河流生态恢复的目标

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1、河流生态恢复的目标(The Goal of River Ecological Restoration)摘要：水利工程建设一方面给经济社会带来了巨大利益，一方面对于河流生态系统造成了 胁迫。人们在反思中提出如何恢复河流生态系统的问题，以对河流生态系统进行补偿。本 文列举了各国学者对河流生态恢复目标的不同定义，讨论了如何结合我国国情研究和实施 河流生态恢复。 关键词：河流 生态 恢复 胁迫 目标 从上世纪 70 年代开始，水利工程与河流生态系统的关系问题，在国际科技界和工程界就 引起了广泛的关注，成为环境科学领域中的一个热门话题。人们从不同的角度分析了水利 工程对于河流生态系统产生的负面影响，进而

2、提出如何进行补偿的问题，在此基础上产生 了河流生态恢复的理论与工程实践。本文介绍了国际上不同学派对于河流生态恢复的定义， 讨论了如何结合我国国情研究和规划河流生态恢复问题。 一、生态恢复的缘起 1. 历史简要回顾 在数百万年长期进化过程中，自然河流与周围的生物种群交织在一起，形成了复杂、有序、 动态稳定的河流生态系统，依据其自身规律良性运行。人类历史与自然河流历史相比要短 暂得多。比如，据科学家估计长江形成的历史，应追溯到约 300 万年前喜马拉雅山强烈运 动时期。而人类有记载的历史不过几千年，与河流自然年代相比实在微不足道。但是这几 千年人类为了自身的安全与发展，对于河流的进行了大量的人工改

3、造。特别是近一百多年 来利用现代工程技术手段，对河流进行了大规模开发利用，兴建了大量工程设施，改变了 河流的地貌学特征。河流一百年的人工变化超过了数万年的自然演进。有学者估计，至今， 全世界有大约 60的河流经过了人工改造，包括筑坝、筑堤、自然河道渠道化、裁弯取直 等（Brookes,2001） 。据统计，全世界坝高超过 15 米或库容超过 300 万立方米的大坝有 45000 座。其中大约 40000 座大坝是在 1950 年以后建设的。坝高超过 150 米或库容超过 250 亿立方米的大坝有 305 座。 （ICOLD，2000） 。建坝最多的国家依次为中国、美国、前 苏联、日本和印度。

4、一方面，这些工程为人类带来了巨大的经济和社会利益，另一方面却极大改变了河流自然 演进的方向。人们始料未及的是对于河流大规模的改造，造成了对于河流生态系统的胁迫， 导致河流生态系统的不同程度的退化。这种退化也降低了河流生态系统的服务功能，本来 大自然对于人类的恩赐因此而减少，这样反过来又损害了人类自身的利益。 人们开始反思水利工程的功过得失，特别是讨论水利水电工程对于生态系统的负面影响问 题。70 年代在西方国家就出现了反对建设大坝的观点和思潮，称大坝为“河流杀手”。到 20 世纪 80 年代以后，西方国家一些拟建的水利水电工程由于受到社会舆论的猛烈批评，致使 计划终止。一些学者还进一步主张要拆

5、除现存的大坝，还自然河流以本来面目。在 90 年代， 发达国家开始小规模地拆除大坝，比如美国拆除了 180 座小型水坝，计划在 2001 年再拆除 30 座坝。 大规模的调水工程在前苏联也受到致命性的打击。前苏联自 20 世纪 30 年代开始建设大规 模调水工程。至苏联解体为止，相继完成费尔干纳大灌渠（1939） 、北克里木运河（1971） 、 卡霍夫主干渠（1979）和列宁卡拉库姆运河（1980）等近百项规模不等的调水工程，主 要分布在缺水的乌克兰、俄罗斯欧洲部分南部和中亚地区部分。调水线路总长 6000 多公里， 年调水总量高达 861 亿立方米。到 80 年代中期，全国调水工程建设形成高

6、潮，更大的调水 工程还在规划中。但是形势却发生了急剧逆转。1985 年官方准许在媒体上公开批评调水工 程，于是全国范围开展了一场关于调水工程合理性的大辩论。反对派的主要观点是调水工 程存在着潜在的严重生态危机，而决策者和设计者对此问题评估不足。另外，反对派认为在经济上调水工程的是一种挥霍浪费。对于南方干旱地区可以靠工业节水和改造灌溉系统 等多种途径解决缺水问题。反对派中许多作家和知名学者反对调水工程的另外理由是工程 给俄罗斯北部的中世纪城市、教堂、寺庙等历史文化遗产带来损害。在这种形势下，戈尔 巴乔夫领导下的苏共中央和和部长会议于 1986 年 8 月通过一项决议，要求暂停调水工程的 设计工作

7、，授权国家科委等单位组织对于开展水资源再分配的科学问题研究，进行全面经 济和生态研究论证。随后几年，前苏联局势急转直下，到苏联解体后，大规模调水工程计 划也就从此束之高阁。 2水利工程对河流生态系统的胁迫 自然与人类活动对于生态系统造成的压力，生态学中称为胁迫（stress） 。人类活动对于河 流生态系统的胁迫主要来自以下几个方面：（1）工农业及生活污染物质对河流造成污染； （2）从河流、水库中超量引水，使得河流本身流量无法满足生态用水的最低需要；（3） 通过对湖泊、河流滩地的围垦挤占水域面积以及上游毁林造成水土流失，导致湖泊、河流 的退化；（4）在河流的水库中，不适当地引入外来物种造成生物入

8、侵，使乡土种消失和生 态系统水平的退化；（5）水利工程对于生态系统的胁迫。这是一种物理类的胁迫。 水利工程对于河流生态系统的胁迫主要表现在两方面：一是自然河流的渠道化，二是自然 河流的非连续化。 所谓“河流渠道化”是指：（1）平面布置上的河流形态直线化。即将蜿蜒曲折的天然河流 改造成直线或折线型的人工河流或人工河网。 （2）河道横断面几何规则化。把自然河流的 复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面。 （3）河床材料的硬质化。渠道的边坡及 河床采用混凝土、砌石等硬质材料。防洪工程的河流堤防和边坡护岸的迎水面也采用这些 硬质材料。河流的渠道化改变了河流蜿蜒型的基本形态，急流、缓流、弯道及浅滩相

9、间的 格局消失，而横断面上的几何规则化，也改变了深潭、浅滩交错的形势，生境的异质性降 低，水域生态系统的结构与功能随之发生变化，特别是生物群落多样性将随之降低，可能 引起淡水生态系统退化。二是指自然河流的非连续化。筑坝是顺水流方向的河流非连续化。 流动的河流变成了相对静止的人工湖，流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重大变 化。库区内原来的森林、草地或农田统统淹没水底。陆生动物被迫迁徙。水库形成后也改 变了原来河流营养盐输移转化的规律。由于水库截留河流的营养物质，气温较高时，促使 藻类在水体表层大量繁殖，产生水华现象。藻类蔓延遮盖住大植物的生长使之萎缩，而死 亡的藻类沉入水底，在那里腐烂的同

10、时还消耗氧气。溶解氧含量低的水体会使水生生物“窒 息而死”。由于水库的水深高于河流，在深水处阳光微弱，光合作用也弱，导致水库的生态 系统比河流的生物生产量低，相对要脆弱，自我恢复能力弱。河流泥沙在水库淤积，而大 坝以下清水下泄又加剧了对河道的冲蚀，这些变化都大幅度改变了生境。由于靠水库进行 人工径流调节，改变了自然河流年内丰枯的水文周期规律，即改变了原来随水文周期变化 形成脉冲式河流走廊生态系统的基本状况。最后，众所周知，不设鱼道的大坝对于洄游鱼 类是不可逾越的障碍。另一类非连续性是由于筑堤引起的。堤防也有两面性。一方面起防 洪作用，另一方面又妨碍了汛期主流与岔流之间的沟通，阻止了水流的横向扩

11、展，形成另 一种侧向的水流非连续性。堤防把干流与滩地和洪泛区隔离，使岸边地带和洪泛区的栖息 地发生改变。原来可能扩散到滩地和洪泛区的水、泥沙和营养物质，被限制在堤防以内的 河道内。植被面积明显减少。鱼类无法进入滩地产卵和觅食，也失去了躲避风险的避难所。 鱼类、无脊椎动物等大幅度减少，导致滩区和洪泛区的生态功能退化。 二、 河流生态恢复和生态工程学的定义 人们对于水利工程给河流生态系统带来的胁迫进行反思和总结以后，认为应该缓解对河流 生态系统的压力，对于各种胁迫因素给予补偿，恢复河流原有面貌，于是出现了“河流恢复” 的概念和相应工程技术。美国土木工程师协会对于“河流恢复”有以下定义：“河流恢复是

12、这样一种环境保护行动，其目的是促使河流系统恢复到较为自然的状态，在这种状态下，河 流系统具有可持续特征，并可提高生态系统价值和生物多样性。 ”（ASCE，2003） 河流生态恢复是生态工程学的一个分支。所谓生态工程学是 20 世纪 80 年代开始，为促进 工程学与生态学相结合形成的一门新兴的交叉学科。1989 年 Mitsch 等对于“生态工程学” （Ecological engineering） 给出定义，Mitsch 有时也使用 “生态技术”（Ecotechnology）一 词。1993 年美国科学院所主办的生态工程研讨会上根据 Mitsch 的建议，对“生态工程学”定 义为：“将人类社会

13、与其自然环境相结合，以达到双方受益的可持续生态系统的设计方法。 ” 生态工程学的范围很广，包括河流、湖泊、湿地、矿山、森林、土地及海岸等的生态建设 问题。 1. 河流生态恢复的目标 在“河流生态恢复”的目标方面，学术界存在着不同的表述，这些表述也反映了不同的学术 观点，从过程、目标到相关措施都有很大的差别。对于河流生态恢复定义有以下主要表述：“完全复原” (Full restoration， Cairns,1991)，定义为“使生态系统的结构和功能完全恢复到 干扰前的状态”。完全复原首先是河流地貌学意义上的恢复，这就意味着拆除大坝和大部分 人工设施以及恢复原有的河流蜿蜒性形态。然后，在物理系统

14、恢复的基础上促进生物系统 的恢复。 “修复”（Rehabilitation） ，定义为“部分地返回到生态系统受到干扰前的结构和功能”。 “增强”， （Enhancement，National Research Council 1992） ，定义为“环境质量有一定程度的 改善”。 “创造”， （Creation，National Research Council，1992） ，定义为“开发一个原来不存在的新 的河流生态系统，形成新的河流地貌和河流生物群落”。 “自然化”（Naturalization，Rhoads and Herricks，1990） 。 “自然化”的出发点是，由于人类对 于水资

15、源的长期开发利用，已经形成了一个新的河流生态系统，而这个系统与原始的自然 动态生态系统是不一致的。在承认人类对于水资源利用的必要性同时，强调要保护自然环 境质量。通过河流地貌及生态多样性的恢复，达到建设一个具有河流地貌多样性和生物群 落多样性的动态稳定的、可以自我调节的河流系统。 对应不同的恢复目标，采取不同的措施。概括各种措施不外以下几种：（1）人工直接干 预。 通过人工栽种植被，改变植被结构，引进某些生物以达到生态恢复的目标。 （2）自然 恢复。主要依靠生态系统自我设计、自我组织、自我修复和自我净化的功能，达到生态恢 复目标。 （3）增强恢复。是介于以上两种方法的中间路线。在初期的物质和能

16、量的投入基 础上，靠生态系统自然演替过程和河流侵蚀与泥沙输移实现恢复目标。 上述几种恢复目标中，实现“创造”这种目标，主要靠人工直接干预。其余几种目标依靠增 强恢复和自然恢复，不过侧重点有所不同。 2各种恢复目标的异同 上述几种生态恢复目标存在着共同点。首先，都是从河流生态系统的整体性出发，确定恢 复的着眼点是河流生态系统的结构和功能。研究表明，在一个淡水水域中，各类生物相生 相克，形成了复杂的食物链（网）结构。一个物种类型丰富而数量又均衡的食物网结构， 其抵抗外界干扰的承载力高，生态功能（如能量流动、物质循环、物种流动等）也会趋于 完善和健康。其次，各种恢复目标都把生物群落多样性作为恢复程度的主要衡量标准，而 不是仅仅恢复岸边植被或恢复某些单一物种。最后，从生物群落多样性与河流生境的统一 性原理出发，都强调恢复工程要遵循河流地貌学原理。 至于几种恢复目标的差别，一些学者对于“完全恢复”这种目标提出置疑。到底恢复到什么 历史时期的状况？几十年前抑或几百年年前？由于缺乏河流干扰前的地图、文字或其它图象等科学资料，所以弄清楚干扰前的河流状况是十分困难的。何况在近代社会人