第1章　绪论

1.1　研究背景及意义

河流系统是地球上的主动脉，在维系地球的水循环、气候变化、能量平衡和生态发展中发挥着举足轻重的作用。河流系统，作为一种特殊的系统，以其丰富的水资源哺育着世间万物，保障着人类和一切生物的生存，还为人们提供了发电、休闲、运输、饮食等诸多服务功能，河流系统保护的完整与否，也深刻影响着人类文明社会的进步和国民经济的可持续发展。

水利工程具有防洪、发电、航运、灌溉以及工农业供水等重大效益，为了满足效益最优化、利益互补化，在水能资源丰富的大中型河流上实施的梯级开发更是实现了上下游多级梯级电站“流域-梯级-滚动”开发模式的综合效益，充分发挥水能资源安全、清洁、经济及可持续再生的优势[1]。世界范围内大的水系几乎都被改造成梯级水库群，如南美洲的巴拉那河、北美洲的哥伦比亚河、欧洲的伏尔加河、亚洲的安加拉河、非洲的赞比西河等，1997年的世界大坝学会统计数据表明，世界范围内处于运行中的大中型水库共有3.6万座，直到2003年，数据增至4.97万座，中国大坝总数位居第一，约占52%[2]。但是，梯级开发空间布局的密集分布具有的长期协同作用，也在促进经济增长的同时，对生态效益产生了长期、潜在的不利影响，河流的天然水文循环体系被人为地打破，引起的一系列复杂的协同反应改变了河流天然生态系统的物理、能量和生物结构，造成河流水生态系统恶化、河道生境破碎化、河川径流减少甚至断流、湿地功能退化、水体污染、泥沙淤积等生态问题。

梯级水电开发改变了河流径流时空格局，河流水文特征、河流地质条件、水温、水质、泥沙、营养物以及水力学特征等水环境也随之调整，进而导致河流中赖以生存的生物群落结构、栖息地以及生活习性因不能满足其生态需求而产生重大的变化。鱼类作为最古老的脊椎动物之一，对水环境的识别能力和敏感度较高，通常当作指示物种来体现外界对水环境的影响[3]。梯级水库的多影响因子叠加起来会对生态环境产生巨大的累积效应[4，5]，其对鱼类产生的影响主要体现在三个方面：①水文情势改变。原有连续的河段被大坝分割成多个河道型水库，天然河段大量减少或消失，改变了河流原有的水文地质条件，上游河段的水位、流速和流量的周年变化幅度降低，大部分时间将变成静水或缓流环境，坝前库区出现水温分层、底层缺氧甚至无氧的几率较高，下泄水水温过低及下泄水体氮气过饱和等现象[6]，喜静水或缓流水鱼类增加，喜急流鱼类减少，进而引起鱼类群落结构的改变。②坝体阻隔。大坝对鱼类的阻隔即大坝对生物及非生物生态通道的阻隔，一方面封闭鱼类溯河和降河洄游通道，增加鱼类洄游时间；另一方面破坏了河流纵向、横向的物质交换和能量流动以及水文过程连续性，并且分割生境和阻隔鱼类的程度随坝体数量的增加而增加[7]。大坝的阻隔还可能导致鱼类种群的遗传多样性降低，种群灭绝的可能性增加。③栖息地淹没。梯级开发造成大面积淹没区，进一步分割并压缩河流鱼类的生境，对鱼类产生叠加的负面影响。一些天然河段分布有大量的鱼类产卵场、索饵场和越冬场。梯级开发后，由于回水淹没和水文、底质条件改变，这些鱼类的“三场”会受到不同程度的影响[8]。

在河流开发的同时提出河流生态环境健康的保护措施，是维护河流的可持续开发性的必要条件。当今，追求“人水和谐”，维护河流生态健康已毅然成为治理江河流域的新航标，是未来水利发展的必然要求。水利枢纽建成运行后，直接改变了河道径流的时空分配格局，间接引起下游的水质、水温、地貌、输沙量、水文特征、水文条件、水力学要素等生态条件发生变化，因此研究这些要素的变化规律是首要任务，这也是研究筑坝河流生态水文效应的基础依据。

我国河流梯级水电开发近年来蓬勃发展，开发利用水能资源成为我国能源发展的重大举措。我国水能资源蕴藏量高达6.8亿kW，技术可开发容量为5.4亿kW[9]，主要集中分布在中西部水量充沛、河道落差较大的大中型河流上，其中长江及其主要一级支流、黄河干流和怒江干流等装机容量占全国可开发总量的60%[10]，仅长江流域可开发容量占全国可开发总量的53.4%[11]，其中长江上游可开发水资源就占全流域的89.4%[12]。截至2012年，我国的水资源开发利用程度仅为25%，与发达国家50%～70%的利用程度相比水平较低。然而，科技水平的不断提高，促使我国的水利水电建设事业不断飞速发展，已建、在建和规划了大量的水库，名扬全球的三峡水利枢纽工程是目前世界上最为宏大的水利建设项目。近年来，随着河流天然生态环境的不断恶化和人们对环保观念的不断增强，人们逐渐意识到水资源过度利用引起的河流生态问题，水利工程的建设破坏生态环境的问题也变得日趋激烈。同时也引起了全社会的广泛关注，已然成为我国目前必须面对的一个重大课题。

长江是我国的第一大河，水利工程对河流环境的影响是缓慢的、潜在的、长期的和极其复杂的，并且往往是与其他人类活动共同长期作用的结果。目前，长江流域上的大型水利枢纽建设正处于蓬勃发展时期，从早期的三峡工程到如今的南水北调工程，一大批的水利工程在长江流域这条大动脉上相继兴建。长江上游同样面临着需要向经济、社会和生态效益最优化的可持续发展的原则转变。长江上游宜宾至重庆段是整个长江经济带上一个尚未进行综合开发的区域，上接金沙江四级梯级开发，即乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝四座水电站，下接三峡、葛洲坝两座水电站，具有承上启下的战略地位。同时，该干流江段位于长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区，生物多样性备受保护，梯级水电开发可能会进一步改变鱼类资源以及影响其遗传多样性，进而影响河流生态系统的健康和稳定[13]。长江流域水电梯级开发势必在一定程度上改变着长江流域的生态系统，对该流域中水生生物的生存环境造成了影响，对水生生物资源的生态学效应是缓慢且长期的，长江生态系统的破坏对水生物种群资源的长期影响，将威胁中华民族的生存和长期发展。因此分析和研究水利工程对河流水文情势和生态系统的影响，恢复或改善被破坏的河流生态系统，以维持良好的生态系统环境和保障生物资源永续利用，具有重要的实际应用价值和现实意义。