水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系研究

陳 虎

(重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院,重慶 400017)

水在自然生態(tài)系統(tǒng)中具有決定性作用，水工程開發(fā)建設(shè)是充分發(fā)揮河流功能的有效措施，同時(shí)也會(huì)對流域內(nèi)的生態(tài)狀況產(chǎn)生直接影響。為了確定這種影響的程度，需要在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中建立一套完善的關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)為工程建設(shè)提供可靠依據(jù)的根本目標(biāo)。

1 屬性分析與劃分

根據(jù)DPSIR原理與方法，結(jié)合內(nèi)部邏輯關(guān)系對工程建設(shè)造成的影響進(jìn)行分析，基于DPSIR的規(guī)劃設(shè)計(jì)分析如圖1所示。水工程的建設(shè)能使社會(huì)水循環(huán)及河流循環(huán)發(fā)生變化，可以根據(jù)生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行識(shí)別。按照水資源的各項(xiàng)屬性，可將整個(gè)體系劃分成以下五大類[1]。

1.1 水文水資源

通過對水工程的合理建設(shè)能對水資源在時(shí)空上的分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少汛期高峰時(shí)間段的流量，增加非汛期枯水時(shí)間段的流量。由工程帶來的水文變化將對河流生態(tài)系統(tǒng)造成直接影響，能使河流地貌發(fā)生演變，在各種時(shí)間尺度上對生態(tài)過程造成影響。根據(jù)生態(tài)水文對工程建設(shè)造成的實(shí)際影響進(jìn)行評(píng)估，能實(shí)現(xiàn)全過程管理目標(biāo)。

1.2 水環(huán)境

在自然環(huán)境當(dāng)中，水環(huán)境為基本要素之一，同時(shí)也組成了流域的生態(tài)安全格局，具有容易被破壞和污染等特點(diǎn)。

1.3 河流地貌

河流發(fā)生的堆積、侵蝕、搬運(yùn)等是最常見也是最活躍的區(qū)域地貌作用，能形成多種形態(tài)的區(qū)域地貌。工程的建設(shè)能使河流特征發(fā)生變化[2]。

1.4 生物與棲息地

河流能為很多生物創(chuàng)造生存環(huán)境，生物可以在河湖當(dāng)中進(jìn)行覓食和繁衍。從現(xiàn)有資料中可以看出，群落的多樣性和空間具有的異質(zhì)性保持正相關(guān)的關(guān)系，能反映出生命和非生命系統(tǒng)具有的耦合關(guān)系。

1.5 社會(huì)環(huán)境

河流和人們的生產(chǎn)生活及未來發(fā)展都有直接關(guān)系，它能為人類的生存提供多種多樣的服務(wù)，是一種重要的生存條件。為了保證河流開發(fā)的合理性，需要在充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提供持續(xù)不斷的服務(wù)。工程建設(shè)將直接影響到人類的社會(huì)環(huán)境，并且社會(huì)也會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)，對經(jīng)濟(jì)社會(huì)的開發(fā)及其模式有重要的調(diào)整作用[3]。

圖1 基于DPSIR的規(guī)劃設(shè)計(jì)

2 體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上階段及類型的合理劃分，綜合考慮不同工程建設(shè)對應(yīng)的生態(tài)影響基本要素與可能產(chǎn)生的空間尺度效應(yīng)，可以構(gòu)建結(jié)構(gòu)如圖2所示的指標(biāo)體系。

圖2中，縱軸表示的是生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與各項(xiàng)功能特征，主要分為三層，即指標(biāo)層、要素層與屬性層。屬性層能真實(shí)反映出系統(tǒng)各項(xiàng)特征，即如前所述的五個(gè)組成部分，各屬性層還包括相應(yīng)的生態(tài)要素，對于不同的生態(tài)要素，能篩選出與之相應(yīng)的若干生態(tài)指標(biāo)。橫軸表示的是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)所有階段及類型，總體分為規(guī)劃與設(shè)計(jì)兩個(gè)主要階段，各自涵蓋不同的內(nèi)容。

橫縱兩軸的交叉點(diǎn)表示的是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)各階段主要生態(tài)指標(biāo)與適用性在空間尺度方面具有的特征。在不同的空間尺度方面，可能涉及不同的分析方法與計(jì)算方法。為了確定工程建設(shè)造成的影響，需要從以下三個(gè)空間尺度入手：第一，流域，工程建設(shè)造成的影響涉及到整個(gè)流域或部分區(qū)域；第二，廊道，工程建設(shè)對干支流河道都有直接影響；第三，河段，工程建設(shè)造成的影響僅局限在某一個(gè)河段。對工程規(guī)劃設(shè)計(jì)所選類型有一定影響時(shí)，對于單個(gè)生態(tài)指標(biāo)，需要進(jìn)行考慮與分析的空間尺度會(huì)有明顯的不同。針對某個(gè)具體的河流，從最初的單項(xiàng)工程至梯級(jí)開發(fā)，再到資源配置安排，上游、中游和下游是否協(xié)調(diào)將對流域內(nèi)存在的生態(tài)系統(tǒng)造成直接影響，特別是上游對下游的影響，尤為重要和明顯[4]。

圖2 水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

3 體系指標(biāo)的選擇

流域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)受工程建設(shè)的影響具有多個(gè)因素與層次，各體系指標(biāo)對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的敏感性有著明顯的差別，于體系中占據(jù)的地位也不同，需要重視那些有關(guān)鍵影響的體系指標(biāo)。在選擇具體的體系指標(biāo)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循以下基本原則：(1)保證綜合性與科學(xué)性，體系指標(biāo)的概念應(yīng)明確，包含的科學(xué)內(nèi)涵也應(yīng)明確，可以在客觀的角度反映出系統(tǒng)具有的所有特征，對各類型工程建設(shè)產(chǎn)生的一系列效應(yīng)及影響進(jìn)行科學(xué)度量。(2)應(yīng)保證有效性，并具有一定代表性，體系指標(biāo)的確定應(yīng)做好少而精，同時(shí)必須具有代表性，具備可以反映出各發(fā)展階段現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)對工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)提出的各項(xiàng)要求的條件。(3)應(yīng)充分結(jié)合定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，對工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)可能造成的影響及其程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。(4)應(yīng)保證實(shí)用性及可對比性，體系指標(biāo)應(yīng)力求直觀與簡明，和目前已有的指標(biāo)體系良好銜接，而且指標(biāo)獲取的難度不能太大，在實(shí)際運(yùn)用上也要盡可能的方便。嚴(yán)格遵循上述基本原則，借助頻度分析及專家咨詢等現(xiàn)有方法，以廣泛征集到的相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜医ㄗh為基礎(chǔ)，對不同的生態(tài)要素涉及的體系指標(biāo)實(shí)施篩選。對各類體系指標(biāo)具有的內(nèi)涵及適用條件進(jìn)行分析，可選擇確定重要的生態(tài)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上圍繞規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的各個(gè)類型及階段，對所有指標(biāo)具有的空間尺度上的特征及適用性進(jìn)行分析。

根據(jù)工程及其所在流域?qū)嶋H情況，可將五個(gè)屬性層的生態(tài)指標(biāo)確定如下：(1)水文水資源：可開發(fā)利用的水資源總量、年徑流變差系數(shù)實(shí)際變化率、徑流年中的水資源分配偏差、區(qū)域地下水資源實(shí)際埋深、區(qū)域地下水資源開采系數(shù)、生態(tài)基流與敏感生態(tài)需水；(2)水環(huán)境：區(qū)域水資源質(zhì)量達(dá)標(biāo)率、水質(zhì)富營養(yǎng)化指數(shù)、河湖污染物進(jìn)入總控制量、河湖水環(huán)境納污能力、下泄水溫與水溫恢復(fù)距離；(3)河流地貌：彎曲率、橫縱向連通性、垂向透水性、岸坡及河床的穩(wěn)定性；(4)生物與棲息地：物種多樣性(魚類生物和植物)、區(qū)域珍稀生物現(xiàn)實(shí)生存情況、外來物種侵害情況、植被覆蓋率、凈初級(jí)生產(chǎn)力、土壤侵蝕強(qiáng)度、保護(hù)區(qū)影響程度、生態(tài)需水滿足情況、生境保護(hù)情況；(5)社會(huì)環(huán)境：移民人均收入水平、傳播阻斷率、資源能源開發(fā)利用率、水資源利用系數(shù)、單位工業(yè)增加值用水量和景觀。

4 結(jié) 論

(1)以滿足現(xiàn)階段水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建要求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合水工程實(shí)際情況，以河流合理開發(fā)及保證流域生態(tài)安全為基礎(chǔ)，借助DPSIR方法建立關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系。

(2)將水文水資源、水環(huán)境、河流地貌、生物與棲息地、社會(huì)環(huán)境作為核心，建立可在各類空間尺度及規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中使用的體系。

(3)體系建成后，根據(jù)四項(xiàng)基本原則確定五個(gè)屬性對應(yīng)的關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)。這一體系能為工程建設(shè)對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的一系列效應(yīng)及影響進(jìn)行評(píng)估，為實(shí)際的生態(tài)保護(hù)工作提供重要的技術(shù)支撐。