水利工程的生态环境效应分析范文

1水利工程生态环境效应的内涵

明确水利工程生态环境效应的内涵是进行生态环境效应评价的前提，其重要性体现在评价内容的涵盖范围、评价指标的恰当选取、指标体系的建立等全过程中，关乎最终评价结果的可靠性。目前对于水利工程生态环境效应这一概念，国内外学者没有给出明确定义。从普遍意义上讲，水利工程的生态环境效应是指水利工程的兴建对生态环境系统产生了影响，受扰动的自然界在生物个体、生物群体和生态环境系统3个层面上做出的响应。一般认为，水利工程的生态环境效应是指工程建设及运行对河流生态环境系统结构和功能的各种影响;孙宗凤等把生态环境效应归纳为水利工程建成后对自然界的生态破坏和生态修复两种效应的综合结果;常本春等认为水电工程的生态环境效应分析是建立在生态基础之上的，并对人类、自然、野生动植物等受到的影响进行了综合分析，而对经济效益和社会效益不作评价，经过定性分析认为水电工程的生态负效应大于正效应。国外对于水利工程环境影响评价及效应评价没有特意做出区分，前者是指在方案实施前，预测其对环境系统可能的影响，有严格的评估规范和操作步骤;而后者则指水利工程在建设期和运行期对生态环境系统产生的重大、局部的影响，如沉积扰动、径流减少、水质恶化、水生生态系统和河岸生态系统的破坏等。把握好水利工程生态环境效应的内涵应重视以下3个方面:首先是生态环境效应的时间尺度，不能仅考虑工程建成后的生态环境效应，还要着眼于水利工程规划、设计、建造、运行的整个过程;其次是生态环境效应的空间尺度，不能局限于河流生态环境系统，还包括陆地生态环境系统、人类生活生产系统，考虑对自然界的综合结果;最后是生态环境效应的全面性，除了考虑工程建设期和运行期所产生的负面效应，也要考虑其正面效应，包括其对生态环境系统的修复作用，对人类社会的经济效益和社会效益。

2水利工程生态环境效应的评价体系

水利工程生态环境效应是一个涉及生态、环境、社会、经济的复杂大系统，需要客观、全面地分析水利工程对当地生态环境和社会经济的影响。水利工程生态效应评价不同于工程建设前的环境影响评价，与水电工程后评估也不同，它是针对已建成的水利工程，从人居环境影响、野生动植物影响、自然规律影响、经济发展影响等4个方面进行综合分析。水利工程生态环境效应评价体系主要由评价指标体系、评价标准和评价方法构成。

2．1评价指标体系随着对水利工程生态环境效应的深入研究，国内外专家提出了一些评价指标体系、评价方法和评价模型，但对此还没有达成共识，如何确立一套合理的、科学的、具有代表性的指标体系和评价方法，是众多学者长久以来关注的热点问题。目前水利工程生态环境效应评价指标体系的构建主要有以下几种模式:a．基于传统的生态环境质量评价方法建立指标体系。采用传统的层次分析法、主成分分析法、模糊评价法、灰色关联度分析法和TOPSIS分析法等，一般指标体系分为目标层、准则层和指标层，是一种树状结构，指标体系的建立遵循系统性、代表性、独立性、动态性、客观性、定性与定量相结合等原则。b．基于压力-状态-响应模式(pressure-state-response，PSR)及改进模式建立指标体系。PSR模式的理论基础是研究人与自然的相互关系，选取指标时采用“压力-状态-响应”这一逻辑思维方式，目前许多政府和组织都认为PSR模式是运用于环境指标组织和环境现状汇报最有效的框架，其已被广泛应用于环境管理、生态安全评价及决策制定等领域。在PSR模式广泛应用的同时，国内外也出现了许多改进模式，如状态-压力-响应模式(state-pressure-response，SPR)、驱动力-状态-响应模式(drivingforce-state-response，DSR)、压力-状态-响应-潜力模式(pressure-state-response-potentialframework，PSRP)、驱动力-压力-状态-影响-响应模式(drivingforce-pressure-state-impact-response，DPSIR)和驱动力-压力-状态-响应-控制模式(drivingforce-pressure-state-response-control，DPSRC)等，基于这些模式建立的指标体系具有其独特的优点，更适合于较陌生生态环境系统的认识和管理，既能考虑各环节指标间的交互作用，又使评价过程得以分解、简化，因此也是国内外学者研究的热点。常本春等从生态角度出发借鉴PSR模式构建了水电工程生态效应评价指标体系;王兵等分别采用灰色关联度法、综合评价法和驱动力-压力-状态-影响-响应多方案综合决策支持系统(drivingforcepressurestateimpactresponse-multipledecisionsupportsystem，DPSIR-mDSS)，对黄土高原丘陵区1999—2009年水土流失综合治理生态恢复环境效应进行评价，建立了水土流失综合治理生态环境效应的树状评价指标体系和基于DPSIR-mDSS模式的生态恢复环境效应评价指标体系。c．基于生态足迹法建立指标体系。Rees等于1992年提出生态足迹法，并由Wackernagel等进行完善，这是一种衡量可持续发展程度的方法，被广泛应用于区域可持续发展度量和生态经济中的多个领域;肖建红等应用生态足迹法建立了水利工程生态供给足迹模型和生态需求足迹模型，以2002年为计算基准年，从全国尺度初步计算了水利工程对河流生态系统服务功能的影响，在一定程度上给水利工程运行的可持续性提供了参考;董雅洁等应用生态足迹法，从区域尺度计算漫湾水电站生态供给足迹和生态需求足迹，研究电站对河流生态系统服务功能的影响。

2．2评价标准无论进行何种评价都需要有依据和标准，确立生态环境效应评价标准就是要建立一套衡量生态环境质量和人类活动影响程度的定量参照系，使决策者能够通过与参照系的比较确定当前状态，进而采取措施减轻或消除生态负效应，改善生态环境现状。由于评价目的不同或者采用的评价模型不同，生态环境效应评价标准的形式也就不同;另外不同区域的自然环境条件、经济发展状况、社会背景等存在差异，很难形成统一的标准进行评价，因此目前对于生态环境效应评价而言没有绝对的评价标准，要以实际情况为基础制定评价标准。综合国内外已有的研究成果，将制定生态环境效应评价标准的依据概述如下，其中有些可以直接作为水利工程生态环境效应评价标准的依据，有些则只能作为参考，因此在评价前需要明确水利工程生态环境效应评价的独特性，从而制定符合实际的评价标准。a．国际标准、国家标准、地方标准、行业规范等，如国家已的环境质量标准GB3838—2002《地表水环境质量标准》、SL395—2007《地表水资源质量评价技术规程》、GB3095—1996《环境空气质量标准》、SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》等，另外行业环境评价规范、地方政府标准、河流水系保护要求、特别区域的保护要求等也是评价标淮的依据。b．研究区域的背景值和本底值，包括水利工程兴建前河流水系的连通性、年径流变化、水质达标程度、区域植被覆盖率、生物多样性指数、区域水土流失本底值等。c．类比标准，以自然条件相似的原生生态系统或以未受人类严重干扰的相似生态环境作为类比标准;以类似条件的生态因子和功能作为类比标准，如类似生境的生物多样性、植被覆盖率、水资源分配等。d．研究成果，如河流水质达标率评价标准、水土流失强度标准等。e．专家经验，即根据专家经验确定指标分级标准。

2．3评价方法由于水利工程对生态环境的影响是多方面的，单因子评价根本无法全面、准确地反映水利工程的生态环境效应，因此多采用综合评价方法。目前综合评价方法已有数十种之多，在许多学科领域都有广泛应用，王宗军等［32-33］对典型的综合评价方法进行了综述，根据各方法依据的理论及评判过程的特点，归纳起来大致可以分为以下3类。a．基于经验的综合评价方法，主要依赖评价专家的经验及其对评价对象、评价领域的通晓程度，代表性方法有专家打分法、德尔菲法。这种评价方法原理简单，适用面广，且在应用过程中的解释较为直观;但是其主观性较强，准确性得不到保证，且时间、人力、物力耗费较多。李春华等将专家打分法应用于太湖湖滨带生态系统健康评价研究中;刘芳等［35］将改进后的德尔菲打分法应用于城市生态环境基础质量研究中以确定评价因子权重。b．基于数值和统计的综合评价方法，运用数学理论和解析方法对评价系统进行严密的定量描述和计算，代表性方法有加权平均法、TOPSIS法、主成分分析法、灰色关联度分析法。这种评价方法数学逻辑性强，理论依据充分，充分利用原有数据信息，评价结果可信度高;但是对数据及其定量化要求较高，约束条件太多。Torfi等提出了一种模糊多准则决策方法(fuzzymulti-criteriadecision-makingapproach，FMCDM);陈艳萍等利用模糊优选法和TOPSIS法确定各地区水权分配比例及分配量;傅湘等［38］采用主成分分析法进行了区域水资源承载能力的综合评价。c．基于决策和智能的综合评价方法，融入人类主观判断或者模仿人脑的功能，通过模仿人类处理信息的思维能力来重现决策支持，代表性方法有层次分析法、模糊综合评价法、人工神经网络法。这种评价方法将定量与定性分析相结合，容错性较好，评价效率高，评价范围广，评价结果可信度高;但是个别方法带有主观性，有些只考虑了主要因素影响，智能评价方法的逻辑推理过程不够清晰。陈桥等将层次分析法应用于矿山生态环境定量评价研究中;Dahiya等应用模糊集理论进行地下可饮用水的理化性质决策评价;王俭等建立了基于人工神经网络的区域水环境承载力评价模型。

3相关学科的形成和发展

传统的水利工程是通过建设水工建筑物来达到改造和控制河流的目的，满足人们生产生活的多种需求。近20年来，在大力发展水利工程的同时，人们逐渐意识到水利工程建设对生态环境的负面影响，开始注意对生态系统的保护，并在一定意义上发展了生态工程技术和建设理念。关于河川的生态工程，德国称为近自然河道治理工程，日本称为多自然型建设工法(又称生态工法)，美国称为自然河道设计技术。与此同时，许多国家推进了生态工程理论的发展，并逐渐形成了一门新的学科———生态工程学，其研究范围涵盖河流、湖泊、湿地、矿山、森林、土地及海岸等诸多方面，主旨是寻求人类社会和自然环境双方共同受益，探讨可持续生态系统的设计方法。我国水利工程生态环境效应的研究也促进了生态水工学、生态水文学、生态水力学、景观生态学等交叉学科的发展。传统的水利工程学和生态学交叉融合形成了一门新的学科———生态水利工程学，简称生态水工学，其研究对象不仅包括传统水利工程学研究的河流、湖泊等构成的水文系统，还包括具备生命特性的河流生态系统。董哲仁等对生态水工学进行了探索，认为生态水工学是水利工程学的一个新的学科分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水文学研究水文过程与生物过程的耦合关系，研究范围包括陆地上的气候-土壤-植被之间的动态关系，河流水文情势及其变化对水生生物和河流生态系统的影响，以及流域尺度上水文过程和生态系统的相互关系。自1992年都柏林“水与环境”国际会议至今，生态水文学的内涵在不断改进和完善，其中最重要的一点在于水文要素和生物要素之间的影响和调节作用。生态水力学是研究水动力学和水生态系统动力学之间相互作用的一门新兴交叉学科，研究范围包括生态流量、鱼道、水质、富营养化与水华、洪泛区、湿地、水生态栖息地和水域生态修复等。它一方面研究水力条件的改变对水生态系统平衡及生物多样性的影响，另一方面研究水生态系统的演变对水力情势的反作用，从微观上探索水与生态系统之间的基础动力学过程。陈求稳等指出生态水力学模型已很好地应用于莱茵河下游生态栖息地评价和荷兰Veluwe湖沉水植物竞争性生长模拟等案例中。景观生态学融合了生态学、地理学、系统论和信息技术等学科的理论和方法。早在1939年德国地理学家Troll即创造了“景观生态学”一词，并把它定义为研究某一景观中生物群落之间错综复杂的因果反馈关系的学科。此后该学科经不断发展充实，目前研究的重点内容包括景观格局的形成和动态及其与生态学过程的相互作用、格局-过程-尺度间的关系、景观的等级结构和功能特征以及尺度推绎、景观异质性的维持和管理等。

4水利工程生态环境效应研究的发展趋势

a．评价指标体系的进一步研究。在水利工程生态环境效应评价中，指标体系的建立是关键。生态环境系统的发展变化受多种因素影响，从中选择能较好地反映系统状态、能基本反映水电开发对生态环境产生的累积和叠加影响的指标因子是一个较难把握的问题;此外定量指标的收集、计算以及定性指标的合理分析、估计也是评价过程中的一大难点。未来的研究要综合考虑这些问题，力求建立一套科学合理的、具有代表性的评价指标体系。b．统一评价标准的建立。目前水利工程生态环境效应评价还没有统一的评价标准，这里的“统一”是指广义上的统一。由于评价对象各方面条件不同，不可能用统一标准来评价，但可以建立广义上的统一评价标准，如可以根据评价对象所处地区的不同，建立分区评价标准，同一区域内的评价对象采用相同的评价标准;评价对象规模不同，建立分级评价标准，同一级别的评价对象采用相同的评价标准;还可以根据水利工程类型不同，建立相应的评价标准等。有了这样的统一评价标准，在以后的水利工程生态环境效应评价中，不再需要评价者自行建立评价标准，使得评价结果更具有科学性和可比性。c．评价方法的改进。联合运用多种综合评价方法并借鉴其他学科领域的评价方法，以弥补单个评价方法的不足，使得评价结果更准确、评价过程更简单。随着计算机技术的飞速发展，大力开发智能评价技术，把专家系统、知识工程、人工神经网络等先进的人工智能技术引入到水利工程生态环境效应评价领域中，研究开发综合评价计算机软件系统，提供友好的人机交互界面，实现问题描述可视化和智能评价过程，减少人工参与，降低综合评价的工作强度及评价成本，提高评价结果的可信度。此外遥感和地理信息系统等信息技术的应用也具有极大的前景。d．流域尺度上生态效应的研究。过去水利工程开发的生态影响评价侧重于单一工程的局部影响，较少考虑多个工程开发的综合影响和梯级开发的累积影响，从而导致流域范围内生态环境问题的频繁出现。因而加强水利工程的流域尺度生态效应研究，有助于从根本上分析、评估水利工程对流域生态环境系统结构与功能的影响，为保障流域水资源的合理而适度地开发利用提供技术支持。

5结语

水利工程建设在为人类带来巨大社会效益和经济效益的同时，也扰动了长期形成的生态环境系统的稳定性，因此需要科学地分析和评价水利工程与生态环境系统之间的相互作用关系，促进人类社会和自然环境健康和谐地发展。本文综述了水利工程生态环境效应研究中的一些热点问题，包括生态环境效应的内涵、评价指标体系、评价标准、评价方法和相关学科的发展。目前我国水利工程生态环境效应评价还处于探索阶段，建立统一的评价标准、改进评价方法和扩大水利工程生态环境效应研究尺度等问题有待进一步研究。

作者：尚淑丽顾正华曹晓萌单位：浙江大学建筑工程学院