长江的生态流量问题，本文主要内容关键词为：长江论文,流量论文,生态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
目前，长江上游干支流上正在进行大规模的梯级水电站建设，中下游正在进行南水北调中线和东线工程。在进行水资源开发利用工程时经常会遇到如何确定河流生态流量或最小基流的问题，如对于大型水库蓄水期应该保证多少最小下泄水量？对于引水式电站，应该给河道留多少水？对于一个控制断面，应该留有多少水量才能够满足下游人类用水和生态环境用水等等。长江与中国北方河流比较，虽然水量相对丰富，但长江汛期的水量占了70%，非汛期水量仅占30%，而且长江的水生生物丰富，相当多的河段还有通航要求，所以河道内保持必要的最小流量是十分必要的。本文通过对生态流量概念的讨论，评价目前确定生态流量的方法，提出确定长江生态流量的原则和方法，最后通过几个典型河段实例，分析目前长江生态流量确定过程中存在的问题及对策。
1 生态流量
对于自然河流不存在生态流量问题，因为水生生物本来就是根据河流生境产生、成长和繁衍的。由于人类河道内（水电站）和河道外（引水）用水需求日益增加，占用了自然生态系统依赖的河道水流，才出现了生态流量问题。生态流量分为狭义和广义两种，前者为维持河流生态与环境需要的最小流量，主要针对维持河流自然生态系统最基本的需要；广义生态流量为狭义生态流量加上下游人们生产生活需要的小流量，除了满足自然生态系统的基本需要外，要包括下游取水、用水、航运、稀释废污水、景观与旅游等方面需求。所以，生态流量一般采用广义生态流量的定义比较合适。
生态流量对于不同的河流、不同水资源开发程度和不同的国情是不一样的，必须根据具体河流特点研究确定。西方发达国家或人口稀少国家的河流，由于人均水资源占有量较高，一般在满足狭义的生态流量要求时，同时也可以满足下游人类用水需求，所以目前发达国家提出的各种计算生态流量的方法[1-3]主要针对狭义生态流量而确定，并且比较适合中小河流，故不能简单采用国外的方法来计算长江这样的大河的生态基流。
2 长江的特点
长江不仅与欧洲河流不同，也与中国北方河流的情况大不一样。黄河和海河最大流量与最小流量比在14～16之间，而长江最大流量与最小流量比在4～5之间，年际和年内分配更均匀些，或者说长江的基流原本就更大些。如金沙江流域没有暴雨区，其径流量占宜昌站的1/3，是长江基流的主要组成部分。Tennant法（又称Montana法）是目前引用最多的计算生态基流的方法，该法在枯季（10月至次年3月）推荐最小生态流量为多年平均流量的10%，如果按此标准计算，对于黄河（多年平均流量为1785
）为179（目前黄河不断流的最小功能流量为30）；对于海河（多年平均流量为7233）为723，目前基本能够维持；但对于长江，以大通站为例，多年平均流量为28700，按10%计算，仅为2870，而大通站实测极端瞬时最小流量为4620（1979年1月31日），多年最小月平均流量为7220，99%的最小月平均流量也有6930，均远大于计算值，说明Tennant法并不适用于长江干流这样的大流量河流。所以，长江的生态流量与北方河流不同，长江枯季的基流本来就比较大，如果需要确定生态基流，起码应该大于实际观测的最小值。另一方面，为了维护长江的生态健康，长江的基流标准应该更大一些，需要分河段、分季节分别研究和确定。
3 长江水系生态流量的确定方法探讨
3.1 确定的原则
湿润地区或大河水系生态流量的确定与小河或干旱地区河流有显著的不同。小河影响因素少或单一，容易判断，北方等干旱地区河流水生生物少，生态流量主要考虑周围地下水及湿地生境的维持和下游居民生产生活用水。而长江情况更为复杂，应该遵循以下原则确定。
3.1.1 生态过程原则
生态流量不是一个单值，而是生物系统需要的流量过程，不仅对枯季流量有要求，对汛期流量也有要求。应该根据水生生物的生命过程确定需要的流量过程，在年际和年内时间上要具有连续性。枯季最小流量应该仅仅是生态流量过程的一个极值，河流生境维持在汛期需要洪水过程，需要基本的平滩流量，所以生态流量应该是一个水文过程。
3.1.2 正算法原则
人们为了充分利用河水，往往采用将最小生态流量扣除后，其他水量都可以随意使用的方法，即倒算法。最小流量仅仅是生物生存的最小流量，而生物繁衍后代和正常生长需要的流量远远大于生存流量。为保证生态系统的可持续，在考虑生态流量时，首先应充分考虑节水、用水需求管理和废污水处理回用后，再扣除使用水量，剩下的流量才可作为生态流量，即采用正算法。因为在小河或干旱地区确定的生态流量仅仅是生态系统循环需要的最小流量，并不是最佳流量，像长江这样的河流，没有一定的流量，不仅水生生态难以维持，而且河流正常输沙及河流生境维持也会产生问题。
3.1.3 累积影响原则
生态流量不仅在时间上需要连续，在空间分布上也需要连续，上游与下游及河口，干流与支流的生态流量需要衔接和连续。另一方面，上游或支流确定的生态流量过程不仅应该满足本河段的需要，累计起来还要满足下游与河口地区的需要，应该考虑其对水生生物的累积影响。
3.1.4 多因素综合原则
影响生态流量的因素很多，确定的生态流量应该同时满足各因素的合集要求，而且支流应该服从干流，上游应该充分考虑下游及河口需求，而不是采用交集或最小流量的方法。
3.1.5 河道内外综合原则
生态流量的确定不仅需要考虑河道外用水的影响，也要考虑河道内不同的用水方式的影响，如水电站用水虽然不明显消耗水量，但高坝大库显著改变河水的水文过程及水流的物理性质；而径流式水电站虽然不改变水流过程，但过水方式巨变，如产生脱水河段，或大部分水通过压力管道和水轮机，鱼类等水生生物无法存活。
3.2 确定的方法
长江水系复杂，有超过中国1/3的人口和大量水生生物依赖其生存，而且长江水系具有55400km的航道，占中国内河通航里程的48%，同时，长江水系承纳了中国42%的废污水。所以，长江水系生态流量的确定应该从上游到下游、从支流到干流逐条考虑，还要从河口到中上游及支流反复核算，特别需要考虑国家珍稀鱼类和洄游性鱼类的需求。所以，确定长江水系生态流量至少需要考虑表1所示因素，并且应该能够同时满足各种因素，具体方法如下：①收集河流水文、水动力和水化学特性，水生生物、地形地貌及自然景观；②收集河流所在流域经济社会发展、人类河道内外用水、文化及历史资料；③选择河段典型或代表性水生生物，分析其生态特性及生境需要，确定代表性生物需要的基本水流过程；④分析河段造床流量、上滩流量、汛期输沙流量、河岸周边湿地地下水位变化；⑤分析河段废污水稀释、水功能区管理目标和河口水盐平衡等流量，确定规划水平年航运和下游人类生活生产水量等。
由于问题的复杂性，要定量确定生态流量需要做大量工作，建议先采用简易方法，逐步推进。首先选择流域的典型节点进行总体控制。典型节点可以是每条河（支流）河口、控制性水文站点（有系统的水文及水质监测资料）、重大取用水工程（一般都需要进行专题研究）。有了控制节点的成果后，再通过现场调查和观测、空间信息技术、数学和物理模型计算等手段，确定线上（沿河）或面上（流域）的生态流量。一种更简单的方法是采用正算法，在充分考虑高效利用和节水潜力的条件下，扣除人类必要的用水后，将剩余部分作为生态流量。当然剩余流量应该大于常规计算成果。
4 实例分析
4.1 金沙江虎跳峡生态流量
长江第一弯——虎跳峡，由于蕴藏着丰富的水能资源，很早就被规划建设大型水电站，但由于虎跳峡不仅风景独特，而且两岸高山处在国家自然保护区中，需要保护奇特的地质景观，所以，规划中的虎跳峡水电站采用引水式方案。这种设计方案对于枢纽布置、保护峡谷自然景观、水土保持和防止地质灾害等都有很大好处，但需要关注的是大坝至电站出水口河段出现十几公里的减水河段。虎跳峡水电站最大下泄流量为2500，保证出流有1100，这一流量可以满足虎跳峡工程以下河段的生态基流需要。虎跳峡水电站用水属于河道内用水，基本不消耗水量，没有减少金沙江下游的水资源总量，仅改变了河道水流的下泄过程。由于水库的调节作用，枯季还增加了下泄流量，这对于下游地区利用水资源很有好处。所以，总体上，虎跳峡水电站的建设对金沙江下游河道的生态系统不会有太大的影响。关键问题是减水河道需要的生态流量应该留多少？虎跳峡生态流量的主要需求是维持大坝至电站出水口河段河谷的自然景观，维持金沙江河流的连续性，保留水生生物的一条通道。但由于该河段生态流量是从虎跳峡口处的景观电站流出，水生生物通道的作用有限，所以维持峡谷河道的自然景观是确定基流最主要的依据。
金沙江石鼓站多年平均流量1340，极端最小流量为295(1995年2月6日)。为避免电站引水对该河段的影响，规划在上峡口的右岸建一装机为60万kW的景观电站，以维持峡谷河道一定的生态景观流量，初步确定下泄流量为400，这一数值达到了坝址处多年平均流量的30%，接近枯季（1-3月）多年平均流量，从维持河谷自然景观和河流连续性的角度来看，这一流量基本可行。建设景观电站，维持河道基流虽然需要付出一定的代价（经济方面），但在玉龙雪山和哈巴雪山两个自然保护区之间，保留了大峡谷的自然景观，是值得借鉴的。
4.2 雅砻江锦屏生态流量
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州境内雅砻江干流锦屏大河湾上，该电站利用150km长的大河湾产生的310m水头落差，通过17km的引水隧洞引水发电。电站装机容量4800MW，由8台600MW发电机组组成。从水能的充分利用和电站开发的经济指标来看，该处是一个绝佳的坝址，主要问题是产生了119km的减水河段。
雅砻江大河弯地区生物多样性丰富，共有种子植物130科、620属、1178种，植被具有垂直分布特性。在陆生动物方面，有两栖动物11种，隶属6科2目；爬行动物18种，隶属4科2亚目1目；鸟类219种，隶属16目41科；兽类特有和珍稀种类多，食肉目和啮齿目种类多。雅砻江下游有124种鱼类，隶属6目、17科、77属，以鲤形目为主，其中大河弯中有鱼类38种，其中8种为珍稀保护类。
大河弯河段断面为V形，常水位时河道断面宽60～180m，平均约110m；河道最大水深2.5～30m，平均11.5m。该河段不仅有村镇居民生活，而且有铜矿等工业企业，有生活和生产废污水排放。根据该项目水资源论证报告[4]，采用生态模拟法需要30就可以满足鱼类等水生生物需求，采用R2-CROSS法需要的生态流量为45，而采用Tennant法则需要122(多年平均流量为1220)，到底多少合适仍然难以确定。
4.3 岷江上游的生态流量
岷江是长江上游的重要支流，位于四川省中部，分东西两源。东源漳腊河发源于松潘县弓嘎岭，西源潘州河发源于松潘县郎架岭，二源汇于该县元坝乡川主寺，自北向南过松潘、茂县及汶川至都江堰市，出山区而入平原。河源至都江堰为上游，干流全长340km，天然落差3009m，流域面积约为2.2万km[2]，多年平均降水量730～850mm，多年平均流量（紫坪铺站）为450。
岷江上游规划将建35座大、中型水电站，装机容量共5158.7 MW，占岷江（不包括大渡河）可开发水资源的75.16%。表2列出了上游干流和主要支流的水力资源开发情况。从表2可以看出，草坡河和鱼子溪的开发力度最大，这两条河流已经完全开发。开发力度最低的是黑水河，还没有进行开发。总体而言，干流的开发程度比较高，已建水电站5座，装机容量1574.1MW，年发电量83.38亿kW·h；在建水电站3座，装机容量456MW，年发电量26.03亿kW·h。二者占干流可开发水能资源的63.70%，占上游流域可开发资源的39.35%。上游支流已建水电站8座，装机容量共568.3MW，年发电量33亿kW·h，占支流可开发水能资源的41.37%。
岷江上游干流规划18座大中型水电站，其中5座坝式，5座混合式，8座引水式，水电站修建后虽存蓄子汛期的洪水，但却截断了非汛期的基流，改变了天然河道的流量过程，使天然河道水位下降，甚至断流。特别是引水式电站，引水渠首到电站厂房之间的河道，在枯水期，当天然径流量小于电站引水量时，将使减水河段完全断流。如果规划的水电站全部修建，引水管道将达到131.4 km，若按河道长度是引水管道的1.5倍计算，枯水期断流的河道将达到197.1km，占岷江上游河道的57.97%，此时岷江将失去昔日大江奔腾的气势，而成为地下“暗河”。
4.4 长江口的生态流量
长江下游从安徽大通水文站以下至入海口门段全长约640km，为受海潮影响的长江河口地区，大通水文站多年平均流量达28700，多年平均径流量达9051.6亿。长江河口地区虽然水资源总量不少，但70%在汛期，每年12月至次年3月，当大通站流量小于10000时，长江口都会发生程度不同的咸水倒灌问题，影响上海等地取用水。另一方面，长江流域2000年废污水排放量为298.4亿，其中太湖水系废污水排放量就达53.3亿，占整个长江流域的17.9%，而太湖地表水资源量仅占长江流域的1.6%，污染负荷是流域平均水平的10倍以上，如果不是长江干流承担了巨大的纳污量，河口地区水环境将更加恶化。污染还造成了长江口水域生物营养盐逐年升高，形成富营养化，导致赤潮的发生。
长江河口地区2000年总人口为7 327万人，总用水量508.75亿，人均用水量694，当地水资源利用率已经达到121%。如果人口按1.2%增加，到2030年，总人口达到1.048亿，总用水量将达到727亿，当地水资源利用率将达到172%，使该地区更加依赖长江中上游来的客水。
长江干流现有主要港口216个，综合年吞吐通过能力约为4.5亿吨，年客运量为5000多万人次，货运量约3亿吨。长江的航运能力最保守的估计也应相当于10条京广铁路，据此推算，长江的运能应该是30亿吨。也就是说，目前长江的运能仅开发出其应有能力的1/10。目前长三角地区航行船舶有11万艘，载重总吨位达1560万吨，比整个欧洲的内河运力规模还要大。因此，长江的航运用水必须得到保证。根据长江航道管理局的航道公告，要求长江下游航道的维护水深在12月至次年3月期间为4.5m，相应流量约为10500。在95%频率特枯年份的枯水季节，按一级航道标准计算，取3.2m，相应流量约为6000。
长江夹带着大量的营养物质，得天独厚的自然条件造就了长江口地区生物多样性的丰度及生物量均很大，渔业资源丰富。这里不仅是日本鳗鲡、中华绒螯蟹、松江鲈鱼、鲥鱼等名优水产生物的繁衍栖息地，同时也是中华鲟、白鲟、白暨豚、江豚、胭脂鱼等国家级保护动物的栖息地和洄游通道。大量泥沙冲积而成的湿地，正好位于亚太地区候鸟迁徙路线的中点位置，是亚太地区候鸟迁徙路径上补充能量的“驿站”和水禽越冬的理想之地，鸟类资源丰富。然而，随着工业的发展、环境污染以及各种海岸工程的建设，长江口生态环境已失去平衡，河口生态系统全面衰退。
河口最小生态基流的确定是水量分配的前提，根据长江口的特点，必须考虑污水稀释、咸水入侵、水生生物、航运和地方要求等综合因素。经过研究[5]，初步确定的各因素最小需水量见表3。
由表3可以看出，长江口河道内用水各项功能的最小基流不完全一样，从4620到16300不等。对于特枯年枯水季的水量分配，可以采用各因素需要量下限的最大值7550作为河口生态环境需水合理流量下限。而上海市希望，当大通流量小于10000时，应该控制上游取用水，保证上海市用水要求，所以10000可以作为河口河段最小基流的上限。
5 结论
根据研究得出以下结论。
1)生态流量不仅是最小流量，而是一个自然的水文过程，包括洪水过程和枯水过程。
2)没有简单和统一的计算公式或方法可以确定任何河流的环境流量，每条河流都有各自的特性和生态环境敏感问题，应该区别对待。
3)针对特点保护目标（或物种）来确定环境流量或水质管理目标，不一定周全，而保持生物栖息地（或生境）完整性应该更好一些。
4)很难确定一个环境流量阈值。阈值只能针对单因素的目标，而不可能是河流生态系统，自然的才是最好和最合适的，人们不能简单地帮助自然生态系统“武断地”划定几个阈值。
5)由于河流生态与环境的复杂性，人类活动影响的长期性和累积性，在确定河流环境时一定要多留有余地。
由于长江水系生态系统的复杂性和人类利用方式的多样性，其生态流量的确定需要做长期系统的研究，在没有大量基本资料和科学的方法之前，为了流域水资源可持续的利用和维护健康的河流，应该取生态流量的上限为好，而不宜取最小值。