流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系初探

范竣菡 徐天寶 崔磊 張麗梅 張榮 張洪波

摘要：流域水電梯級開發(fā)改變了河流生態(tài)系統(tǒng)天然的物質(zhì)輸移和能量傳遞，對流域生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。量化水電開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境影響，需要構(gòu)建流域性的監(jiān)控體系。本文從理論上對流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系提出了理論框架，對監(jiān)測規(guī)劃提出了要求。這套方法將應(yīng)用到瀾滄江流域，構(gòu)建瀾滄江流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系。

關(guān)鍵詞：水電梯級開發(fā);生態(tài)環(huán)境;監(jiān)控體系;瀾滄江流域

中圖分類號：X830 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-03

Abstract：The river cascade development for hydropower changes the natural material transportation and energy transfer of the river ecological system， impacting the basin ecological environment to some extent. To quantify the impact of hydropower development to the river ecological environment， the basin ecological environment monitoring system for the hydropower development is necessary to be built as soon as possible. Its theoretical framework and the monitoring items and contents were proposed for the project plan in this paper. The research results will be applied to build the Lancang river basin ecological environment monitoring system for hydropower development in the Lancang river basin in Yunnan province.

Key words：Hydropower cascade development;Ecological environment;Monitoring system;Lancang River basin

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對能源需求的逐步增長和水電開發(fā)程度的不斷提高，部分流域已經(jīng)由天然的河道變成了梯級水電站[1-2]。流域水電開發(fā)改變了河流生態(tài)系統(tǒng)天然的物質(zhì)輸移和能量傳遞，對流域的生態(tài)環(huán)境造成一定的影響[3-4]。為量化水電開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響，需要對流域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，并據(jù)此開展已建水電站生態(tài)調(diào)度及已有生態(tài)保護(hù)措施優(yōu)化[5-6]，同時為后續(xù)水電開發(fā)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支撐[10]。

1 概述

流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控的內(nèi)涵為：為了評價(jià)水電開發(fā)活動對生態(tài)環(huán)境的影響，對流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行監(jiān)測及調(diào)查，并及時反饋生態(tài)環(huán)境的變化，從而控制水電開發(fā)活動[5-9]。其目的是為了合理利用自然資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

在宏觀層面上，流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系應(yīng)符合系統(tǒng)性和連續(xù)性的原則[7]。系統(tǒng)性就是把水電工程和生態(tài)環(huán)境看成是一個統(tǒng)一有結(jié)構(gòu)的綜合體，能反饋水電工程對生態(tài)環(huán)境的影響，同時能夠通過調(diào)整水電開發(fā)活動而保護(hù)生態(tài)環(huán)境[7];連續(xù)性則要求有足夠長系列的監(jiān)測和調(diào)查數(shù)據(jù)[7]。

在微觀層面上，流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)應(yīng)符合以下原則：監(jiān)測的范圍、對象和重點(diǎn)應(yīng)結(jié)合梯級電站工程運(yùn)行特點(diǎn)和流域環(huán)境敏感點(diǎn)的分布[7-9];應(yīng)選擇對環(huán)境影響大、控制性和代表性的因子進(jìn)行監(jiān)測;根據(jù)各水電工程不同階段的重點(diǎn)和要求，分期分步建立，逐步實(shí)施和完善[7-9]。

流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施效果監(jiān)測。監(jiān)測要素涵蓋水環(huán)境、水生生態(tài)和陸生生態(tài)等，并兼顧其他相關(guān)生態(tài)環(huán)境要素，重點(diǎn)關(guān)注具有長期性、疊加性和累積性影響的環(huán)境要素。

瀾滄江是中國的重要河流之一，流域內(nèi)生物多樣性豐富，是我國乃至世界重要的生物資源庫[11-13]。近年來隨著國家發(fā)展的需求，流域內(nèi)逐步建成了多個梯級水電站，對流域生態(tài)環(huán)境造成一定影響[14-16]。為了保護(hù)流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系建設(shè)勢在必行。本文以水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系為研究對象，開展了生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系的理論框架和規(guī)劃建設(shè)要求及內(nèi)容的研究和探討，并將其應(yīng)用于瀾滄江流域的水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系的規(guī)劃和建設(shè)。

2 監(jiān)控體系框架

流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系框架分為三個層次，分別是應(yīng)用層、平臺層、數(shù)據(jù)層。體系框架圖見圖1。

2.1 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)用，對流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施效果進(jìn)行分析;同時對流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，并提出有針對性的生態(tài)保護(hù)措施改進(jìn)方案。同時將數(shù)據(jù)需求反饋給平臺層，并指導(dǎo)平臺層和數(shù)據(jù)層的運(yùn)作。

2.2 平臺層

平臺層收集、存儲和整理數(shù)據(jù)層的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支撐，是整個生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系的數(shù)據(jù)中心。根據(jù)流域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)和已實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，結(jié)合應(yīng)用層反饋的數(shù)據(jù)需求，制定和下達(dá)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃。

2.3 數(shù)據(jù)層

在流域布設(shè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)，按照監(jiān)測計(jì)劃完成監(jiān)測任務(wù)。數(shù)據(jù)層要對整個流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施進(jìn)行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)成果提供給平臺層。

3 監(jiān)測站點(diǎn)規(guī)劃

按環(huán)境要素來分，監(jiān)測站點(diǎn)包括水環(huán)境、水生生態(tài)、陸生生態(tài)和局地氣候。監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)應(yīng)充分利用梯級電站已有的水文和環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)，例如為發(fā)電運(yùn)行建立的水情測報(bào)站，其他行業(yè)部門建立的可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的水溫、水質(zhì)和氣象等監(jiān)測站。

3.1 水環(huán)境

包括水質(zhì)斷面和水溫?cái)嗝?。水質(zhì)斷面主要根據(jù)流域內(nèi)水電站建設(shè)及規(guī)劃情況、工程特性、規(guī)模布設(shè)。在主要支流匯入處、重要國際河流、省際河流、水環(huán)境敏感區(qū)域，已受到污染的或出現(xiàn)水庫富營養(yǎng)化的局部水域，應(yīng)布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測斷面。監(jiān)測內(nèi)容包括：水污染常規(guī)指標(biāo)、水污染排放總量控制指標(biāo)、湖泊富營養(yǎng)化特征指標(biāo)。水溫監(jiān)測斷面應(yīng)選擇典型的壩前、庫尾進(jìn)行布設(shè)。監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包含表層水溫和垂向水溫。

3.2 水生生態(tài)

水生生態(tài)監(jiān)測斷面應(yīng)覆蓋流域所有梯級電站影響范圍。在具有代表性的典型斷面，如庫尾、壩前、壩下斷面，應(yīng)布設(shè)監(jiān)測斷面。在水生生物產(chǎn)卵場、越冬場、索餌場等重要生境分布的支流，應(yīng)布設(shè)斷面。監(jiān)測內(nèi)容包括：浮游植物、浮游動物、著生藻類、底棲動物、水生高等植物、魚類和水生生境。

3.3 陸生生態(tài)

陸生生態(tài)監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)考慮流域陸生生態(tài)整體性和氣候帶的多樣性。監(jiān)測內(nèi)容包括宏觀和微觀2個層面：宏觀能反映全流域生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化格局;微觀層面反映水平地帶性植被群落組成與結(jié)構(gòu)變化過程、重要物種、種群數(shù)量波動過程、重要保護(hù)措施的保護(hù)效果等。

3.4 局地氣候

局地氣候監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)代表流域內(nèi)梯級電站跨越的各緯度，并綜合考慮地形地貌、當(dāng)?shù)靥厥獾臍夂蝾愋偷纫蛩亍Ｋ畮彀哆吘值貧夂蛴^測點(diǎn)應(yīng)與水電站建設(shè)前的觀測點(diǎn)位置基本一致。監(jiān)測內(nèi)容包括：溫度、濕度、降水量、風(fēng)向、風(fēng)速等。

4 瀾滄江流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控信息平臺

4.1 流域概況

瀾滄江發(fā)源于青海省南部唐古拉山脈，經(jīng)青藏滇三?。▍^(qū)），從云南省西雙版納州出境，出境后稱為湄公河，流經(jīng)緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南五國，于越南注入南中國海，是一條著名國際河流[1]。瀾滄江全長約 2153km，天然落差4583m，水能蘊(yùn)藏量巨大，為開發(fā)利用瀾滄江水力資源，分上游西藏段、上游云南段和中下游三段進(jìn)行了規(guī)劃，共規(guī)劃23個梯級。上游西藏段分別為側(cè)格、約龍、卡貢、班達(dá)、如美、幫多、古學(xué);上游云南段分別為白塔、古水、烏弄龍、里底、托巴、黃登、大華橋、苗尾;中下游河段分別為功果橋、小灣、漫灣、大朝山、糯扎渡、景洪、橄欖壩、勐松[2]。目前建成運(yùn)行的主要是中下游段功果橋、小灣、漫灣、大朝山、糯扎渡、景洪等梯級。

4.2 瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)規(guī)劃

瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)包括：水環(huán)境、陸生生態(tài)、水生生態(tài)和局地氣候等四個方面，共同構(gòu)成了瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系的數(shù)據(jù)層。

4.2.1 水環(huán)境

重點(diǎn)監(jiān)測龍頭水庫（小灣和糯扎渡）、省界斷面和重要支流水質(zhì)變化，共設(shè)9個監(jiān)測斷面，其中關(guān)累為已建國控?cái)嗝?，流沙河和沘江交匯口為省控?cái)嗝?。監(jiān)測內(nèi)容為pH值、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮和石油類。

根瀾滄江據(jù)流域內(nèi)水電站規(guī)模，兼顧考慮支流對干流的影響，確保監(jiān)測站點(diǎn)建設(shè)的實(shí)際操作性，水溫監(jiān)測站共設(shè)11個，重點(diǎn)監(jiān)測龍頭水庫、省界斷面和重要支流水溫變化，其中關(guān)累為已有國控?cái)嗝?。監(jiān)測內(nèi)容為表層水溫和垂向水溫。

4.2.2 水生生態(tài)

瀾滄江流域共設(shè)置水生生態(tài)監(jiān)測斷面13個，其中干流7個，支流6個。通過13個斷面的監(jiān)測，可以從整體上反映出瀾滄江上下游魚類組成的差異和瀾滄江魚類資源的現(xiàn)狀。監(jiān)測內(nèi)容為浮游植物、浮游動物、著生藻類、底棲動物、水生高等植物、魚類和水生生境。

4.2.3 陸生生態(tài)

根據(jù)瀾滄江流域陸生生態(tài)整體性和氣候帶的多樣性，結(jié)合梯級電站調(diào)節(jié)性能和規(guī)模，兼顧電站所處位置的地形、生境特殊性，共設(shè)置9個陸生生態(tài)監(jiān)測斷面。監(jiān)測內(nèi)容為植被類型和面積。

4.2.4 局地氣候

瀾滄江流域由北向南縱跨13個緯度，并受復(fù)雜的地形地貌影響，其氣候空間分異顯著，立體氣候明顯，涵蓋了北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、高原溫帶、高原亞寒帶6個氣候帶。流域共設(shè)置9個局地氣候監(jiān)測站。監(jiān)測內(nèi)容為溫度、濕度、降水量、風(fēng)向和風(fēng)速。

4.3 信息平臺構(gòu)建

瀾滄江流域水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控信息平臺包括地圖、用戶監(jiān)測數(shù)據(jù)管理3個模塊，共同構(gòu)成了監(jiān)控體系的平臺層。

4.3.1 地圖

地圖包括行政區(qū)劃圖、衛(wèi)星影像圖以及地形圖。在地圖上，可以顯示本監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有的監(jiān)測斷面位置、坐標(biāo)和簡要的監(jiān)測信息概況。通過地圖，可以直接查詢每個監(jiān)測站點(diǎn)的所有生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，表征流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和已實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施效果。

4.3.2 用戶

用戶分為流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控管理用戶和一般用戶。前者負(fù)責(zé)整個流域監(jiān)控體系的管理，后者可以通過平臺查詢關(guān)心區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。利用信息平臺，管理用戶可以下達(dá)監(jiān)測計(jì)劃、改變監(jiān)測斷面和變更監(jiān)測指標(biāo)，更好的對流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。

4.3.3 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理需要收集、存儲和整理所有的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前，數(shù)據(jù)主要分為4大類，分別是水環(huán)境、水生生態(tài)、陸生生態(tài)和局地氣候。其中水環(huán)境又包括水文、水溫和水質(zhì);水生生態(tài)包括浮游植物、浮游動物、底棲生物、魚類等;陸生生態(tài)包括植被類型和面積等;局地氣候包括監(jiān)測斷面的氣象數(shù)據(jù)等。

5 結(jié)論和建議

本文分析了流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系構(gòu)建的理論框架，并據(jù)此初步開發(fā)了瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系。從理論和實(shí)例上，對流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控體系進(jìn)行了探索，對流域生態(tài)環(huán)境信息采集和分析平臺提出了總體的構(gòu)架和設(shè)想。針對目前流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控的現(xiàn)狀，提出如下建議。

5.1 盡快建立流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測管理機(jī)構(gòu)

目前我國流域性的水電開發(fā)單位較少，同一流域往往聚集了多家開發(fā)公司，這不利于整個流域的統(tǒng)籌開發(fā)和管理，因此，從流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，應(yīng)借鑒國外流域成功的管理經(jīng)驗(yàn)，各主要流域應(yīng)盡快成立流域?qū)用娴纳鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測管理機(jī)構(gòu)。

5.2 盡快開展流域水電開發(fā)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的布設(shè)

近年國內(nèi)水電開發(fā)較快，大多數(shù)河流均已經(jīng)建成了梯級電站，而由于水電開發(fā)導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題往往被忽視，人們對水電開發(fā)引起的生態(tài)環(huán)境問題認(rèn)識不清。必須通過流域?qū)用娴拈L期監(jiān)測獲取第一手資料，之后再通過科學(xué)的方法和手段去判斷生態(tài)現(xiàn)狀的優(yōu)良度。因此，流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的盡快實(shí)施是很有必要的。

5.3 盡快研發(fā)并落實(shí)流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)控信息平臺的建設(shè)和運(yùn)行

流域生態(tài)環(huán)境涉及范圍較廣，通過監(jiān)測可以獲取大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但是如果不進(jìn)行集成，這些數(shù)據(jù)往往是零散的，很難利用的。因此，從管理者角度出發(fā)，應(yīng)利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析，以實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境的實(shí)時、在線監(jiān)測，并能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)進(jìn)行自動計(jì)算和評價(jià)，以及時反映出流域生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀，為管理者做出響應(yīng)提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]李朝霞，牛文娟.水電梯級開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)模型與應(yīng)用[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（2）：35-40.

[2]王趙松，李蘭.流域水電梯級開發(fā)與環(huán)境生態(tài)保護(hù)的研究進(jìn)展[J].水電能源科學(xué)，2009，27（4）：43-45.

[3]麻澤龍，譚小琴，周偉等.河流水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響及其對策研究[J].廣西水利水電，2006（1）：24-28.

[4]覃暉，周建中，肖舸等.梯級水電站多目標(biāo)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度[J].水科學(xué)進(jìn)展，2010，21（3）：377-384.

[5]徐潔.流域水環(huán)境監(jiān)測信息采集交換系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2011（24）：283-283.

[6]李青云，黃茁，黃薇等.長江科學(xué)院流域水環(huán)境和水生態(tài)研究回顧與展望[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2011，28（10）：43-48.

[7]孟偉，秦延文，鄭丙輝等.流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究（Ⅲ）——水環(huán)境流域監(jiān)控技術(shù)研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（1）：9-16.

[8]廉娟.以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化——塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)概述[J].中國西部科技，2011，10（15）：70-71.

[9]姜偉立，吳海鎖，蔣永偉等.江蘇省流域水環(huán)境綜合管理監(jiān)控預(yù)警體系構(gòu)建[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2011，03（3）：1-4.

[10]朱黨生.河流開發(fā)與流域生態(tài)安全[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

[11]范娜.基于遙感的瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化研究[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2014.

[12]鐘華平，劉恒，耿雷華.瀾滄江流域梯級開發(fā)的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)[J].水利學(xué)報(bào)，2007（S1）：582-586.

[13]甘淑，何大明，袁建平.瀾滄江流域自然生態(tài)環(huán)境背景與土地資源[J].水土保持學(xué)報(bào)，1998（s1）：20-24.

[14]鄧晴，曾廣權(quán).云南省瀾滄江流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2004，23（b04）：135-136.

[15]何大明.瀾滄江—湄公河流域開發(fā)研究的回顧與展望[J].云南地理環(huán)境研究，1995（01）：75-83.

[16]黃光明.瀾滄江流域水電開發(fā)環(huán)境保護(hù)實(shí)踐[C]//李菊根.水電2013大會——中國大壩協(xié)會2013學(xué)術(shù)年會暨第三屆堆石壩國際研討會論文集.昆明：黃河水利出版社.2013：125-129.