四川省水電開(kāi)發(fā)基地水電開(kāi)發(fā)程度評(píng)估

羅 涵，巨 莉，羅茂盛，唐云逸，黃艷艷，趙曦琳，盧喜平

(1.成都信息工程大學(xué)軟件工程學(xué)院，四川 成都 610225；2.四川省信息化應(yīng)用支撐軟件工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610225； 3.四川省水利科學(xué)研究院，四川 成都 610072；4.四川省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，四川 成都 610041； 5.成都理工大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610059)

水電開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略、保障能源安全的重要舉措之一[1]。水電工程的建設(shè)和運(yùn)行會(huì)改變河流和陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而引發(fā)各種生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[2]。目前圍繞水電開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與保護(hù)問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)展了大量且深入的研究，但隨著水電開(kāi)發(fā)向河流上游，尤其是向西南山區(qū)等生態(tài)脆弱區(qū)發(fā)展，新的挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)；已建水電工程隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)和前期未知生態(tài)環(huán)境問(wèn)題逐步凸顯[3]。在此背景下，利用易獲取的數(shù)據(jù)定量評(píng)估水電開(kāi)發(fā)程度是很有必要的。

裝機(jī)容量、年發(fā)電量以及庫(kù)容等指標(biāo)常被用于不同空間尺度(區(qū)域、流域、庫(kù)區(qū)等)的水電開(kāi)發(fā)特點(diǎn)分析[4]、水能資源評(píng)估[1,5]、水電開(kāi)發(fā)潛力估算[6-8]以及水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平評(píng)價(jià)[9-10]等研究。但水電開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)估鮮少采用這些指標(biāo)，更多采用流域徑流量[11-12]、生境格局[13-15]、生源物質(zhì)[3]、植被指數(shù)[16-17]、水生生物種群結(jié)構(gòu)[15,18-19]等生境、生物相關(guān)指數(shù)。近年來(lái)，部分研究開(kāi)始從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度[20-21]評(píng)估水電開(kāi)發(fā)對(duì)河流和陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。這些指標(biāo)通常難以剔除氣候變化、農(nóng)業(yè)活動(dòng)或城鎮(zhèn)化等因素的影響[12]。此外，徑流量、水生生物種群結(jié)構(gòu)、流域水質(zhì)等指標(biāo)通常為點(diǎn)狀采樣數(shù)據(jù)，難以體現(xiàn)空間異質(zhì)性且相對(duì)較難獲取，增加了對(duì)區(qū)域尺度下水電開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行定量建模的難度。此外，定量化表述上下游的相互影響關(guān)系以及梯級(jí)水庫(kù)建設(shè)運(yùn)行對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的累積影響也是評(píng)估水電開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的關(guān)鍵[3,22-23]。目前大多數(shù)研究[24-26]從生境、生物相關(guān)指數(shù)的時(shí)空分布、變化與演替等角度，探討上游水電開(kāi)發(fā)對(duì)下游生態(tài)環(huán)境的影響和梯級(jí)水庫(kù)的累積生態(tài)效應(yīng)。因此，利用易獲取的水利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和自然環(huán)境數(shù)據(jù)，基于流域尺度，構(gòu)建水電開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)，對(duì)水電開(kāi)發(fā)程度進(jìn)行綜合的定量評(píng)估，有助于水利工程對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的模型構(gòu)建、生態(tài)環(huán)境調(diào)控措施優(yōu)化等相關(guān)研究的開(kāi)展。

四川省水能資源豐富，全省水能資源理論蘊(yùn)藏量1.43億kW，僅次于西藏，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量1.03億kW，經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量7 611.2萬(wàn)kW，均居全國(guó)首位[27]。其中，位于四川省境內(nèi)的雅礱江和大渡河流域(以下簡(jiǎn)稱(chēng)兩江流域)水能資源約占全省的二分之一，屬于我國(guó)十三大水電開(kāi)發(fā)基地之一。經(jīng)歷了20多年的規(guī)劃和建設(shè)，兩江流域的水電工程為西部大開(kāi)發(fā)和西電東送能源戰(zhàn)略作出了巨大貢獻(xiàn)[28]，但流域內(nèi)還有許多電站處于未建和規(guī)劃狀態(tài)，并且多集中在生態(tài)脆弱的流域上游。已有研究發(fā)現(xiàn)，兩江流域的水電工程開(kāi)發(fā)對(duì)魚(yú)類(lèi)種群[29]、水質(zhì)[30-31]等產(chǎn)生了重要影響。因此，綜合評(píng)估兩江流域水電開(kāi)發(fā)程度，對(duì)管理水電工程的建設(shè)、降低水電開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有重大意義。

本文收集了四川省兩江流域的水利水電相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，考慮上游和下游、支流和干流的空間關(guān)系，選取易操作且合理的綜合性水電開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)，并利用差異性和相關(guān)性分析驗(yàn)證指標(biāo)的合理性，結(jié)合流域地質(zhì)災(zāi)害、水土流失等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，分析未來(lái)的水電工程建設(shè)和運(yùn)行中，水電開(kāi)發(fā)對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的潛在影響，以期為流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施制定提供輔助信息和決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

兩江流域位于長(zhǎng)江上游，介于東經(jīng)97°21′～105°21′、北緯26°01′～34°08′之間，總面積約20萬(wàn)km2(圖1)。流域地形復(fù)雜，海拔高差明顯，包含川西北高原、橫斷山脈、四川盆地等多個(gè)地理單元。

圖1 研究區(qū)域概況

兩江流域內(nèi)支流密布，雅礱江較大的支流有鮮水河、理塘河、安寧河等，大渡河較大的支流有綽斯甲河、梭磨河、小金川、尼日河、青衣江等，兩江均流經(jīng)甘孜、涼山兩州，最終雅礱江于攀枝花市東區(qū)注入金沙江，大渡河在樂(lè)山市匯入岷江。兩江流域魚(yú)類(lèi)資源豐富，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，雅礱江共有魚(yú)類(lèi)75種[32-33]，大渡河共有魚(yú)類(lèi)116種，隸屬8目19科77屬[34]。其中，大渡河流域分布有國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)魚(yú)類(lèi)2種，省級(jí)保護(hù)魚(yú)類(lèi)11種，長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)38種，經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)63種[35]。

雅礱江和大渡河流域均是重要的水電開(kāi)發(fā)基地，已建大型水電站均集中在兩江流域下游(圖1)。雅礱江干流和一級(jí)支流已建、在建和規(guī)劃中型以上電站共計(jì)48座，其中，規(guī)劃23座梯級(jí)水電站，裝機(jī)容量2 560萬(wàn)kW。大渡河干流和一級(jí)支流已建、在建和規(guī)劃中型以上電站共計(jì)89座，其中，規(guī)劃28座梯級(jí)水電站，裝機(jī)容量2 170萬(wàn)kW。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以?xún)山饔虻母闪骱鸵患?jí)支流的水電站為對(duì)象，基于全球大壩地理數(shù)據(jù)庫(kù)[36]，結(jié)合流域內(nèi)各類(lèi)規(guī)劃報(bào)告等資料，收集整理研究區(qū)內(nèi)已建、在建、規(guī)劃、預(yù)備的大中型(裝機(jī)容量大于5萬(wàn)kW)水電站的經(jīng)緯度信息、隸屬流域、工程狀態(tài)、裝機(jī)容量、年發(fā)電量和正常蓄水位等信息。

數(shù)字高程數(shù)據(jù)采用30 m空間分辨率的ASTER GDEM，本文選用的是ASTER GDEM V2版，數(shù)據(jù)下載于國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)(http://datamirror.csdb.cn/)。土壤侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)是基于2019年基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)并參照《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》計(jì)算獲得。土地利用/覆蓋情況采用2020年和2005年數(shù)據(jù)，空間分辨率為1km；地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)空間分布數(shù)據(jù)為2019年數(shù)據(jù)，均下載自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。流域水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)整理近期相關(guān)文獻(xiàn)和報(bào)告中水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)和魚(yú)類(lèi)資源數(shù)據(jù)，最終獲得2020年9月采樣的大渡河干流20個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的7個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)(包括氨氮、氟化物、化學(xué)需氧量、總磷、糞大腸菌群、高錳酸鉀指數(shù)和五日生化需氧量)[31]和2004—2019年間19個(gè)水電站魚(yú)類(lèi)資源分布的數(shù)據(jù)[34-35,37]，采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法》進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 研究方法

2.2.1子流域劃分

在ArcGIS中的水文模塊中，在盡可能保證兩江干流和主要子流域的完整性的基礎(chǔ)上，基于上一級(jí)子流域結(jié)果，結(jié)合單元內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)和自然生態(tài)條件對(duì)水文過(guò)程的截?cái)嘤绊?，將一?jí)子流域單元再劃分為二級(jí)子流域。最終共計(jì)73個(gè)子流域(圖2)，其中面積最大為7 057 km2，面積最小為910 km2。

圖2 研究區(qū)子流域劃分

2.2.2水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)

水電開(kāi)發(fā)程度主要基于裝機(jī)容量和年發(fā)電量計(jì)算[3]。依據(jù)裝機(jī)容量計(jì)算水電開(kāi)發(fā)程度具有簡(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)，但很難準(zhǔn)確反映水電開(kāi)發(fā)實(shí)際情況[38]。依據(jù)年發(fā)電量計(jì)算水電開(kāi)發(fā)程度能較科學(xué)地反映水能的實(shí)際利用率，但年發(fā)電量數(shù)據(jù)具有不易獲取、易受河流水量變化影響的特點(diǎn)[39]。本文參考文獻(xiàn)[4,40]，引入水電開(kāi)發(fā)密度、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)，用于綜合量化流域的水電開(kāi)發(fā)程度。流域水電開(kāi)發(fā)密度表示單位長(zhǎng)度(100 km)河段的水電站個(gè)數(shù)，流域水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度表示單位面積內(nèi)的水電裝機(jī)容量。

2.2.3統(tǒng)計(jì)分析方法

為了揭示水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)的空間聚集特性，基于流域干流和支流、上游和下游的關(guān)系，采用R軟件和ArcGIS軟件構(gòu)建空間權(quán)重矩陣以及空間自相關(guān)理論，對(duì)水電開(kāi)發(fā)程度進(jìn)行集聚性分析：

(1)

(2)

(3)

采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)水電開(kāi)發(fā)單個(gè)指標(biāo)與水庫(kù)土地類(lèi)型變化比例的相關(guān)性，驗(yàn)證單一水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)在評(píng)估水電開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的效果；利用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)(對(duì)秩次的單因素方差分析)和綜合評(píng)估結(jié)果的效果檢驗(yàn)不同水電開(kāi)發(fā)程度子流域的水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)是否存在差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)空間分異性

研究區(qū)內(nèi)已建和在建中型和大型水電站共計(jì)88座，分布在43個(gè)子流域。大渡河流域的水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、水電開(kāi)發(fā)密度和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度都大于雅礱江。

各子流域的已建和在建的水電站數(shù)量和裝機(jī)容量見(jiàn)表1和圖3(a)(b)。已建和在建水電站主要分布在大渡河下游，包括下游干流(16座)和支流青衣江(16座)、南椏河(3座)、金湯河(3座)、革斯扎河(3座)、田灣溝(3座)；雅礱江的已建水電站主要分布在支流九龍河(4座)和木里河(3座)。大型水電站主要集中在雅礱江的下游干流和大渡河的中下游干流。

表1 研究區(qū)水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖3 研究區(qū)子流域水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)空間分布

流域水電開(kāi)發(fā)密度和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度見(jiàn)表1和圖3(c)(d)。開(kāi)發(fā)密度、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度空間分布基本與水電站數(shù)量、裝機(jī)容量一致，但水電開(kāi)發(fā)密度和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的空間異質(zhì)性大于水電站數(shù)量和裝機(jī)容量，尤其是在兩江流域的中上游。大渡河兩個(gè)指標(biāo)均高于雅礱江。大渡河流域支流(0.88座)的水電開(kāi)發(fā)密度高于干流(0.62座)，且分布較零散，主要分布在中下游支流，金湯河、青衣江、革斯扎河、瓦斯溝和官?gòu)R河；雅礱江干流和支流的水電開(kāi)發(fā)密度差異不大，分布較集中，主要集中在木里河、九龍河、臥羅河以及干流的中下游。開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較大的區(qū)域主要集中在雅礱江和大渡河的中下游干流(干流開(kāi)發(fā)強(qiáng)度分別為869 kW/km2和1 108 kW/km2)以及雅礱江的支流木里河和大渡河的支流南椏河。

3.2 水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)空間集聚性

為探索各開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)的空間集聚效應(yīng)，基于流域上下游和干流支流的鄰接關(guān)系，利用R軟件建立空間關(guān)系矩陣和空間權(quán)重，通過(guò)全局和局部空間自相關(guān)分析揭示水電開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)的空間分布集聚性特征。由全局空間自相關(guān)分析結(jié)果(表2)可知，全局莫蘭指數(shù)均大于0，水電開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)均存在正向空間聚集性。其中水電站數(shù)量和開(kāi)發(fā)密度均呈現(xiàn)顯著的正向空間聚集性，即如果某一個(gè)子流域的水電開(kāi)發(fā)程度較高，則該子流域相鄰的上下游流域通常也具有較高的水電開(kāi)發(fā)程度。

表2 全局空間自相關(guān)分析結(jié)果

為探討各指標(biāo)的空間相關(guān)性類(lèi)型及分布狀態(tài)，進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，獲得顯著性水平圖(圖4)。從局部相關(guān)性的角度分析，水電站數(shù)量高值聚集區(qū)集中在大渡河下游干流和支流青衣江、尼日河和官渡河，低高值區(qū)集中在大渡河中游支流；水電開(kāi)發(fā)密度的空間聚集性與水電站數(shù)量的空間分布基本一致；裝機(jī)容量的高值聚集區(qū)主要分布在雅礱江中下游干流(錦屏水電站段)和支流九龍河，低高值區(qū)分布在兩江流域中下游的各支流(臥羅河、安寧河、安順河、田螺溝、流沙河和青衣江)；水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的高值聚集區(qū)位于雅礱江中游干流(臥羅河以上)、雅礱江支流霍曲和大渡河支流青衣江流域；4個(gè)指標(biāo)的低值聚集區(qū)均分布在雅礱江上游。

圖4 研究區(qū)水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)局部自相關(guān)顯著性分析

3.3 水電開(kāi)發(fā)程度劃分

通過(guò)上述分析，可以看出水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、開(kāi)發(fā)密度和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度空間分布基本一致，但局部存在差異?；趩我恢笜?biāo)的水電開(kāi)發(fā)程度評(píng)估容易忽視個(gè)別子流域的水電開(kāi)發(fā)綜合情況，結(jié)合4個(gè)指標(biāo)及其空間聚集性特征建立水電開(kāi)發(fā)程度綜合評(píng)估體系(詳見(jiàn)表3)：以流域內(nèi)是否有在建或已建水電站作為水電工程開(kāi)發(fā)區(qū)和水電工程影響區(qū)的分類(lèi)因子；基于空間自相關(guān)分析結(jié)果，將高值聚集區(qū)和高低值區(qū)作為開(kāi)發(fā)影響程度重要因子，將低高值區(qū)作為次要影響因子；為防止個(gè)別流域的單一開(kāi)發(fā)指標(biāo)過(guò)高被忽略，將水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)高于三四分位數(shù)和中位數(shù)的指標(biāo)也作為開(kāi)發(fā)影響程度因子，即樣本中數(shù)值由小到大排列后第75%和50%的數(shù)。最終獲得兩江流域綜合水電開(kāi)發(fā)程度空間分布圖(圖5)和統(tǒng)計(jì)表(表4)。

表3 水電開(kāi)發(fā)程度劃分體系

表4 研究區(qū)不同水電開(kāi)發(fā)程度相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖5 研究區(qū)水電開(kāi)發(fā)程度空間分布

水電工程開(kāi)發(fā)區(qū)分為極高、高、中、低4個(gè)程度，水電工程影響區(qū)分為高和低兩個(gè)程度，共計(jì)6個(gè)程度。其中，水電工程開(kāi)發(fā)區(qū)按照流域水電站裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開(kāi)發(fā)密度、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度以及聚集性等指標(biāo)從高到低排列；水電工程高程度影響區(qū)定義為無(wú)已建和在建水電工程，位于水電開(kāi)發(fā)高值聚集區(qū)上下游的流域，屬于受到其他流域水電開(kāi)發(fā)影響的區(qū)域。

雅礱江流域的水電開(kāi)發(fā)程度在上下游呈現(xiàn)較顯著的差異性和局部的聚集性。雅礱江流域上游(慶達(dá)河和鮮水河匯入口以上)流域基本屬于低程度影響區(qū)，除鮮水河上游有少量已建水電站，屬于低程度開(kāi)發(fā)區(qū)；雅礱江中下游開(kāi)發(fā)程度明顯強(qiáng)于上游，其中極高和高程度開(kāi)發(fā)區(qū)主要集中在兩河口以下的干流和支流木里河、九龍河；中程度開(kāi)發(fā)區(qū)主要為支流霍曲、臥羅河、安寧河部分區(qū)域，以及下游干流。

相較于雅礱江流域，大渡河流域水電開(kāi)發(fā)程度的空間差異性更明顯。大渡河流域極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)集中在干流下游和支流青衣江的干流區(qū)域；高程度開(kāi)發(fā)區(qū)分布在極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)域的上游以及支流金湯河、瓦斯溝、革斯扎河、綽斯甲河等區(qū)域；中程度開(kāi)發(fā)區(qū)主要分布在支流尼日河和田灣溝，以及東谷河以下田灣溝以上的干流區(qū)域。相較于雅礱江流域，大渡河流域的低程度影響區(qū)較少，主要分布在上游的各支流。

4 討 論

4.1 水電開(kāi)發(fā)程度綜合評(píng)估體系適用性驗(yàn)證

4.1.1單一指標(biāo)的驗(yàn)證

土地利用類(lèi)型的時(shí)空變化能夠直接反映水電開(kāi)發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響[15]。兩江流域的水電工程于2005年左右開(kāi)始動(dòng)工，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從2005年到2020年，水庫(kù)面積從900 km2(占總面積的8%)上升到1 150 km2(占總面積的10%)。結(jié)合2005年和2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有24%的水庫(kù)區(qū)域由耕地轉(zhuǎn)化而來(lái)，其次為林地(19%)、草地(16%)和城鎮(zhèn)居民用地(1%)。

兩江流域內(nèi)73個(gè)子流域水庫(kù)面積變化的比例與開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為0.39，呈極顯著相關(guān)性(p<0.01)，與裝機(jī)容量的相關(guān)系數(shù)為0.41(p<0.01)，與開(kāi)發(fā)密度的相關(guān)系數(shù)為0.03(p=0.8)，與水電站數(shù)量的相關(guān)系數(shù)為0.1(p=0.42)。通常，水電站庫(kù)容、裝機(jī)容量越大，受影響的土地面積越大。分析發(fā)現(xiàn)水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、裝機(jī)容量與大型水電站建設(shè)和影響范圍顯著相關(guān)，證明流域裝機(jī)容量和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度能較好地反映大型水電站對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。

水電開(kāi)發(fā)密度和水電站數(shù)量能輔助反映水電站對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響。Yun等[42]通過(guò)VIC水文模型發(fā)現(xiàn)水電站數(shù)量與流域徑流有顯著相關(guān)性。陳求穩(wěn)等[3]發(fā)現(xiàn)水電工程通過(guò)攔截改變河流自然水文情勢(shì)，影響關(guān)鍵生源要素循環(huán)、河流底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及分布以及魚(yú)類(lèi)的洄游。過(guò)密的水電工程開(kāi)發(fā)必然會(huì)對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成影響。此外，水電開(kāi)發(fā)密度和水電數(shù)量、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和裝機(jī)容量具有空間一致性，也存在局部的空間差異性。因此，融合4個(gè)指標(biāo)構(gòu)建水電開(kāi)發(fā)程度綜合評(píng)估體系能有效凸顯水電工程開(kāi)發(fā)的各類(lèi)生態(tài)環(huán)境影響。

4.1.2水電開(kāi)發(fā)程度結(jié)果的差異性檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步說(shuō)明該綜合評(píng)估體系的合理性，通過(guò)Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開(kāi)發(fā)密度和水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度在開(kāi)發(fā)區(qū)的4個(gè)水電開(kāi)發(fā)程度中呈現(xiàn)顯著的差異性(p<0.05)，證明在水電開(kāi)發(fā)區(qū)，各項(xiàng)指標(biāo)的差異性明顯。

通過(guò)單一的水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)，無(wú)法對(duì)水電開(kāi)發(fā)影響區(qū)進(jìn)行程度劃分。采用空間聚集性的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行劃分，能有效地考慮水電開(kāi)發(fā)過(guò)程中流域之間的累積生態(tài)環(huán)境影響。

4.2 基于不同水電開(kāi)發(fā)程度的流域管理建議

4.2.1流域水電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的已建、在建、規(guī)劃和預(yù)備的水電工程情況，分析兩江流域的水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃建設(shè)情況(表5)。大渡河的已建、在建水電工程規(guī)模占比略高于雅礱江，其中干流已建、在建規(guī)模占比明顯高于支流，下一步兩江流域的水電工程建設(shè)將由大渡河轉(zhuǎn)移到雅礱江，由流域的下游向中上游轉(zhuǎn)移，尤其是雅礱江的中上游干流。

表5 兩江流域水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃情況

結(jié)合現(xiàn)階段的水電開(kāi)發(fā)程度劃分結(jié)果，分析未來(lái)水電工程建設(shè)和規(guī)劃情況(表6)。雅礱江干流的極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)和低程度影響區(qū)都是下一步水電開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和水電開(kāi)發(fā)密度均明顯增加。雅礱江干流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)和大渡河流域干流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)，水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大。大渡河支流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)、低程度開(kāi)發(fā)區(qū)和中程度開(kāi)發(fā)區(qū)，開(kāi)發(fā)密度提升明顯。以上區(qū)域都屬于未來(lái)的重點(diǎn)工程開(kāi)發(fā)區(qū)，接下來(lái)的水利工程建設(shè)中，都應(yīng)考慮結(jié)合已建水電工程的情況，注意降低工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

在水電工程建設(shè)過(guò)程中，地表擾動(dòng)會(huì)造成水土流失，不同水電開(kāi)發(fā)程度的水土流失面積比例見(jiàn)表6。兩江流域的水土流失面積比例最高的為大渡河干流的極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)和雅礱江干流的中程度開(kāi)發(fā)區(qū)，其次為大渡河支流中程度開(kāi)發(fā)區(qū)、高程度影響區(qū)、雅礱江支流的極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)和大渡河干流的中程度開(kāi)發(fā)區(qū)。在以上區(qū)域接下來(lái)的水電開(kāi)發(fā)工作需要更加注意水電開(kāi)發(fā)過(guò)程中的水土保持措施，盡可能減小水電工程對(duì)陸地和河流生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。此外，大渡河支流中程度開(kāi)發(fā)區(qū)屬于規(guī)劃的水電工程建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域，在該區(qū)域中的工程建設(shè)更應(yīng)注意水土保持措施的落實(shí)。

表6 兩江流域干流與支流不同水電開(kāi)發(fā)程度的情況統(tǒng)計(jì)

4.2.2流域水電工程運(yùn)行管理

a.水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)。水電工程運(yùn)行使天然河流從急流型向靜水型轉(zhuǎn)變，流速減緩，水域面積增加，水體更新周期和污染物在庫(kù)區(qū)停留時(shí)間變長(zhǎng)。由于數(shù)據(jù)獲取的局限性，基于文獻(xiàn)中收集整理的豐水期大渡河20個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)，其中低程度開(kāi)發(fā)區(qū)1個(gè)，中程度開(kāi)發(fā)區(qū)3個(gè)，高程度開(kāi)發(fā)區(qū)4個(gè)，極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)12個(gè)，基本呈現(xiàn)從上游向下游開(kāi)發(fā)程度從低到極高依次分布，所有斷面水質(zhì)類(lèi)別均達(dá)到Ⅲ類(lèi)以上，其中Ⅱ類(lèi)水質(zhì)基本分布在低開(kāi)發(fā)區(qū)(足木足河斷面)、中開(kāi)發(fā)區(qū)(猴子巖和大崗山)、高開(kāi)發(fā)區(qū)(瀑布溝)和極高開(kāi)發(fā)區(qū)(龔嘴壩)。在21個(gè)指標(biāo)中，水質(zhì)指標(biāo)的超標(biāo)主要集中在極高開(kāi)發(fā)區(qū)(深溪溝、枕頭壩、沙坪、龔嘴壩和銅街子)和中開(kāi)發(fā)區(qū)(猴子巖)的糞大腸菌群以及五日生化需氧量。大渡河干流總體水質(zhì)狀況為優(yōu)，但在下游的極高水電開(kāi)發(fā)區(qū)需加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)。水電工程運(yùn)行會(huì)造成上下游間的物理和生物隔斷；水電工程蓄水會(huì)改變河流原始流態(tài)，改變河流水動(dòng)力特征和水溫條件，引發(fā)水生態(tài)環(huán)境變化，進(jìn)而影響?hù)~(yú)類(lèi)的生存、發(fā)展、演化。以大渡河干流為例(圖6)，大渡河干流上游、中游、下游分布的國(guó)家級(jí)省級(jí)重點(diǎn)保護(hù)魚(yú)類(lèi)種類(lèi)穩(wěn)定，但是長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)數(shù)量分布呈現(xiàn)出從上游到中游逐步增加趨勢(shì)，下游區(qū)域由于龔嘴壩的建設(shè)，造成魚(yú)類(lèi)洄游通道受阻，使得下游區(qū)域魚(yú)類(lèi)種數(shù)低于中游區(qū)域。并且，相較于上下游龔嘴壩區(qū)的水質(zhì)指標(biāo)也出現(xiàn)較明顯的超標(biāo)。因此，在水電開(kāi)發(fā)運(yùn)行過(guò)程中，大渡河干流下游的極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)需要加強(qiáng)對(duì)魚(yú)類(lèi)保護(hù)的工程措施有效性的監(jiān)測(cè)。

圖6 大渡河干流不同水電開(kāi)發(fā)程度魚(yú)類(lèi)資源分布情況

b.地質(zhì)災(zāi)害防范。四川是全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一，兩江地區(qū)位于川西北高原，屬于典型的山區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，泥石流夾帶大量的泥砂石進(jìn)入河流和庫(kù)區(qū)，對(duì)流域水環(huán)境帶來(lái)巨大的不利影響。表6列舉了不同水電開(kāi)發(fā)程度的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)量。大渡河支流的高影響區(qū)和雅礱江支流的低影響區(qū)雖然沒(méi)有水電工程，但是該區(qū)域上下游的水電工程較多，并且屬于地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重和水土流失嚴(yán)重的區(qū)域。因此，在該區(qū)域上下游的水電工程建設(shè)過(guò)程中，更需要關(guān)注水電工程對(duì)陸地和河流生態(tài)系統(tǒng)的累積影響。大渡河干流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重，同時(shí)也是規(guī)劃中水電開(kāi)發(fā)重點(diǎn)區(qū)域，在水電工程運(yùn)行和建設(shè)中需要注意生態(tài)環(huán)境的影響，還需多考慮地質(zhì)災(zāi)害的影響。

5 結(jié) 論

a.兩江流域水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、水電開(kāi)發(fā)密度、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度4個(gè)指標(biāo)具有明顯的空間分異性。大渡河的4個(gè)指標(biāo)值都大于雅礱江，且集中在大渡河流域的中下游。

b.兩江流域水電站數(shù)量和開(kāi)發(fā)密度全局莫蘭指數(shù)的Z值大于1.96，呈現(xiàn)顯著的正向空間聚集性(p<0.05)。其中，高值聚集區(qū)、高低值區(qū)、低高值區(qū)主要位于兩江流域的中下游，低值聚集區(qū)位于流域的上游。

c.兩江流域的裝機(jī)容量和水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度與流域2005—2020年期間土地利用類(lèi)型中的水庫(kù)面積增長(zhǎng)比例呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明裝機(jī)容量和水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)能表征大型水電站的建設(shè)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。

d.利用水電站裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開(kāi)發(fā)密度、水電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度4個(gè)指標(biāo)，結(jié)合流域上下游間的空間關(guān)系，構(gòu)建流域水電開(kāi)發(fā)程度綜合評(píng)估體系，將區(qū)域劃分為開(kāi)發(fā)區(qū)(極高、高、中、低)和影響區(qū)(高、低)。通過(guò)Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)，對(duì)比不同開(kāi)發(fā)程度的子流域各項(xiàng)水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)的差異性，發(fā)現(xiàn)4個(gè)水電開(kāi)發(fā)指標(biāo)呈現(xiàn)顯著的差異性(p<0.05)，說(shuō)明基于4個(gè)指標(biāo)的水電開(kāi)發(fā)程度綜合評(píng)估體系在兩江流域中應(yīng)用是合理的。

e.結(jié)合劃分結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩江流域未來(lái)的水電開(kāi)發(fā)重點(diǎn)區(qū)域?qū)⒓性谘诺a江干流的極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)、高程度開(kāi)發(fā)區(qū)、低程度影響區(qū)，大渡河支流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)、低程度開(kāi)發(fā)區(qū)和中程度開(kāi)發(fā)區(qū)，大渡河干流的高程度開(kāi)發(fā)區(qū)和中程度開(kāi)發(fā)區(qū)。其中大渡河支流中程度開(kāi)發(fā)區(qū)和高程度開(kāi)發(fā)區(qū)，在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中需注意水土保持措施的實(shí)施。

f.以大渡河干流流域?yàn)槔?，流域水質(zhì)綜合為優(yōu)，且有穩(wěn)定的國(guó)家省級(jí)保護(hù)魚(yú)類(lèi)和長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)，但在龔嘴等極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)，存在糞大腸菌群和五日生化需氧量水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)的情況，以及長(zhǎng)江特有魚(yú)類(lèi)突然減少的現(xiàn)象。因此，在大渡河干流極高程度開(kāi)發(fā)區(qū)水電運(yùn)行過(guò)程中，需注意對(duì)水生態(tài)環(huán)境和魚(yú)類(lèi)資源的監(jiān)測(cè)保護(hù)。