一、生態(tài)恢復(fù)的緣起

　　1.歷史簡要回顧

　　在數(shù)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(fù)雜、有序、動態(tài)穩(wěn)定的河流生態(tài)系統(tǒng)，依據(jù)其自身規(guī)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(jù)科學(xué)家估計長江形成的歷史，應(yīng)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(fā)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(xiàn)代工程技術(shù)手段，對河流進行了大規(guī)模開發(fā)利用，興建了大量工程設(shè)施，改變了河流的地貌學(xué)特征。河流一百年的人工變化超過了數(shù)萬年的自然演進。有學(xué)者估計，至今，全世界有大約60%的河流經(jīng)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(jù)統(tǒng)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(shè)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(lián)、日本和印度。

　　一方面，這些工程為人類帶來了巨大的經(jīng)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(guī)模的改造造成了對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的不同程度的退化。這種退化也降低了河流生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)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(tài)系統(tǒng)的負面影響問題。20世紀70年代在西方國家就出現(xiàn)了反對建設(shè)大壩的觀點和思潮，稱大壩為“垂直綠化花箱河流殺手”。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(xué)者還進一步主張要拆除現(xiàn)存的大壩，還自然河流以本來面目。20世紀90年代，發(fā)達國家開始小規(guī)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(guī)模的調(diào)水工程在前蘇聯(lián)也受到致命性的打擊。前蘇聯(lián)自20世紀30年代開始建設(shè)大規(guī)模調(diào)水工程。至蘇聯(lián)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(guī)模不等的調(diào)水工程，主要分布在缺水的烏克蘭、俄羅斯歐洲地區(qū)南部和中亞地區(qū)，調(diào)水線路總長6000多km，年調(diào)水總量高達861億m3。到20世紀80年代中期，全國調(diào)水工程建設(shè)形成高潮，更大的調(diào)水工程還在規(guī)劃中。但是形勢卻發(fā)生了急劇逆轉(zhuǎn)。1985年官方準許在媒體上公開批評調(diào)水工程，于是全國范圍開展了一場關(guān)于調(diào)水工程合理性的大辯論。反對派的主要觀點是調(diào)水工程存在著潛在的嚴重生態(tài)危機，而決策者和設(shè)計者對此問題評估不足。另外，反對派認為在經(jīng)濟上調(diào)水工程是一種揮霍浪費。認為對于南方干旱地區(qū)可以靠工業(yè)節(jié)水和改造灌溉系統(tǒng)等多種途徑來解決。反對派中許多作家和知名學(xué)者反對調(diào)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(chǎn)帶來損害。在這種形勢下，戈爾巴喬夫領(lǐng)導(dǎo)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(diào)水工程的設(shè)計工作，授權(quán)國家科委等單位組織開展對水資源再分配的科學(xué)問題研究，并進行全面經(jīng)濟和生態(tài)研究論證。隨后幾年，前蘇聯(lián)局勢急轉(zhuǎn)直下，到蘇聯(lián)解體后，大規(guī)模調(diào)水工程計劃也就從此束之高閣。

　　2.水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫

　　自然與人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力，生態(tài)學(xué)中稱為脅迫(stress)。人類活動對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫主要來自以下幾個方面：①工農(nóng)業(yè)及生活污染物質(zhì)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(tài)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(dǎo)致湖泊、河流的退化；④在河流的水庫中，不適當(dāng)?shù)匾胪鈦砦锓N造成生物入侵，使鄉(xiāng)土物種消失和生態(tài)系統(tǒng)水平退化。

　　水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫主要表現(xiàn)在兩方面：一是自然河流的渠道化，二是自然河流的非連續(xù)化。

　　所謂“河流渠道化”是指：①平面布置上的河流形態(tài)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(wǎng)。②河道橫斷面幾何規(guī)則化。把自然河流的復(fù)雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面。③河床材料的硬質(zhì)化。渠道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質(zhì)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(zhì)材料。河流的渠道化改變了河流蜿蜒型的基本形態(tài)，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(guī)則化，也改變了深潭、淺灘交錯的形勢，生境的異質(zhì)性降低，水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能隨之發(fā)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(tài)系統(tǒng)退化。

　　自然河流的非連續(xù)化。筑壩是順水流方向的河流非連續(xù)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(fā)生了重大變化。庫區(qū)內(nèi)原來的森林、草地或農(nóng)田統(tǒng)統(tǒng)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(yǎng)鹽輸移轉(zhuǎn)化的規(guī)律。由于水庫截留河流的營養(yǎng)物質(zhì)，氣溫較高時，促使藻類在水體表層大量繁殖，產(chǎn)生水華現(xiàn)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高架滴管，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(dǎo)致水庫的生態(tài)系統(tǒng)比河流的生物生產(chǎn)量低，相對脆弱，自我恢復(fù)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(diào)節(jié)改變了自然河流年內(nèi)豐枯的水文周期規(guī)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(tài)系統(tǒng)的基本狀況，最后，眾所周知，不設(shè)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(xù)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(cè)向的水流非連續(xù)性。堤防把干流與灘地和洪泛區(qū)隔離，使岸邊地帶和洪泛區(qū)的棲息地發(fā)生改變，原來可能擴散到灘地和洪泛區(qū)的水、泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)被限制在堤防以內(nèi)的河道內(nèi)，植被面積明顯減少，魚類無法進入灘地產(chǎn)卵和覓食，也失去了躲避風(fēng)險的避難所。魚類、無脊椎動物等的大幅度減少，導(dǎo)致灘區(qū)和洪泛區(qū)的生態(tài)功能退化。

　　二、河流生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)工程學(xué)的定義

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

　　河流生態(tài)恢復(fù)是生態(tài)工程學(xué)的一個分支。所謂生態(tài)工程學(xué)是20世紀80年代開始，為促進工程學(xué)與生態(tài)學(xué)相結(jié)合形成的一門新興的交叉學(xué)科。1989年Mitsch等對于“生態(tài)工程學(xué)”(Ecologicai Engineering)給出定義，Mitsch有時也使用“生態(tài)技術(shù)”(Ecotechnology)一詞。1993年美國科學(xué)院所主辦的生態(tài)工程研討會上根據(jù)Mitsch的建議，把“生態(tài)工程學(xué)”定義為：“人類社會與其自然環(huán)境相結(jié)合，以達到雙方受益的可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計方法。”生態(tài)工程學(xué)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(tài)建設(shè)問題。

　　1.河流生態(tài)恢復(fù)的目標

　　在“河流生態(tài)恢復(fù)”的目標方面，學(xué)術(shù)界存在著不同的表述，這些表述也反映了不同的學(xué)術(shù)觀點，從過程、目標到相關(guān)措施都有很大的差別。對于河流生態(tài)恢復(fù)定義有以下主要表述：

　　“完全復(fù)原”(Full restoration, Cairns, 1991)，定義為“使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能完全恢復(fù)到干擾前的狀態(tài)”。完全復(fù)原首先是河流地貌學(xué)意義上的恢復(fù)，這就意味著拆除大壩和大部分人工設(shè)施以及恢復(fù)原有的河流蜿蜒性形態(tài)。然后，在物理系統(tǒng)恢復(fù)的基礎(chǔ)上促進生物系統(tǒng)的恢復(fù)。

　　“修復(fù)”(Rehabilitation)，定義為“部分地返回到生態(tài)系統(tǒng)受到干擾前的結(jié)構(gòu)和功能”。

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

　　“創(chuàng)造”(Creat塑料容器花柱ion, National Research Council, 1992)，定義為“開發(fā)一個原來不存在的新的河流生態(tài)系統(tǒng)，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(fā)點是，由于人類對于水資源的長期開發(fā)利用，已經(jīng)形成了一個新的河流生態(tài)系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)與原始的自然動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)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(diào)要保護自然環(huán)境質(zhì)量。通過河流地貌及生態(tài)多樣性的恢復(fù)，達到建設(shè)一個具有河流地貌多樣性和生物群落多樣性的動態(tài)穩(wěn)定的、可以自我調(diào)節(jié)的河流系統(tǒng)。

　　對應(yīng)不同的恢復(fù)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(yù)。通過人工栽種植被，改變植被結(jié)構(gòu)，引進某些生物以達到生態(tài)恢復(fù)的目標。②自然恢復(fù)。主要依靠生態(tài)系統(tǒng)自我設(shè)計、自我組織、自我修復(fù)和自我凈化的功能，達到生態(tài)恢復(fù)目標。③增強恢復(fù)。是介于以上兩種方法的中間路線。在初期的物質(zhì)和能量的投入基礎(chǔ)上，靠生態(tài)系統(tǒng)自然演替過程和河流侵蝕與泥沙輸移實現(xiàn)恢復(fù)目標。

　　上述幾種恢復(fù)目標中，實現(xiàn)“創(chuàng)造”這種目標主要靠人工直接干預(yù)，其余幾種目標依靠增強恢復(fù)和自然恢復(fù)，不過側(cè)重點有所不同。

　　2.各種恢復(fù)目標的異同

　　上述幾種生態(tài)恢復(fù)目標存在著共同點。首先，都是從河流生態(tài)系統(tǒng)的整體性出發(fā)，確定恢復(fù)的著眼點是河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(fù)雜的食物鏈(網(wǎng))結(jié)構(gòu)。一個物種類型豐富而數(shù)量又均衡的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其抵抗外界干擾的承載力高，生態(tài)功能(如能量流動、物質(zhì)循環(huán)、物種流動等)也會趨于完善和健康。其次，各種恢復(fù)目標都把生物群落多樣性作為恢復(fù)程度的主要衡量標準，而不是僅僅恢復(fù)岸邊植被或恢復(fù)某些單一物種。最后，從生物群落多樣性與河流生境的統(tǒng)一性原理出發(fā)，都強調(diào)恢復(fù)工程要遵循河流地貌學(xué)原理。

　　至于幾種恢復(fù)目標的差別，一些學(xué)者對于“完全恢復(fù)”這種目標提出質(zhì)疑。到底恢復(fù)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(xué)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(jīng)建設(shè)了大量的水利設(shè)施，在經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著巨大效益，閘壩、堤防、航道等這些基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成了河流恢復(fù)的重要約束條件。如果全面拆除大壩及各種水利設(shè)施以恢復(fù)河流的原始面貌，從經(jīng)濟分析和防洪安全觀點看可以說是完全不現(xiàn)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(shù)0.23%，但拆壩之舉在科學(xué)界引起了廣泛爭論。著名生態(tài)學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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，拆壩室內(nèi)植物墻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(shè)。”

　　其次，對于“創(chuàng)造”一個新的河流生態(tài)系統(tǒng)，也有不同觀點。不少學(xué)者主張，應(yīng)該更多地依靠自然界的力量，依靠自然演替過程實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的目標。人工生態(tài)系統(tǒng)的建立具有很大的不確定性，何況創(chuàng)造新的人工生態(tài)系統(tǒng)的成本很高。歐洲和日本的河流恢復(fù)實踐大多傾向于在承認河流開發(fā)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進行河流的生態(tài)恢復(fù)。在權(quán)衡滿足經(jīng)濟社會需求與滿足生態(tài)健康關(guān)系上，大體采取兩者并重的立場。

　　三、如何結(jié)合我國的國情

　　如何結(jié)合我國的國情考慮河流生態(tài)恢復(fù)工程?首先，對于水利工程建設(shè)要采取面對現(xiàn)實的態(tài)度，充分肯定水利工程對于國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重要作用，為了防洪、供水、灌溉、發(fā)電和航運等目的，現(xiàn)在和將來，社會還離不開水利工程。如果在我國侈談為恢復(fù)河流生態(tài)而大規(guī)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(xué)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(jīng)濟社會服務(wù)這個基本現(xiàn)實，在此基礎(chǔ)上，研究河流生態(tài)恢復(fù)問題。同樣，針對工程對生態(tài)系統(tǒng)的脅迫問題，也應(yīng)該采取面對現(xiàn)實的科學(xué)態(tài)度，而不是回避的態(tài)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(tài)系統(tǒng)的影響基礎(chǔ)上進行建設(shè)。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(tài)系統(tǒng)的壓力，對于生態(tài)系統(tǒng)的脅迫給予補償，在一定程度上恢復(fù)河流原有的面貌。總之，應(yīng)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(fā)生在公元前21世紀，這說明中華民族大規(guī)模的治水活動至今已經(jīng)有4000余年的歷史。古往今來大規(guī)模水利工程建設(shè)，包括筑壩、筑堤、裁彎取直、渠道化、人工河網(wǎng)化等，已經(jīng)使我國眾多的自然河流面貌發(fā)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(tài)狀況的自然演變和人類活動的科學(xué)資料。在美國可以討論河流恢復(fù)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(fù)到干擾前的狀況是完全缺乏科學(xué)基礎(chǔ)的。退一步講，即使討論恢復(fù)到50年前大規(guī)模水利建設(shè)以前河流生態(tài)狀態(tài)，在缺乏較完整的科學(xué)資料條件下，制定這樣的生態(tài)恢復(fù)目標同樣會遇到困難。我國河系的中下游地區(qū)，人口密集，土地利用率高，為防洪目的沿河筑堤已經(jīng)成為河流恢復(fù)的主要約束條件。大范圍地調(diào)整河流地貌學(xué)特征，對于大中型河流來說余地已經(jīng)不多。

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

　　我們應(yīng)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(jīng)濟發(fā)展階段，從經(jīng)濟實力看，在我國多數(shù)地區(qū)還難以按照西方國斜屋面綠化家的高標準進行河流恢復(fù)建設(shè)。生態(tài)建設(shè)要進行經(jīng)濟分析，充分考慮投入產(chǎn)出關(guān)系，取得生態(tài)效益的最大化。在我國值得提倡的經(jīng)濟可行的技術(shù)路線是充分利用生態(tài)系統(tǒng)自我設(shè)計、自我組織的功能，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)，重點是減輕人為對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，包括強化治污和污水排放控制，保持最低生態(tài)需水量等。在河流恢復(fù)工程中，在初期投入少量資金，建設(shè)必要的人工輔助措施，主要是恢復(fù)和構(gòu)筑河流的自然形態(tài)和生物棲息地，最大限度地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)功能。如果靠國家大量投資進行河流生態(tài)建設(shè)，力圖“創(chuàng)造”一個新的生態(tài)系統(tǒng)，本質(zhì)上說這也是“改造自然”的一種新翻版。

　　總之，在我國河流恢復(fù)的目標不可能是返回到某種本來不清楚的原始狀態(tài)，也不是創(chuàng)造一個全新的生態(tài)系統(tǒng)，而是立足河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，積極創(chuàng)造條件，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)功能，使河流廊道生態(tài)系統(tǒng)逐步得到恢復(fù)。

　　按照我國的國情和治河經(jīng)驗，治河工程大多是綜合治理，在我國現(xiàn)實可行的路線是，結(jié)合河流防洪、整治和城市水景觀建設(shè)等工程項目，綜合開展河流生態(tài)恢復(fù)建設(shè)。

　　重要的問題是水利工程建設(shè)如何處理好人與自然的關(guān)系，在權(quán)衡社會經(jīng)濟需求與生態(tài)系統(tǒng)健康需求這兩者關(guān)系方面，結(jié)合我國的情況，要改變水利工程建設(shè)僅僅是為開發(fā)利用水資源這種單一目標，要強調(diào)水利工程在滿足人類社會需求的同時，應(yīng)兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。為此，需要吸收生態(tài)學(xué)知識，促進水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)的結(jié)合，改善水利工程的規(guī)劃設(shè)計方法，發(fā)展生態(tài)水利工程學(xué)，盡量減少對于生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，充分考慮生態(tài)系統(tǒng)健康的需求問題。

　　參考文獻：

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　　10 楊立信等．國外調(diào)水工程．中國水利水電出版社，2003

　　作者簡介

　　董哲仁 中國水利水電科學(xué)研究院教授級高級工程師、博士生導(dǎo)師