水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究進(jìn)展

郭文獻(xiàn) 王艷芳 彭文啟 付意成

摘要：水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)恢復(fù)研究中的熱點(diǎn)問題。綜合分析了水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，指出了水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究存在的問題，提出了水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究的發(fā)展方向，認(rèn)為今后水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究還需在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度理論框架體系、水庫(kù)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)定量化研究、水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度優(yōu)化和模擬技術(shù)研究、梯級(jí)水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方案效果評(píng)價(jià)研究以及水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理體制等方面進(jìn)一步加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；生態(tài)調(diào)度；生態(tài)修復(fù)；河流管理

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2016）04-0084-07

Abstract：The research on reservoir ecological operation is a hotspot problem in the current river ecological restoration research field.The connotation of reservoir ecological operation was introduced firstly.Based on the concept of reservoir ecological operation，the domestic and foreign research advances of reservoir ecological operation were reviewed.Aiming at the main existent problems in this field，the future development trends of reservoir ecological operation research were put forward.It is suggested that the further study of reservoir ecological operation should be emphasized on aspects of the theoretical framework system，quantitative objectives of ecological operation，multi-objective optimization and simulation technology，effect evaluation of operation schemes and the management system of reservoir ecological operation.It provides the reference for carrying out multi-objective ecological operation of reservoirs in the future.

Key words：reservoir；ecological operation；ecological restoration；river management

水電工程建設(shè)在推動(dòng)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)，也對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響，主要表現(xiàn)為：河道萎縮，洪泛區(qū)面積減少；水生生物生境破壞，鳥類數(shù)量和物種較少；洄游性魚類數(shù)量減少，甚至消失；海水入侵，河口生態(tài)環(huán)境惡化；外來物種入侵等[1-5]。水電工程建設(shè)引起的河流生態(tài)問題已引起了相關(guān)專家學(xué)者的重視[4-5]，國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)研究表明，通過工程措施、生物措施和管理措施可在一定程度上避免或減輕這些問題[6-7]，其中開展水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大型河流生態(tài)恢復(fù)中的一項(xiàng)重要舉措[8-9]。

1 水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度內(nèi)涵

水庫(kù)生態(tài)調(diào)度是水庫(kù)調(diào)度發(fā)展的最新階段，也是河流管理最新理念的體現(xiàn)。水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的目標(biāo)，是以維持河流健康可持續(xù)發(fā)展為總目標(biāo)，其中包括維持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性、生物多樣性、生物可持續(xù)性等[10]。綜合考慮國(guó)內(nèi)外水庫(kù)生態(tài)調(diào)度相關(guān)論述，認(rèn)為水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，即以河流健康可持續(xù)為目標(biāo)，通過工程措施和非工程措施，調(diào)整水庫(kù)泄水方案，在充分發(fā)揮水庫(kù)的防洪和發(fā)電等效益的同時(shí)，減緩水庫(kù)調(diào)度對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的不利影響。水利工程建設(shè)所帶來的河流系統(tǒng)生態(tài)問題十分復(fù)雜，要解決其生態(tài)問題，必須將河流系統(tǒng)整體進(jìn)行考慮，不是僅僅靠生態(tài)調(diào)度能夠完全解決的。水庫(kù)生態(tài)調(diào)度相關(guān)措施不可能解決所有的生態(tài)問題，只是在一定程度上緩解河流系統(tǒng)的生態(tài)損害。水庫(kù)生態(tài)調(diào)度作為河流生態(tài)恢復(fù)一種手段，主要是針對(duì)流域水資源利用導(dǎo)致的生態(tài)受損進(jìn)行修復(fù)，通過調(diào)整閘壩調(diào)度規(guī)程的方法，來彌補(bǔ)或減緩對(duì)河流系統(tǒng)造成的生態(tài)環(huán)境問題[11]。要在水資源開發(fā)利用的同時(shí)保護(hù)好河流生態(tài)系統(tǒng)，還需要開展多種河流生態(tài)修復(fù)措施，維持河流健康可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人水真正和諧。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 國(guó)外研究進(jìn)展

在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度理論框架研究方面，其中Richter等（2003）提出了一個(gè)生態(tài)可持續(xù)水資源管理規(guī)程，該程序包括六個(gè)步驟：（1）首先初步研究能維持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性的關(guān)鍵點(diǎn)；（2）考慮到當(dāng)前以及未來人類活動(dòng)對(duì)水資源的利用情況，采用水文模擬模型研究人類活動(dòng)（如水庫(kù)建設(shè)）對(duì)河流水流情勢(shì)的影響；（3）評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的不利影響；（4）共同協(xié)商尋找解決問題的辦法；（5）綜合考慮人類和生態(tài)需要，指導(dǎo)水資源管理解決不確定性問題；（6）設(shè)計(jì)并且執(zhí)行一個(gè)長(zhǎng)期的生態(tài)可持續(xù)水資源管理規(guī)劃[8]。Richter等提出了通過水庫(kù)生態(tài)調(diào)度（re-operation）來恢復(fù)河道環(huán)境流量，并且提出一個(gè)評(píng)價(jià)框架用于水庫(kù)生態(tài)調(diào)度問題研究，該評(píng)價(jià)框架能夠綜合分析水庫(kù)生態(tài)調(diào)度產(chǎn)生的生態(tài)效益[9]。Jager等[10]研究了如何開展水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，既能保證水庫(kù)水力發(fā)電，又能保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，同時(shí)提出了三個(gè)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)，一是保證魚類棲息地水流條件，二是維持近自然水流情勢(shì)，三是維持魚類種群健康水流條件。

在保障水庫(kù)下游河流生態(tài)流量開展水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究方面，其中Symphorian等[11]研究了津巴布韋奧斯本大壩生態(tài)調(diào)度問題，采用桌面模型評(píng)價(jià)環(huán)境需水量，進(jìn)而在水庫(kù)調(diào)度和水資源分配中考慮環(huán)境下泄流量。Ripo等[12]提出了年流量歷時(shí)曲線方法，該方法能夠提供水庫(kù)不同供水量方案，同時(shí)保證河流相似的年流量歷時(shí)曲線，有效地保證了維持河流生態(tài)系統(tǒng)的最小需水量。Shiau等以水文整體改變程度作為生態(tài)目標(biāo)，采用一種動(dòng)態(tài)妥協(xié)規(guī)劃算法計(jì)算多目標(biāo)調(diào)度問題，協(xié)調(diào)水資源利用在生態(tài)和人類需要之間的矛盾；在另外一篇文獻(xiàn)中，提出以水庫(kù)供水缺水率和水文整體改變程度作為調(diào)度目標(biāo)，采用多目標(biāo)遺傳算法求得最佳調(diào)度方案[13-14]。Bednarek等[15]研究了通過修改田納西河流大壩調(diào)度方式，來減緩其帶來的不利影響，其中1991年-1996年，田納西河流域管理局（TVA）對(duì)其管理的20個(gè)水庫(kù)通過提高水庫(kù)最小下泄水量及水質(zhì)，優(yōu)化了水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式。Harman 等[16]研究了澳大利亞Thomson河流環(huán)境流量，并建立了水庫(kù)調(diào)度模型模擬分析了不同下泄流量以滿足下游河道環(huán)境流量需求。Konrad等[17]綜合評(píng)述了美國(guó)的可持續(xù)河流項(xiàng)目（Sustainable Rivers Project），該項(xiàng)目是由美國(guó)TNC和陸軍工程兵團(tuán)（USACE）合作，選擇了11條河流上26座水庫(kù)，通過開展調(diào)整水庫(kù)調(diào)度方式以恢復(fù)生態(tài)流量的試驗(yàn)研究，該項(xiàng)目于2002年開始，致力于恢復(fù)天然水文情勢(shì)、保護(hù)水生生物和河岸植被生境，從而維持河流健康可持續(xù)。

在保障水庫(kù)下游水生生物生態(tài)需求方面開展了相關(guān)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究。其中King等[18]研究通過調(diào)整南非Clanwilliam大壩在黃魚產(chǎn)卵期（10月-次年1月）的下泄流量，人為制造洪水以增加下游魚類的產(chǎn)卵量，同時(shí)考慮下泄水溫對(duì)魚類產(chǎn)卵的影響。 Susan等[19]針對(duì)美國(guó)科羅拉多河上的格倫峽大壩對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，采取加大春季洪水下泄流量以及分層取水的方法，滿足下游棲息地的流量需要，分別于1996年和2000年進(jìn)行春季泄洪試驗(yàn)，模擬建壩前的自然水文模式，達(dá)到輸沙、恢復(fù)生境和保護(hù)魚類等綜合效果。Bovee等[20]提出綜合水量平衡模型和洪水災(zāi)害曲線方法，模擬計(jì)算6種洪水泄水方案，用來恢復(fù)天然狀況下的洪水脈沖事件，改變密西西比河流域上游的魚類種群以及植物生存狀況。Johnson等[21]提出采用修改大壩調(diào)度的方法減緩下泄水流水體過飽和對(duì)下游魚類的不利影響，并對(duì)魚類氣泡病進(jìn)行了相關(guān)研究。King等[22]研究了澳大利亞墨累河適應(yīng)性管理問題，在魚類的產(chǎn)卵期和幼魚生長(zhǎng)期，通過增加水庫(kù)下泄洪峰流量以及洪水持續(xù)時(shí)間，恢復(fù)洪水脈沖，以保證下游魚類產(chǎn)卵繁殖需求。Lessard等[23]針對(duì)新西蘭Opuha大壩下游藻類繁殖影響河流生態(tài)安全，實(shí)施了大壩生態(tài)調(diào)度措施，適當(dāng)加大大壩下泄流量進(jìn)而破壞藻類發(fā)生水華的生境條件從而降低水華發(fā)生概率。Gates等[24]研究了美國(guó)愛達(dá)荷州Snake河流上大壩生態(tài)調(diào)度問題，通過調(diào)整大壩調(diào)度方式，適當(dāng)增加季節(jié)性枯水流量，可以提高下游底棲生物群落的棲息地可利用性。根據(jù)相關(guān)研究，認(rèn)為具有洪水和流量脈沖的天然水流情勢(shì)對(duì)河流生物多樣性和生態(tài)完整性具有重要作用，通過調(diào)整水庫(kù)下泄流量，提高水庫(kù)下游水生生物生境質(zhì)量，進(jìn)而提高水庫(kù)下游水生生物產(chǎn)卵繁殖量以及生長(zhǎng)需求。

在水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究方面，主要在考慮水庫(kù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)目標(biāo)同時(shí)兼顧河流生態(tài)目標(biāo)，國(guó)外開展了大量相關(guān)研究。Chaves等[25]采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了水庫(kù)下泄流量與水庫(kù)的水質(zhì)指標(biāo)的響應(yīng)關(guān)系模型，并將水沙、水質(zhì)的量化關(guān)系模型嵌入到水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型中，構(gòu)建了水庫(kù)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。Suen等[26]以Shihmen水庫(kù)調(diào)度為例，將水流情勢(shì)的天然變化作為生態(tài)目標(biāo)，利用模糊集方法進(jìn)行量化處理，與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)一起構(gòu)成多目標(biāo)優(yōu)化模型，利用多目標(biāo)遺傳算法（NSGA-Ⅱ）進(jìn)行求解，通過對(duì)水庫(kù)的調(diào)度線進(jìn)行優(yōu)化處理，得出滿足生態(tài)和滿足人類需求的最佳調(diào)度方案。Halleraker等[27]在研究挪威Surna河流上水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究中，提出了采用水力-生境模型、IHA方法、生境分析、水溫模擬綜合分析的方法評(píng)價(jià)環(huán)境流量，然后調(diào)整水庫(kù)調(diào)度方案，以提高水庫(kù)下游鮭魚生境質(zhì)量。Field[28]研究了美國(guó)薩克拉曼多的Folsom水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度問題，該研究考慮了發(fā)電、供水以及水庫(kù)下泄水溫3個(gè)目標(biāo)，采用多目標(biāo)進(jìn)化算法和一維水庫(kù)水溫模型進(jìn)行求解，取得了滿意解。Steinschneider等[29]提出了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型用于美國(guó)康涅狄格河流域水庫(kù)調(diào)度中，該模型綜合考慮了水庫(kù)防洪、發(fā)電、供水、娛樂以及下游河流生態(tài)流量等目標(biāo)，結(jié)果表明通過改進(jìn)調(diào)度方式，保證了防洪與水庫(kù)下游生態(tài)安全。

根據(jù)對(duì)國(guó)外水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究成果可知，以美國(guó)、澳大利亞為代表的一些國(guó)家，在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究實(shí)踐方面相對(duì)較早。在生態(tài)調(diào)度研究?jī)?nèi)容方面主要包括：（1）解決水庫(kù)庫(kù)區(qū)污染物集聚、泥沙淤積以及水溫層化問題；（2）解決水庫(kù)清水下泄以及溶解氧過飽和問題；（3）解決水庫(kù)下游魚類產(chǎn)卵場(chǎng)生境、洪泛區(qū)以及河口生態(tài)問題。水庫(kù)蓄水所帶來的河流系統(tǒng)的生態(tài)問題十分復(fù)雜。過去水庫(kù)調(diào)度采用單一生態(tài)目標(biāo)調(diào)度方式難以達(dá)到維護(hù)河流健康要求，水庫(kù)調(diào)度必須從河流系統(tǒng)整體出發(fā)，綜合考慮水庫(kù)引起的多方面問題，采用多學(xué)科結(jié)合研究、多管理部門參與的方式，制定科學(xué)合理的調(diào)度方案。當(dāng)前正在進(jìn)行的改進(jìn)水庫(kù)調(diào)度方式實(shí)踐如美國(guó)的可持續(xù)河流工程項(xiàng)目和澳大利亞的恢復(fù)墨累河活力項(xiàng)目最為典型[30]。

2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究實(shí)踐方面相對(duì)較晚，從2000年以來，我國(guó)在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度理論方面進(jìn)行了大量研究，同時(shí)，相關(guān)專家學(xué)者相應(yīng)在各大領(lǐng)域開展了生態(tài)調(diào)度實(shí)踐研究[31，32]，對(duì)我國(guó)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度開展具有指導(dǎo)作用。 在理論探討方面，索麗生[33]提出水利工程的優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)該由慣常的“技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)”改變?yōu)樯鷳B(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益統(tǒng)籌兼顧，強(qiáng)調(diào)人與自然和諧共處。水利部原部長(zhǎng)汪恕誠(chéng)[34]提出了要積極探索水利工程有利于生態(tài)的調(diào)度和使用模式。蔡其華[35]提出了充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)，完善水庫(kù)調(diào)度方式，并且針對(duì)三峽工程生態(tài)問題，提出了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度基本思路和相關(guān)對(duì)策措施，保證水庫(kù)的防洪、發(fā)電、灌溉、供水、航運(yùn)、旅游等各項(xiàng)功能，使水庫(kù)對(duì)壩下游生態(tài)和庫(kù)區(qū)水環(huán)境造成的負(fù)面影響控制在可承受的范圍內(nèi)，并逐步修復(fù)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)。董哲仁等[36]針對(duì)現(xiàn)行水庫(kù)調(diào)度存在的生態(tài)問題，分別從維持河流生態(tài)流量等7個(gè)方面論述了水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度技術(shù)方法。2005年12月在北京召開的《通過改進(jìn)水庫(kù)調(diào)度以修復(fù)河流下游生態(tài)系統(tǒng)》研討會(huì)，為水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究指出了方向。尹正杰等[37]分析了長(zhǎng)江流域開展生態(tài)調(diào)度存在問題，指出了科學(xué)合理管理體制是實(shí)施流域內(nèi)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理的關(guān)鍵，并初步構(gòu)建了長(zhǎng)江流域梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理體制。蔣曉輝[38]針對(duì)黃河干流水庫(kù)運(yùn)行所引起的生態(tài)問題，提出了黃河干流水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的總體框架。魯春霞等[39]綜合論述了國(guó)內(nèi)外水利工程生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)調(diào)度研究的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，指出了我國(guó)水利工程生態(tài)調(diào)度研究中存在問題與方向。郜國(guó)明等[40]提出了小浪底水庫(kù)生態(tài)調(diào)度總體構(gòu)想，包括其內(nèi)涵、總體目標(biāo)以及具體措施。

在生態(tài)調(diào)度實(shí)踐研究方面。鄧云等[41]研究通過調(diào)整溪洛渡電站春季下泄水流方式，改變下泄水流水溫，保護(hù)下游魚類產(chǎn)卵繁殖。鈕新強(qiáng)等[42]探討了三峽工程生態(tài)調(diào)度問題，主要針對(duì)改善長(zhǎng)江口咸潮入侵情勢(shì)的調(diào)度及有利于“四大家魚”（青魚、草魚、鰱魚和鳙魚）產(chǎn)卵提出建議。胡和平等[43]提出了基于生態(tài)流量過程線的水庫(kù)調(diào)度方式，將生態(tài)流量過程線作為水庫(kù)調(diào)度流量變化的約束條件之一，建立了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模型。郭文獻(xiàn)[44]研究了基于河流健康水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模式，針對(duì)三峽梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度，考慮三峽水庫(kù)下游河道環(huán)境流量以及中華鱘和四大家魚產(chǎn)卵繁殖情況，提出了三峽梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)，建立三峽梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模型，并進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，最后提出了生態(tài)調(diào)度措施方案，為三峽梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度提供了參考。諸葛亦斯[45]考慮到錦屏二級(jí)電站對(duì)下游魚類棲息地的影響，將梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度和電力優(yōu)化調(diào)度結(jié)合起來，提出了梯級(jí)水庫(kù)中長(zhǎng)期生態(tài)調(diào)度方案。陳秀銅[46]從保護(hù)雅礱江錦屏一級(jí)水電站下游魚類產(chǎn)卵繁殖角度，開展了調(diào)整水庫(kù)調(diào)度方式改變下泄低溫水，保證魚類產(chǎn)卵繁殖的研究。王俊娜[47]以長(zhǎng)江三峽工程調(diào)度為對(duì)象，綜合防洪、發(fā)電、航運(yùn)和生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，構(gòu)建了三峽水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度模型，制定了長(zhǎng)江枯水期和汛期的生態(tài)調(diào)度方案。趙越[48]針對(duì)長(zhǎng)江中游生境改善與修復(fù)的需求，考慮生態(tài)系統(tǒng)、四大家魚產(chǎn)卵、中華鱘產(chǎn)卵的生態(tài)需水量及防止氣體過飽和與河口咸潮入侵發(fā)生的臨界流量，建立了以生態(tài)缺水量最小及年發(fā)電量最大為目標(biāo)的水庫(kù)多目標(biāo)調(diào)度模型，采用智能優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行求解。金鑫[49]采用聚合水庫(kù)調(diào)度圖及供水量分解系數(shù)作為調(diào)度規(guī)則標(biāo)度，結(jié)合大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論構(gòu)建了供水水庫(kù)群聯(lián)合生態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型，并采用自適應(yīng)遺傳算法（AGA）、逐次優(yōu)化法（POA）作為求解工具，對(duì)溁河下游潘家口、大黑汀、桃林口3水庫(kù)聯(lián)合生態(tài)調(diào)度規(guī)則進(jìn)行了優(yōu)化研究。

從2000年我國(guó)黃河、珠江、嫩江、海河、太湖、淮河各大流域都陸續(xù)開展了不同目的的生態(tài)調(diào)度實(shí)踐研究，并取得良好的社會(huì)與生態(tài)效益，其中黃河小浪底的水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，利用人造洪峰輸沙入海，減輕下游河道淤積，補(bǔ)償生態(tài)流量[50]。在2001年-2006年，塔里木河先后進(jìn)行了8次向下游生態(tài)應(yīng)急輸水，通過沿河道輸水，提高了兩岸附近地下水位，拯救了河道兩岸的天然植被。另外，珠江流域?qū)嵤┝藟合萄a(bǔ)淡應(yīng)急調(diào)水的全流域水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度。2011年6月長(zhǎng)江防總開展了首次生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，促進(jìn)了“四大家魚”的自然繁殖，這是中國(guó)首次針對(duì)魚類自然繁殖而實(shí)施的生態(tài)調(diào)度，拓展三峽工程綜合效益，提升三峽工程服務(wù)能力的需要[51]。2012年、2013年和2014年，三峽水庫(kù)又相繼實(shí)施了4次試驗(yàn)性生態(tài)調(diào)度，并同步開展了典型江段魚類早期資源、水文及環(huán)境要素等監(jiān)測(cè)工作，通過四大家魚卵苗監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，生態(tài)調(diào)度對(duì)四大家魚自然繁殖起到了一定促進(jìn)作用[52-53]。長(zhǎng)江流域管理部門為了下游四大家魚產(chǎn)卵繁殖，2010年以來連續(xù)幾年在四大家魚產(chǎn)卵期開展生態(tài)調(diào)度研究，取得了良好效果。

根據(jù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，可知：（1）目前我國(guó)生態(tài)調(diào)度理論上還缺乏嚴(yán)格和統(tǒng)一的定義，水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的概念內(nèi)涵理解還比較模糊，基礎(chǔ)研究滯后；（2）在沒有提出生態(tài)調(diào)度概念之前，過去一些研究學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但這些研究都是獨(dú)立的，考慮生態(tài)問題比較片面單一，主要通過增水以改善水質(zhì)，缺乏明確的生物保護(hù)對(duì)象，沒有從河流生態(tài)系統(tǒng)整體去研究水庫(kù)生態(tài)調(diào)度問題；（3）目前水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究在理論探討方面居多，在生態(tài)調(diào)度實(shí)踐方面由于眾多因素，仍然未能在大范圍進(jìn)行開展。因此，今后，我國(guó)應(yīng)該大量開展相關(guān)研究，通過科學(xué)的論證和研究，探索出符合中國(guó)國(guó)情、有利于河流生態(tài)健康發(fā)展的水利工程生態(tài)調(diào)度模式，是未來必然的發(fā)展趨勢(shì)。

3 水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究方向

（1）水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度框架體系構(gòu)建。

開展水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度需要建立一套行之有效的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的理論框架體系，包括水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的理論基礎(chǔ)、技術(shù)手段、對(duì)策機(jī)制和評(píng)價(jià)體系。其研究理論基礎(chǔ)包括河流生態(tài)系統(tǒng)理論、河流生態(tài)恢復(fù)理論、河流水流情勢(shì)理論、河流環(huán)境流量理論、生態(tài)補(bǔ)償理論以及生態(tài)安全理論；從河流系統(tǒng)整體角度考慮，探討水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的工程技術(shù)措施和非工程措施，其中工程措施主要包括為減小筑壩對(duì)洄游魚類過壩的影響而建立相應(yīng)的保護(hù)工程，提高下游河道最小流量以及溶解氧濃度等；非工程措施主要包括保障水庫(kù)下游河流生態(tài)系統(tǒng)合理的環(huán)境流量，控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，魚類產(chǎn)卵期增加洪峰流量等措施。

（2）水庫(kù)調(diào)度中生態(tài)目標(biāo)定量化。

兼顧生態(tài)的水庫(kù)多目標(biāo)調(diào)度方法是一個(gè)非線性、多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化決策問題。河流功能的多重性和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及人們對(duì)河流健康認(rèn)同的不完整性、不確定性，導(dǎo)致河流管理生態(tài)目標(biāo)的多樣性，包括保護(hù)水生生物、控制有害物種、改善水質(zhì)、泥沙輸移、河口生態(tài)維持等。開展水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究，首先必須確定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的目標(biāo)，其中目標(biāo)定量化是將來的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。根據(jù)河流管理的生態(tài)目標(biāo)，建立生態(tài)目標(biāo)與水流特性之間的關(guān)系，明確水庫(kù)調(diào)度水量大小和時(shí)間，同時(shí)鑒于水庫(kù)生態(tài)調(diào)度中生態(tài)目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)存在用水矛盾，如何耦合生態(tài)目標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，協(xié)調(diào)三者之間關(guān)系，也是將來研究重點(diǎn)。

（3）水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度優(yōu)化和模擬技術(shù)。

綜合分析優(yōu)化和模擬技術(shù)在水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度中的應(yīng)用，利用水動(dòng)力水質(zhì)模型以及水生生物模擬模型來建立系統(tǒng)物理特性的約束條件，利用優(yōu)化模型解決總體的調(diào)度問題，采用模擬和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合的方法，綜合考慮水庫(kù)群調(diào)度的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)目標(biāo)，建立梯級(jí)水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度優(yōu)化模擬模型，并研究進(jìn)化算法在水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度研究中的應(yīng)用，也是將來研究方向。

（4）水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方案效果評(píng)價(jià)。

開展水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度研究，調(diào)度實(shí)施后，確定是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，必須開展生態(tài)調(diào)度方案效果評(píng)價(jià)研究。其中，必須建立一套行之有效的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，同時(shí)考慮水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案監(jiān)測(cè)情況，對(duì)生態(tài)調(diào)度方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇合理調(diào)度方案。

（5）水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理體制。

目前，生態(tài)調(diào)度從理解認(rèn)識(shí)到貫徹實(shí)施還存在相當(dāng)?shù)睦щy，開展水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，需要建立一套流域梯級(jí)水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度管理體制機(jī)制。生態(tài)調(diào)度缺乏明確的制度約束，加之生態(tài)調(diào)度與傳統(tǒng)的興利調(diào)度一定程度上存在矛盾和沖突，在這種情況下，生態(tài)調(diào)度將缺乏實(shí)施動(dòng)力。因此，建立以河流健康管理為理念的水庫(kù)調(diào)度適應(yīng)性管理體制，以保障河流有效開發(fā)。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] PETTS G E.Impounded rivers：perspective for ecological management[M].Chichester（UK）：John Wiley and & Sons，1984.

[2] KINGSFORD R T.Ecological impacts of dams，water diversions and river management on floodplain wetlands in Australia[J].Austral Ecology 2000，25（2）：109-127.

[3] 毛戰(zhàn)坡，王雨春，彭文啟，等.筑壩對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展，2005，16（1）：134-140.（MAO Zhan-po，WANG Yu-chun，PENG Wen-qi，et al.Advances in effects of dams on river ecosystem[J].Advances in Water Science，2005，16（1）：134-140 （in Chinese））

[4] 郭文獻(xiàn)，夏自強(qiáng)，王遠(yuǎn)坤，等.三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（4）：554-559.（GUO Wen-xian，XIA Zi-qiang，WANG Yuan-kun，et al.Ecological operation goals for Three Gorges Reservoir[J].Advances in Water Science，，2009，20（4）：554-559.（in Chinese））

[5] 潘明祥.三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)研究[D].上海：東華大學(xué)，2011.（Pan Min-xiang.Ecological operation goals for Three Gorges Reservoir[D].Shanghai：Donghua University，2011.（in Chinese））

[6] 呂新華.大型水利工程的生態(tài)調(diào)度[J].科技進(jìn)步與對(duì)策，2006，7：129-131.（LYU Xin-hua.Ecological Operation for large hydraulic engineering[J].Science & Technology Progress and Policy，2006，7：129-131（in Chinese））

[7] 董哲仁.筑壩河流的生態(tài)補(bǔ)償[J].中國(guó)工程科學(xué)，2006，8（1）：5-10.（DONG Zhe-ren.Ecological compensations for dammed rivers[J].Engineering Science，2006，8（1）：5-10（in Chinese））

[8] Richter B D，Mathews R，Harrison D L，et al.Ecologically sustainable water management：managing river flows for ecological integrity[J].Ecological Applications，2003，13（1）：206-224.

[9] Richter B D，Thomas G A.Restoring environmental flows by modifying dam operations[J].Ecology and Society，2007，12（1）：12.

[10] Jager H I，Smith B T.Sustainable reservoir operation：can we generate hydropower and preserve ecosystem values[J].River Research and Applications，2008，24（3）：340-352.

[11] Symphorian G R，Madamombe E，Zaag，P.Dam operation for environmental water releases；the case of Osborne dam，Save catchment，Zimbabwe[J].Physics and Chemistry of the Earth，2003，28：985-993.

[12] Ripo G C，Jacobs J M，Good J C.An algorithm to integrate ecological indicators with streamflow withdrawals[C].World Water and Environmental Resources Congress，Philadelphia，Pennsylvania，USA.2003.

[13] Shiau J T，Wu F C.A dynamic corridor-searching algorithm to seek time-varying instream flow releases for optimal weir operation：comparing three indices of overall hydrologic alteration[J].River Research and Applications，2007，23：35-53.

[14] Shiau J T，Wu F C.Pareto-optimal solutions for environmental flow schemes incorporating the intra-annual and interannual variability of the natural flow regime[J].Water Resources Researches，2007，43（6）：1-12.

[15] Bednarek A T，Hart D D.Modifying dam operations to restore rivers：ecological responses to Tennessee River dam mitigation[J].Ecological Applications，2005，15（3）：997-1008.

[16] Harman C，Stewardson M.Optimizing dam release rules to meet environmental flow targets[J].River Research and Applications，2005，21：113-129.

[17] Konrad，C P，Warner，A；Higgins J V.Evaluating dam re-operation for freshwater conservation in the Sustainable Rivers Project[J].River Research and Applications，2011，28 （6）：777-792.

[18] King J，Cambray J A，Impson N D.Linked effects of dam-released floods and water temperature on spawning of the Clanwilliam yellowfish Barbus capensis[J].Hydrobiologia，1998，384：245-265.

[19] Susan J H，Stevens L E.Experimental flood effects on the limnology of Lake Powell reservoir，southwestern USA[J].Ecological Applications，2001，11（3）：644-656.

[20] Bovee K D，Scott M L.Implications of flood pulse restoration for populus regeneration on the upper Missouri river[J].River Research and Applications，2002，18（287-298）.

[21] Johnson E L，Clabough T S，Peery C A，et al.Estimating adult Chinook salmon exposure to dissolved gas supersaturation downstream of hydroelectric dams using telemetry and hydrodynamic models[J].River Research and Applications，2007，23：963-978.

[22] King A J，Ward K A，Connor O P，et al.Adaptive management of an environmental watering event to enhance native fish spawning and recruitment[J].Freshwater biology，2010，55（1）：17-31.

[23] Lessard，J，Hicks，D.M，Snelder，TH.Dam Design can Impede Adaptive Management of Environmental Flows：A Case Study from the Opuha Dam，New Zealand[J].Environmental Management，2013，51 （2）：459-473.

[24] Gates，K K，Kerans，B L.Habitat use of an endemic mollusc assemblage in a hydrologically altered reach of the Snake River，Idaho，USA[J].River Research and Applications，2014.30（8）：976-986.

[25] Chaves P，Kojiri T，Yamashiki Y.Optimization of storage reservoir considering water quantity and quality[J].Hydrological Processes，2003，17：2769-2793.

[26] Suen J P，Eheart J W.Reservoir management to balance ecosystem and human needs：Incorporating the paradigm of the ecological flow regime[J].Water Resources Researches，2006，42：1-9.

[27] Halleraker J H，Sundt H，Alfredsen K T，et al.Application of multiscale environmental flow methodologies as tools for optimized management of a Norwegian regulated national salmon watercourse[J].River Research and Applications，2007，23：493-510.

[28] Field R C.Multi-objective optimization of Folsom reservoir operation[D].Sacramento：University of California，2007.

[29] Steinschneider，S，Bernstein，A，Palmer，R.Reservoir management optimization for basin-wide ecological restoration in the Connecticut River[J].Journal Of Water Resources Planning And Management，2014，140（9）：1-10.

[30] Warner，A T.，Bach，L B.，Hickey，J T.Restoring environmental flows through adaptive reservoir management：planning，science，and implementation through the Sustainable Rivers Project[J].Hydrological Sciences Journal-Journal Des Sciences Hydrologiques，2014，59（3）：770-785.

[31] 徐楊，常福宣，陳進(jìn)，等 水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究綜述[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2008，25（6）：33-37.（XU Yang，CHANG Fu-xuan，CHEN，Jin，et al.Review of research on ecological operation of reservoir[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2008，25（6）：33-37（in Chinese））

[32] 張麗麗，殷峻暹.水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].人民黃河，2009，31（11）：14-15.（ZHANG Li-li，YIN Jun-xian.The research status and development trend of reservoir ecological operation[J].Yellow River，2009，31（11）：14-15（in Chinese））

[33] 索麗生.水利工程的“特殊功能”—關(guān)于水利工程建設(shè)新思路的思考[J].中國(guó)水利，2003，1：25-26，33.（SUO Li-sheng.The special functions of hydraulic engineering—the thought of new idea on water project building[J].China Water Resources，2003，1：25-26，33（in Chinese））

[34] 汪恕誠(chéng).論大壩與生態(tài)[J].中國(guó)水利，2004，8：11-14.（WANG Shu-cheng.Dam and ecosystem[J].China Water Resources，2004，8：11-14 （in Chinese））

[35] 蔡其華.充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)因素完善水庫(kù)調(diào)度方式[J].中國(guó)水利，2006，2：14-17.（CAI Qi-hua.Taking eco-system protection into fully consideration and improving reservoir regulation process[J].China Water Resources，2006，2：14-17（in Chinese））

[36] 董哲仁，孫東亞，趙進(jìn)勇.水庫(kù)多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度[J].水利水電技術(shù)，2007，38（1）：28-32.（DONG Zhe-ren，SUN Dong-ya，ZHAO Jin-yong.Multi-goal ecological operation of reservoirs[J].Water Resources and Hydropower Engineering，2007，38（1）：28-32.（in Chinese））

[37] 尹正杰，黃薇，陳進(jìn).長(zhǎng)江流域梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理體制探討[J].人民長(zhǎng)江，2008，39（20）：15-17.（YIN Zheng-jie，HUANG Wei，CEHN Jin.Management system of cascade reservoirs ecological operation in Yangtze River Basin[J].Yangtze River，2008，39（20）：15-17（in Chinese））

[38] 蔣曉輝.黃河干流水庫(kù)生態(tài)調(diào)度總體框架研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2009，35（ 6）：34-36.（JIANG Xiao-hui.Study on ecological operations of reservoirs in the Yellow River[J].Environment Protection Science，2009，35（6）：34-36（in Chinese） ）

[39] 魯春霞，劉銘，曹學(xué)章，等.中國(guó)水利工程的生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)調(diào)度研究[J].資源科學(xué)，2011，08：1418-1421.（LU Chun-xia，LIU Ming，CHAO Xue-zhang，et al.Ecological effects and ecological operation of water conservancy projects in China[J].Resources Science，2011，08：1418-1421（in Chinese））

[40] 郜國(guó)明，李新杰，馬迎平.小浪底水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵、目標(biāo)及措施[J].人民黃河，2014，09：76-79.（GAO Guo-ming，LI Xin-jie，MA Ying-ping.Connation，objectives and measures of ecological operation for Xiaolangdi Reservoir[J].Yellow River，2014，09：76-79（in Chinese） ）

[41] 鄧云，李嘉，李然，等.水庫(kù)調(diào)度對(duì)溪洛渡電站下游水溫的影響[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)版，2006，38（5）：65-69.（DENG Yun，LI Jia，LI Ran，et al.Impact of reservoir operation on the water temperature downstream of Xiluodu power station[J].Journal of Sichuan University Engineering Science Edition，2006，38（5）：65-69（in Chinese））

[42] 鈕新強(qiáng)，譚培倫.三峽工程生態(tài)調(diào)度的若干探討[J].中國(guó)水利，2006，14：8-10，24.（NIU Xin-qiang，TAN Pei-lun.Studies on biological regulation of Three Gorges Project[J].China Water Resources，2006，14：8-10，24（in Chinese））

[43] 胡和平，劉登峰，田富強(qiáng)，等.基于生態(tài)流量過程線的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2008，19（3）：325-332.（HU He-ping，LIU Deng-feng，TIAN Fu-qiang，et al.A method of ecological reservoir re-operation based-on ecological flow regime[J].Advances in Water Science，2008，19（3）：325-332（in Chinese））

[44] 郭文獻(xiàn).基于河流健康水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模式研究[D].南京：河海大學(xué)，2008.（GUO Wen-xian.Reservoir ecological operation model for river health[D].Nanjing：Hohai University，2008（in Chinese））

[45] 諸葛亦斯.考慮魚類生境的梯級(jí)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法研究及應(yīng)用[D].武漢：武漢大學(xué)，2009.（ ZHUGE Yi-si.Research and application of ecological scheduling for Cascade Reservoirs Considering fish habitats[D].Wuhan：Wuhan University，2009（in Chinese））

[46] 陳秀銅.改進(jìn)低溫下泄水不利影響的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法及影響研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2010.（CHEN Xiu-tong.Study on method and influence of reservoir ecological operation improved the adverse effects of low temperature discharge water[D].Wuhan：Wuhan University，2010（in Chinese））

[47] 王俊娜.基于水文過程與生態(tài)過程耦合關(guān)系的三峽水庫(kù)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度研究[D].北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2011.（WANG Jun-na.Multi objective optimal operation of Three Gorges Reservoir based on the coupling relationship between hydrological processes and ecological processes[D].Beijing：China Water Conservancy and Hydropower Research Institute，2011（in Chinese））

[48] 趙越.面向河流生境改善的水庫(kù)調(diào)度建模理論與方法研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2014.（ZHAO Yue.Research on the theory and method of reservoir scheduling modeling for river habitat improvement[D].Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2014（in Chinese））

[49] 金鑫.面向河流生態(tài)健康的供水水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2012.（JIN Xin.Research on joint operation of water supply reservoir group for river ecological health[D].Dalian：Dalian University of Technology，2012（in Chinese））

[50] 李國(guó)英.維持黃河健康生命[M].鄭州：黃河水利出版社，2005.（LI Guo-ying.Maintaining healthy life of the Yellow River[M].Zhengzhou：Yellow River Conservancy Press，2005（in Chinese））

[51] 殷峻暹，張麗麗，蔣云鐘，等.多維均衡生態(tài)調(diào)控理論與實(shí)踐-以長(zhǎng)江流域?yàn)槔齕M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.（YIN Jun-xian，ZHANG Li-li，JIANG Yun-zhong et al.The theory and practice of multi-dimensional equilibrium ecological operaion-a case study of the Yangtze River Basin[M].Beijing：China Water Conservancy and Hydropower Press，2011（in Chinese））

[52] 喬曄，廖鴻志，蔡玉鵬，等.大型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度實(shí)踐及展望[J].人民長(zhǎng)江，2014，15：22-26.（QIAO Ye，LIAO Hong-zhi，CAI Yu-peng，et al.The practice and prospect of large reservoirs ecological operation [J].Yangtze River，2014，15：22-26（in Chinese））

[53] 陳進(jìn)，李清清.三峽水庫(kù)試驗(yàn)性運(yùn)行期生態(tài)調(diào)度效果評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2015，04：1-6.（CHEN Jin，LI Qing-qing.Effect evaluation of ecological operation during the experimental operation period for Three Gorges Reservoir[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2015，04：1-6（in Chinese））