攀枝花学院博士启动基金(2020DOCO044)