河流健康与环境变化影响的对策1河流与水的问题

水科学研究2008年第1期WaterScienceResearchVol.2No.1河流健康与环境变化影响的对策夏军1，21中国科学院地理科学与资源研究所北京1001012武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072摘要本文研讨了河流健康的概念和我国当前面临的河流生态保护问题，基于作者承担的科研和咨询项目的工作体会，论述水利工程建设与生态保护的矛盾和争议，河流健康与水资源的可持续利用面临的挑战，重点讨论了气候尤其是人类活动对河流健康的影响，提出一些观点和对策建议。关键词河流健康，资源的可持续利用，环境变化，影响与对策1河流与水的问题河流是维系陆地生命的“血脉”，是人类文明的摇篮。中国是一个河流较发达的国家。据不完全统计，全国流域面积在1000平方公里以上的河流1500多条，流域面积大于1万平方公里的河流有近80条。如果把中国的天然河流连接起来，总长度可达43万公里，可绕地球赤道10.5圈。中国的河流，按照河流径流的循环形式，有注入海洋的外流河，也有与海洋不相沟通流入内陆湖泊或消失于沙漠、盐滩之中的内流河。注入海洋的外流河，又可分为太平洋、印度洋、北冰洋三大水系，约占中国国土面积64%。其中长江、黄河、海河、淮河、黑龙江、珠江、澜沧江、钱塘江等属太平洋水系。长江是中国的第一大河，干流流经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11省、市、自治区，河流长6300多公里，也是世界最长的河流之一；流域面积180万平方公里，占全国陆地总面积的约19%。黄河是中华民族的“母亲河”，以多泥沙而闻名于世，河流长5460多公里，流域面积79.5万平方公里。中国的怒江、雅鲁藏布江属印度洋水系；新疆西北的额尔齐斯河属北冰洋水系。河流隶属于地球系统“陆地-海洋-大气”水循环中的一个重要载体，受到来自全球气候变化和陆地人类活动多个方面环境变化的影响。长期以来，人类依河流而居，为了社会发展和需求，在河流筑坝引水发电、开发水资源，发展防洪、灌溉和城市供水等，充分利用人类文明与进步，设法最大限度地利用河流和改造河流。但是，人类在利用和改造河流的过程中，又不得不面对来自大自然和人类自己行为的挑战。当前，所面对的作者简介：夏军（1954-），男，湖北孝感人，研究员、教授，博士生导师，主要从事水文学及水资源研究。兼任国际水文科学协会副主席、国际水资源协会副主席。Email:[e-mail]1水科学研究2008年第1期WaterScienceResearchVol.2No.1严峻的水问题中，即水多了（洪水灾害）、水少了（干旱及水资源短缺）、水脏了（水污染和生态退化），受气候变化与人类活动的影响的河流健康问题与水资源可持续利用，是人类生存与发展所必须面对的重要的问题。据有关统计资料，我国的河流水资源开发利用程度高，尤其是中国的北方地区河流。经济社会发展需求的总用水量与水资源可利用量的比值，可反映水资源供需的紧张程度，比值大于80%属于水资源供需关系紧张的地区，比值超过100%属于水资源供需矛盾非常突出的地区。图1表明了我国主要流域的水资源供需关系，矛盾最突出的是北方的海河、黄河、淮河、辽河和西北诸河，总用水量已大大超过了流域的可利用水资源量，生产生活用水挤占生态需水，超采地下水，导致了严重的生态与环境问题。当前，我国主要河流污染问题未能得到有效遏制：污染负荷不断增加、污染治理进展艰难，水污染加剧的态势未能得到有效遏制，致使地表水污染严重。2005年，我国七大水系的411个地表水监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为41％、32％和27％。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。七大水系的100个国控省界断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为36％、40％和24％。海河和淮河水系的省界断面污染较重，用水环境生态系统健康的标准衡量，主要河流水环境生态系统处于不健康状态。图1中国主要流域水资源供需关系2水科学研究2008年第1期WaterScienceResearchVol.2No.12环境变化中的气候变化与人类活动的影响据国际上全球气候变化研究权威性评估报告（IPCC）的结论，全球气候变化导致的温度升高是十分明显的，已造成人类赖以生存的地球环境的严重影响，水资源短缺和与水相关的生态退化（如荒漠化等）是一个重要方面。中国在过去的100年内，大陆的年平均气温已增加了0.6-0.8℃；在最近50多年中，即1951-2001年期间大陆平均地表气温变暖幅度约为1.1℃，增温速率每10年已达0.22℃。陆地表层温度的增加导致陆地水循环动力过程的改变，水文极值事件（干旱与洪水）的频率与分布的变化。近30年，中国北方尤其是华北地区干旱化有发展的趋势，近30年来降水量逐年下降，未来10年仍然有继续衰减迹象。1998年，长江流域发生特大洪水灾害，其流域1997年高山雪盖异常增厚以及厄尔尼若现象的出现，似乎洪水灾害的发生与全球变化有某种内在的联系。未来气候变化一种不利的情景预测表明，未来50年长江流域洪水灾害频率有继续增大的可能。客观地说，气候变化导致未来全球温度的增高是确定的，但是气候变化导致的降水和径流变化存在许多不确定性。但是，一般认为气候变暖将引起极端气候事件频率和强度的增加，为河流水循环以及水资源的可持续利用敲响了警钟。需要看到，影响河流水文变化的环境因素并不仅仅来自是气候变化，而且还有人类活动这个重要的驱动因子与效应叠加。人类活动通过修建水利工程、水土保持工程以及跨流域调水工程，正在改造自然状态的河流。为人类提供经济效益和福利的同时有面临严峻的生态与环境问题的挑战。据有关资料统计，截止2002年底全世界已修建了高于15m或库容大于100万m3的大坝有49，700多座，其中中国修建的大坝就有25，000多座。修建水坝能够产生清洁的水电能源、为城市和农业灌溉提供所需的水资源、为流域防洪提供调度控制措施，其经济效益是巨大的。但是，河流修建大坝在相当程度上改变了自然水文情势的时空变化，导致对河流生态系统与水环境直接或间接或潜在的影响，其后果和采取那些适宜的应对措施，确有许多未知和非确知的东西，急待充分地重视和研究。目前，我国在黄土高原已建淤地坝11万多座，拦泥沙210亿吨，极大地改变了小流域生态与环境状况。据水利部门的规划，到2020年，我国将修建淤地坝16.3万座，总共投资约为830多亿元。工程建成后，可新增拦泥能力400亿吨，蓄水能力170亿m3。然而，由于淤地坝等水保工程建设改变了陆面形态，在拦泥蓄水淤地造田的同时，也增加了蒸发量；在减少入河泥沙量的同时，也减少了河流的径流量。随着中国城市化的进程，中国的土地利用和覆被状况在逐步改变，导致河流自然水循环朝着“自然与社会水循环”的相互作用的过程发展，导致象黄河这样中国第二大外流河在上个世纪90年代连续出现的河道断流问题、华北海河流域严重缺水以及由于缺水导致的地下水超采、河道3水科学研究2008年第1期WaterScienceResearchVol.2No.1断流、湖泊湿地退化以及入海水量严重减少的事实，导致许多地区河流与湿地的退化，水利工程建设与生态保护的矛盾和争议等。当前，中国出现的水问题，已经对人类如何看待水资源的可持续利用、对河流生态与环境和河流健康问题发出严重的警示。全球水危机和中国水危机，不是危言耸听，而是已经发生在我们周围，不久将要严重危及地方、区域乃至全国和全球经济社会可持续发展的重大“瓶颈”问题。3对河流健康与水资源可持续利用的几个观点一般说，河流生态系统是以水为核心的复杂生物多样性系统，它既包括了参加物质循环的无机物质、联系生物和非生物的有机化合物等河流生态系统的非生物成分，也包括了生产者－自养生物、大型消费者或吞噬者和微型消费者、腐食者或分解者等生态系统的生物成分，决定生物环境的结构和功能，是最容易受到人类活动影响的生态因素。高强度人类活动包括在河流修建大坝等对河流生态系统的影响主要通过改变系统的物理环境，包括水文、物理化学等特征，进而影响或改变河流生态系统的生物环境，甚至导致生态系统结构和功能退化。由于人类活动对河流生态系统的影响在时间尺度有明显的长程效应和潜在、长期甚至不可逆的影响，目前对它们的影响以及长期的生态监测资料比较缺乏，使得评估人类活动对河流生态与环境系统的影响评价更加困难。因此，在全球变化和人类活动影响下如何维系河流健康和水资源可持续利用，是当前人类社会自己需要认识、研究、反省和采取适应对策的国内外重大的挑战性课题。作为长期从事陆地水文水资源研究的一名科技工作者，笔者在最近十年中承担了南水北调工程中线和西线的生态与环境影响评价方面的有关研究工作，承担了中国科学院“华北地区水循环与水资源安全”的有关研究，承担了国家自然科学基金国际合作重大项目和水利部等“淮河流域闸坝对河流生态与环境影响评估研究”，主要参加了以钱正英院士为首中国工程院重大咨询项目“西北地区水资源配置生态环境建设和可持续发展战略研究”、“东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究”中的生态与环境调查研究。在工作期间，目睹了华北地区尤其是海河流域严重缺水以及由于缺水导致的地下水超采、河道断流、湖泊湿地退化以及入海水量严重减少的事实。在西北和东北项目的各地调查研究中，涉及到河流与湿地的退化与保护的矛盾问题，进一步加深了对环境变化和河流变化的相互联系的思考。2006年4月，与同事和研究生们实地查勘了淮河流域闸坝林立的河流和重点水污染地区，了解闸坝在流域防洪、城市供水和灌溉的巨大作用。同时，也亲身了解河流严峻的水污染问题，中国河流生态与环境修复的难度和艰巨性。2006年6月，我与同事们一道赴海拔在3500的南水4水科学研究2008年第1期WaterScienceResearchVol.2No.1北调西线一期工程调水区实地调查，以雅砻江阿达水库坝址下游临近河段为重点，同时包括了阿柯河、玛柯河、杜柯河、色曲、泥曲、达曲等6条河流以及长江-黄河分水岭调水地区的现状调查与取样的查勘工作，总行程达6875km，多次跨越4500m高山，收集资料和取水样，同时领悟到受气候变化与人类活动的影响的河流健康问题的思索。概括起来，有以下几点感受：3.1河流健康的重要性水是生命的源泉，河流是维系陆地系统生命的“血脉”。在全球气候变化和人类活动的影响下，中国河流以及生态与环境正在发生明显的变化，水资源的脆弱性在不断增加。中国北方干旱地区正在面临气候变化的影响导致干旱化加剧的威胁，已经持续30多年的华北地区干旱问题在未来10多年中仍然面临继续恶化的趋势。南方雨量丰沛地区的干旱问题也在突显，包括2006年长江流域重庆地区特大干旱事件的预计警报信号。河流水污染和生态破坏事件几乎每天都有不同程度发生。维系河流健康是每位中华儿女应尽的责任和义务。3.2何谓河流健康？这是相对于人类对河流的索取而言的。河流的水的可持续利用应该是河流健康的标志，既有索取又不要完全损坏河流的再生性。河流的健康应该建立在健康的水循环这个基础上。主要有三个标志：其一，维持一定的水资源可更新能力(可再生性)。评价河流的健康情况，水资源本身就是可更新的，如断流，地下水超采等，要出现问题；其二，维系一定水平的生态可持续性，主要包括河道的基流、生物等。生态可持续性和水资源可更新是两码事，但是它们是紧密相连的；其三，从河流的特性出发，强调维持一定水与生态系统的动态平衡关系。例如，黄河的水沙平衡、河口地区水盐平衡等3.3如何评价河流的健康？这涉及到河流功能与生态多样性评价。河流功能通常从河流的水文功能（河水丰、平、枯变化，季节周期变化和陆地表层生命物质的输移)、河流的生态功能(如维系河流本身有的水生生物、陆地生物等）以及河流的社会经济服务功能（如河流的供水、航运与发电等）多个方面加衡量。因此，作为科学领域，需要强调以河流系统为对象的气候变化与人类活动影响的生态水文学基础研究，尤其是要加强环境变化