河流生態恢復的目標

　　從20世紀70年代開始，水利工程與河流生態系統的關系問題，在國際科技界和工程界就引起了廣泛的關注，成為環境科學領域中的一個熱門話題。人們從不同的角度分析了水利工程對河流生態系統產生的負面影響，進而提出如何進行補償的問題，在此基礎上產生了河流生態恢復的理論與工程實踐。本文介紹了國際上不同學派對于河流生態恢復的定義，討論了如何結合我國國情研究和規劃河流生態恢復問題。

　　一、生態恢復的緣起

　　1.歷史簡要回顧

　　在數百萬年長期進化過程中，自然河流與周圍的生物種群交織在一起，形成了復雜、有序、動態穩定的河流生態系統，依據其自身規律良性運行。人類歷史與自然河流歷史相比要短暫得多。比如，據科學家估計長江形成的歷史，應追溯到約300萬年前喜馬拉雅山強烈運動時期，而人類有記載的歷史不過幾千年，與河流自然年代相比實在微不足道。但是在這幾千年里，人類為了自身的安全與發展，對河流進行了大量的人工改造，特別是近一百多年來利用現代工程技術手段，對河流進行了大規模開發利用，興建了大量工程設施，改變了河流的地貌學特征。河流一百年的人工變化超過了數萬年的自然演進。有學者估計，至今，全世界有大約60%的河流經過了人工改造，包括筑壩、筑堤、自然河道渠道化、裁彎取直等(Brookes, 2001)。據統計，全世界壩高超過15m或庫容超過300萬m3的大壩有45000座。其中大約40000座大壩是在1950年以后建設的。壩高超過150m或庫容超過250億m3的大壩有305座(ICOLD, 2000)。建壩最多的國家依次為中國、美國、前蘇聯、日本和印度。

　　一方面，這些工程為人類帶來了巨大的經濟和社會效益，另一方面卻極大地改變了河流自然演進的方向。人們始料未及的是對于河流大規模的改造造成了對河流生態系統的脅迫，導致河流生態系統的不同程度的退化。這種退化也降低了河流生態系統的服務功能。

　　人們開始反思水利工程的功過得失，特別是討論水利水電工程對于生態系統的負面影響問題。20世紀70年代在西方國家就出現了反對建設大壩的觀點和思潮，稱大壩為“河流殺手”。到20世紀80年代以后，西方國家一些擬建的水利水電工程由于受到社會輿論的猛烈批評，致使計劃終止。一些學者還進一步主張要拆除現存的大壩，還自然河流以本來面目。20世紀90年代，發達國家開始小規模地拆除大壩，比如美國拆除了180座小型水壩，計劃在2001年再拆除30座。

　　大規模的調水工程在前蘇聯也受到致命性的打擊。前蘇聯自20世紀30年代開始建設大規模調水工程。至蘇聯解體為止，相繼完成費爾干納大灌渠(1939)、北克里木運河(1971)、卡霍夫主干渠(1979)和列寧一卡拉庫姆運河(1980)等近百項規模不等的調水工程，主要分布在缺水的烏克蘭、俄羅斯歐洲地區南部和中亞地區，調水線路總長6000多km，年調水總量高達861億m3。到20世紀80年代中期，全國調水工程建設形成高潮，更大的調水工程還在規劃中。但是形勢卻發生了急劇逆轉。1985年官方準許在媒體上公開批評調水工程，于是全國范圍開展了一場關于調水工程合理性的大辯論。反對派的主要觀點是調水工程存在著潛在的嚴重生態危機，而決策者和設計者對此問題評估不足。另外，反對派認為在經濟上調水工程是一種揮霍浪費。認為對于南方干旱地區可以靠工業節水和改造灌溉系統等多種途徑來解決。反對派中許多作家和知名學者反對調水工程的另外理由是工程給俄羅斯北部的中世紀城市、教堂、寺廟等歷史文化遺產帶來損害。在這種形勢下，戈爾巴喬夫領導下的蘇共中央和部長會議于1986年8月通過一項決議，要求暫停調水工程的設計工作，授權國家科委等單位組織開展對水資源再分配的科學問題研究，并進行全面經濟和生態研究論證。隨后幾年，前蘇聯局勢急轉直下，到蘇聯解體后，大規模調水工程計劃也就從此束之高閣。

　　2.水利工程對河流生態系統的脅迫

　　自然與人類活動對于生態系統造成的壓力，生態學中稱為脅迫(stress)。人類活動對于河流生態系統的脅迫主要來自以下幾個方面：①工農業及生活污染物質對河流造成污染；②從河流、水庫中超量引水，使得河流本身流量無法滿足生態用水的最低需要；③通過對湖泊、河流灘地的圍墾擠占水域面積以及上游毀林造成水土流失，導致湖泊、河流的退化；④在河流的水庫中，不適當地引入外來物種造成生物入侵，使鄉土物種消失和生態系統水平退化。

　　水利工程對于河流生態系統的脅迫主要表現在兩方面：一是自然河流的渠道化，二是自然河流的非連續化。

　　所謂“河流渠道化”是指：①平面布置上的河流形態直線化。即將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線形的人工河流或人工河網。②河道橫斷面幾何規則化。把自然河流的復雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規則幾何斷面。③河床材料的硬質化。渠道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質材料。防洪工程的河流堤防和邊坡護岸的迎水面也采用這些硬質材料。河流的渠道化改變了河流蜿蜒型的基本形態，急流、緩流、彎道及淺灘相間的格局消失，而橫斷面上的幾何規則化，也改變了深潭、淺灘交錯的形勢，生境的異質性降低，水域生態系統結構與功能隨之發生變化，特別是生物群落多樣性隨之降低，可能引起淡水生態系統退化。

　　自然河流的非連續化。筑壩是順水流方向的河流非連續化。流動的河流變成了相對靜止的人工湖，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發生了重大變化。庫區內原來的森林、草地或農田統統淹沒水底，陸生動物被迫遷徙。水庫形成后也改變了原來河流營養鹽輸移轉化的規律。由于水庫截留河流的營養物質，氣溫較高時，促使藻類在水體表層大量繁殖，產生水華現象，藻類蔓延遮蓋住大植物的生長使之萎縮，而死亡的藻類沉入水底，腐爛的同時還消耗氧氣，溶解氧含量低的水體會使水生生物“窒息而死”。由于水庫的水深高于河流，在深水處陽光微弱，光合作用也弱，導致水庫的生態系統比河流的生物生產量低，相對脆弱，自我恢復能力弱。河流泥沙在水庫淤積，而大壩以下清水下泄又加劇了對河道的沖蝕，這些變化都大幅度改變了生境。由于靠水庫進行人工徑流調節改變了自然河流年內豐枯的水文周期規律，即改變了原來隨水文周期變化形成脈沖式河流走廊生態系統的基本狀況，最后，眾所周知，不設魚道的大壩對于洄游魚類是不可逾越的障礙。

　　另一類非連續性是由于筑堤引起的。堤防也有兩重性。一方面起防洪作用，另一方面又妨礙了汛期主流與汊流之間的溝通，阻止了水流的橫向擴展，形成另一種側向的水流非連續性。堤防把干流與灘地和洪泛區隔離，使岸邊地帶和洪泛區的棲息地發生改變，原來可能擴散到灘地和洪泛區的水、泥沙和營養物質被限制在堤防以內的河道內，植被面積明顯減少，魚類無法進入灘地產卵和覓食，也失去了躲避風險的避難所。魚類、無脊椎動物等的大幅度減少，導致灘區和洪泛區的生態功能退化。

　　二、河流生態恢復和生態工程學的定義

　　人們對于水利工程給河流生態系統帶來的脅迫進行反思和總結以后認為，應該緩解對河流生態系統的壓力，對于各種脅迫因素給予補償，恢復河流原有面貌，于是出現了“河流恢復”的概念和相應工程技術。美國土木工程師協會對于“河流恢復”有以下定義：“河流恢復是這樣一種環境保護行動，其目的是促使河流系統恢復到較為自然的狀態，在這種狀態下，河流系統具有可持續特征，并可提高生態系統價值和生物多樣性。”(ASCE, 2003)

　　河流生態恢復是生態工程學的一個分支。所謂生態工程學是20世紀80年代開始，為促進工程學與生態學相結合形成的一門新興的交叉學科。1989年Mitsch等對于“生態工程學”(Ecologicai Engineering)給出定義，Mitsch有時也使用“生態技術”(Ecotechnology)一詞。1993年美國科學院所主辦的生態工程研討會上根據Mitsch的建議，把“生態工程學”定義為：“人類社會與其自然環境相結合，以達到雙方受益的可持續生態系統的設計方法。”生態工程學的范圍很廣，包括河流、湖泊、濕地、礦山、森林、土地及海岸等的生態建設問題。

　　1.河流生態恢復的目標

　　在“河流生態恢復”的目標方面，學術界存在著不同的表述，這些表述也反映了不同的學術觀點，從過程、目標到相關措施都有很大的差別。對于河流生態恢復定義有以下主要表述：

　　“完全復原”(Full restoration, Cairns, 1991)，定義為“使生態系統的結構和功能完全恢復到干擾前的狀態”。完全復原首先是河流地貌學意義上的恢復，這就意味著拆除大壩和大部分人工設施以及恢復原有的河流蜿蜒性形態。然后，在物理系統恢復的基礎上促進生物系統的恢復。

　　“修復”(Rehabilitation)，定義為“部分地返回到生態系統受到干擾前的結構和功能”。

　　“增強”(Enhancement, National Research Council, 1992)，定義為“環境質量有一定程度的改善”。

　　“創造”(Creation, National Research Council, 1992)，定義為“開發一個原來不存在的新的河流生態系統，形成新的河流地貌和河流生物群落”。

　　“自然化”(Naturalization, Rhoads and Herricks, 1990)。“自然化”的出發點是，由于人類對于水資源的長期開發利用，已經形成了一個新的河流生態系統，而這個系統與原始的自然動態生態系統是不一致的。在承認人類對于水資源利用的必要性的同時，強調要保護自然環境質量。通過河流地貌及生態多樣性的恢復，達到建設一個具有河流地貌多樣性和生物群落多樣性的動態穩定的、可以自我調節的河流系統。

　　對應不同的恢復目標，采取不同的措施。概括各種措施不外以下幾種：①人工直接干預。通過人工栽種植被，改變植被結構，引進某些生物以達到生態恢復的目標。②自然恢復。主要依靠生態系統自我設計、自我組織、自我修復和自我凈化的功能，達到生態恢復目標。③增強恢復。是介于以上兩種方法的中間路線。在初期的物質和能量的投入基礎上，靠生態系統自然演替過程和河流侵蝕與泥沙輸移實現恢復目標。

　　上述幾種恢復目標中，實現“創造”這種目標主要靠人工直接干預，其余幾種目標依靠增強恢復和自然恢復，不過側重點有所不同。

　　2.各種恢復目標的異同

　　上述幾種生態恢復目標存在著共同點。首先，都是從河流生態系統的整體性出發，確定恢復的著眼點是河流生態系統的結構和功能。研究表明，在一個淡水水域中，各類生物相生相克，形成了復雜的食物鏈(網)結構。一個物種類型豐富而數量又均衡的食物網結構，其抵抗外界干擾的承載力高，生態功能(如能量流動、物質循環、物種流動等)也會趨于完善和健康。其次，各種恢復目標都把生物群落多樣性作為恢復程度的主要衡量標準，而不是僅僅恢復岸邊植被或恢復某些單一物種。最后，從生物群落多樣性與河流生境的統一性原理出發，都強調恢復工程要遵循河流地貌學原理。

　　至于幾種恢復目標的差別，一些學者對于“完全恢復”這種目標提出質疑。到底恢復到什么歷史時期的狀況？幾十年前抑或幾百年前？由于缺乏河流干擾前的地圖、文字或其他圖像等科學資料，所以弄清楚干擾前的河流狀況是十分困難的。何況近代社會人們在河流上已經建設了大量的水利設施，在經濟社會發展中發揮著巨大效益，閘壩、堤防、航道等這些基礎設施已經成了河流恢復的重要約束條件。如果全面拆除大壩及各種水利設施以恢復河流的原始面貌，從經濟分析和防洪安全觀點看可以說是完全不現實的。如美國在20世紀90年代拆除了180座小型水壩，僅占美國大壩總數0.23%，但拆壩之舉在科學界引起了廣泛爭論。著名生態學家Mitsch (2004)指出，回顧20世紀90年代的拆除大壩行動，“對于拆壩帶來的影響的科學研究論證很不充分，往往是零散片斷地進行，采取的方法是一種‘學院式’的方法而不是用整體式方法”。Han(2002)批評說：“已往拆壩的科學論證工作是基于定性的觀察而不是定性的測量。由于缺乏對總體因素比如泥沙輸移和水溫等重要因素的全面分析，拆壩行動論證中對于拆壩的理由和造成的影響分析往往基于錯誤的假設。”

　　其次，對于“創造”一個新的河流生態系統，也有不同觀點。不少學者主張，應該更多地依靠自然界的力量，依靠自然演替過程實現生態恢復的目標。人工生態系統的建立具有很大的不確定性，何況創造新的人工生態系統的成本很高。歐洲和日本的河流恢復實踐大多傾向于在承認河流開發現狀的基礎上，進行河流的生態恢復。在權衡滿足經濟社會需求與滿足生態健康關系上，大體采取兩者并重的立場。

　　三、如何結合我國的國情

　　如何結合我國的國情考慮河流生態恢復工程?首先，對于水利工程建設要采取面對現實的態度，充分肯定水利工程對于國家經濟社會發展的重要作用，為了防洪、供水、灌溉、發電和航運等目的，現在和將來，社會還離不開水利工程。如果在我國侈談為恢復河流生態而大規模拆除大壩，將是完全脫離社會實際的。如果簡單引用西方學者觀點一概反對建壩，恐怕也失之偏頗。我們要承認水利工程為經濟社會服務這個基本現實，在此基礎上，研究河流生態恢復問題。同樣，針對工程對生態系統的脅迫問題，也應該采取面對現實的科學態度，而不是回避的態度，要承認并且深入研究這些負面影響，新建水利工程需要在充分論證對生態系統的影響基礎上進行建設。對于新建和已建工程，要采取各種工程措施、管理措施和生物措施，盡可能減輕對于河流生態系統的壓力，對于生態系統的脅迫給予補償，在一定程度上恢復河流原有的面貌。總之，應該提倡“趨利避害”的原則，而不主張“因噎廢食”的做法。

　　我國治水歷史悠久，古籍記載的大禹治水約發生在公元前21世紀，這說明中華民族大規模的治水活動至今已經有4000余年的歷史。古往今來大規模水利工程建設，包括筑壩、筑堤、裁彎取直、渠道化、人工河網化等，已經使我國眾多的自然河流面貌發生了巨大的變化。盡管我國有大量的古籍記載了歷代治水的歷史、對策，但是仍然缺乏大中型河流的包括生態狀況的自然演變和人類活動的科學資料。在美國可以討論河流恢復的目標是歐洲移民到達前河流未受干擾的狀況，其實那不過是二三百年前的歷史，而對于我國來說，如果討論恢復到干擾前的狀況是完全缺乏科學基礎的。退一步講，即使討論恢復到50年前大規模水利建設以前河流生態狀態，在缺乏較完整的科學資料條件下，制定這樣的生態恢復目標同樣會遇到困難。我國河系的中下游地區，人口密集，土地利用率高，為防洪目的沿河筑堤已經成為河流恢復的主要約束條件。大范圍地調整河流地貌學特征，對于大中型河流來說余地已經不多。

　　綜上所述，在我國對大中型河流生態“完全恢復”可以說是不現實的。在我國需要全面介紹發達國家提出的“河流恢復”的戰略規劃和經驗，全面介紹西方各種學派對于河流恢復的認識，不可簡單地將某一種學派的結論照搬到我國河流整治的實踐中來。實際上，主張拆壩，實現“完全恢復”河流原貌的也僅是一種學派主張，西方各國也是因地制宜地制定河流恢復的目標，制定河流恢復的規劃并進行設計和實施的。

　　我們應實事求是地研究我國河流的保護問題。考慮到我國目前所處的經濟發展階段，從經濟實力看，在我國多數地區還難以按照西方國家的高標準進行河流恢復建設。生態建設要進行經濟分析，充分考慮投入產出關系，取得生態效益的最大化。在我國值得提倡的經濟可行的技術路線是充分利用生態系統自我設計、自我組織的功能，實現生態系統的自我修復，重點是減輕人為對河流生態系統的脅迫，包括強化治污和污水排放控制，保持最低生態需水量等。在河流恢復工程中，在初期投入少量資金，建設必要的人工輔助措施，主要是恢復和構筑河流的自然形態和生物棲息地，最大限度地發揮生態系統自我修復功能。如果靠國家大量投資進行河流生態建設，力圖“創造”一個新的生態系統，本質上說這也是“改造自然”的一種新翻版。

　　總之，在我國河流恢復的目標不可能是返回到某種本來不清楚的原始狀態，也不是創造一個全新的生態系統，而是立足河流生態系統現狀，積極創造條件，發揮生態系統自我恢復功能，使河流廊道生態系統逐步得到恢復。

　　按照我國的國情和治河經驗，治河工程大多是綜合治理，在我國現實可行的路線是，結合河流防洪、整治和城市水景觀建設等工程項目，綜合開展河流生態恢復建設。

　　重要的問題是水利工程建設如何處理好人與自然的關系，在權衡社會經濟需求與生態系統健康需求這兩者關系方面，結合我國的情況，要改變水利工程建設僅僅是為開發利用水資源這種單一目標，要強調水利工程在滿足人類社會需求的同時，應兼顧水域生態系統的健康和可持續性。為此，需要吸收生態學知識，促進水利工程學與生態學的結合，改善水利工程的規劃設計方法，發展生態水利工程學，盡量減少對于生態系統的脅迫，充分考慮生態系統健康的需求問題。


參考文獻：

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作者簡介
董哲仁 中國水利水電科學研究院教授級高級工程師、博士生導師