浅谈水生态保护与修复的理论和方法
张云昌
（水利部三峡工程管理司，100053，北京）
摘要：水生态系统是一个复杂的系统，因此水生态保护与修复涉及许多学科。 近年我国在水生态保护与修复方面做了大量工作，取得了一些成绩，总结其经验，并在分析我国水生态系统状况的基础上，认为应加强对水生态保护与修复理论和方法的研究、宣传，用可持续发展理论、生物多样性理论、复杂系统理论指导水生态保护与修复工作。
关键词：水生态系统；保护；修复；理论
Theories and methodologies of water ecology protection and restoration//Zhang Yunchang
Abstract: Due to the complexity of water ecosystem, its protection and restoration involves many disciplines. In recent years, China has done a lot of work in water ecological protection and restoration with considerable achievements. Based on summary of experiences and evaluation on the status of water ecosystem in China, it is suggested to strengthen the research and publicity on theories and methodologies, and provide guidance for water ecosystem protection and restoration under the guidelines of sustainable development, biodiversity and complex system theories.
Keywords: water ecosystem; protection; restoration; theory
中图分类号：X171.4 文献标识码：B 文章编号：1000-1123（2019）23-0012-03
2018年，在全国生态环境保护大会上，习近平总书记发表重要讲话，系统阐述了生态文明思想，其内涵主要体现在以下方面：以“人与自然和谐共生”为本质要求，以“绿水青山就是金山银山”为基本内核，以“良好生态环境是最普惠民生福祉”为宗旨精神，以“山水林田湖草是生命共同体”为系统思想，以“最严格制度最严密法治保护生态环境”为重要抓手，以“共谋全球生态文明建设” 彰显大国担当。如何深刻理解并贯彻落实习近平总书记生态文明思想，笔者结合近年水生态保护与修复工作实践，认为应加强对水生态保护与修复理论和方法的研究、宣传，用可持续发展理论、生物多样性理论、复杂系统理论指导水生态保护与修复工作。
一、对水生态保护与修复理论的认识
水生态系统保护与修复涉及水利、生物、环境、系统、经济等学科，甚至包括美学、社会学、历史学等社会学科，这些学科构成了庞大的知识体系。经过梳理，认为可持续发展理论、生物多样性理论、复杂系统理论可以作为水生态保护与修复最根本、最核心的理论。
1.可持续发展理论
1987 年，世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中，将可持续发展定义为“既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。这个对可持续发展的定义已被公众广泛接受并引用。1995年，党中央、国务院把可持续发展作为我国的基本战略，号召全国人民积极参与这一伟大实践。1997年党的十五大把可持续发展战略确定为我国“现代化建设中必须实施”的战略。
我国人均淡水、耕地、森林资源占有量分别为世界平均水平的28%、40%和 25%，石油、铁矿石、铜等重要矿产资源的人均可采储量，分别为世界人均水平的 7.7%、17%、17%。而且，大部分自然资源、能源主要分布在地理、生态环境恶劣的西部地区，开采、利用与保护的成本高。资源条件的刚性约束已然成为我国可持续发展的巨大挑战。因此必须在可持续发展理论指导下全面推进节能、节水、节地等工作，进一步提高资源能源利用效率，加快推进资源能源生产方式和消费模式转变。
2.生物多样性理论
生物多样性是人类赖以生存的条件，是经济社会可持续发展的基础，是生态安全和粮食安全的保障。各国正在采取一致行动以共同应对日益严重的全球性生物多样性危机。1992年，在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上签署了《生物多样性公约》《里约宣言》，在发布的《地球宪章》中指出，“地球提供了生命演化所必需的条件，生命群落的恢复力和人类的福祉依赖于：保护一个拥有所有生态系统、种类繁多的动植物、肥沃的土壤、纯净的水和清洁的空气的生物圈。资源有限的全球环境是全人类共同关心的问题。保护地球的生命力、多样性和美丽是一种神圣的职责”。《生物多样性公约》于1993年12月29日正式生效，目前共有196个缔约方，中国是最早的缔约方之一。该公约具有法律约束力，旨在保护濒临灭绝的动植物和地球上多种多样的生物资源。
1994年6月，经国务院环境保护委员会同意，原国家环境保护局会同相关部门发布了《中国生物多样性保护行动计划》。该行动计划确定的七大目标已基本实现，26项优先行动大部分已完成，行动计划的实施促进了我国生物多样性保护工作的开展。
水生态系统是地球上最大的生态系统，是长期自然、历史进化的结果，水生态的平衡是人类生存和发展的基础，维持生态平衡是保持生物多样性的条件。虽然生态平衡是一种相对平衡而不是绝对平衡，是一种动态的平衡而不是静态的平衡，但是我们在实施有可能影响生态平衡的行为时要审慎。因此在开展水生态保护与修复工作中要重视生物多样性理论，使生物的多样性得到保护。
3.复杂系统理论
水生态系统可分为淡水生态系统和海水生态系统。按照现代生物学概念，每个池塘、湖泊、水库、河流等都是一个水生态系统，均由生物群落与非生物环境两部分组成。生物群落依其生态功能分为：生产者（浮游植物、水生高等植物），消费者（浮游动物、底栖动物、鱼类）和分解者（细菌、真菌）。非生物环境包括阳光、大气、无机物（碳、氮、磷、水等）和有机物（蛋白质、碳水化合物、脂类、腐殖质等），为生物提供能量、营养物质和生活空间。因此可以说，水生态系统就是一个复杂的巨系统。
复杂系统理论就是要研究解决复杂系统中的共性问题，即复杂性问题。复杂性科学是建立在系统科学基础之上的，是对系统科学的发展和深化，而非线性科学中的许多理论和方法，是研究复杂性科学的有力工具。复杂系统一般具有开放性、不确定性、非线性、涌现性以及不可预测性特征，我们在制定水生态保护和修复方案时，要考虑系统诸因子的状态和关系，及时监测所采取手段的有效性并做出调整。
二、当前保护和修复水生态应当采用的方法
对于水生态的保护与修复，生态学家、水利学家做了大量的研究，在实践中也取得了丰富的成果。为了便于理解、记忆和把握，笔者提出“一条主线、六个字”的基本方法。
1.一条主线
水生态保护与修复要围绕一条主线，人要发展，鱼要生存，我们简单地称之为“人鱼线”。人类居于生物圈——地球生态系统的顶端，人是一切价值和意义，人要发展毋庸置疑。鱼位于水生态系统食物网的顶端，鱼类的生存状态能够很好地评价生态完整性。鱼类群落通常包括代表各个营养级的一系列种类，如杂食性鱼类、食草性鱼类、食虫性鱼类、滤食性鱼类和食鱼性鱼类等。鱼类也能反映有藻类、浮游动物和浮游植物、水生植物、大型无脊椎动物的生存状况。通过鱼类还可以监测出急性的毒理效应（某些分类单元的缺失）和胁迫效应（生长缓慢，繁殖力下降）。通过对不同年份间补充群体和种群动态的调查可以了解干扰事件的关键时间点。洄游性鱼类可以作为栖息地连续性或片段化的可靠指示种。
2.水生态保护与修复策略
解决当前水生态损害严重问题，我们认为要采取“调、控、退、通、改、拆”综合措施解决。“调”是生态调度，“控”是控制水污染，“退”是退建还水、退田还湖，“通”是河湖连通，“改”是对已建涉水工程进行生态化改造，“拆”是对在保护区、重点风景名胜区、特有鱼类栖息地修建的小型工程要采取坚决措施拆除，恢复原貌。
（1）生态调度
生态调度费省效宏，是水生态保护与修复的第一选择。生态调度没有统一的定义，从目前国内的实践看，大致有两种调度模式被冠以生态调度之名。一是三峡集团总公司开展以促进四大家鱼和中华鲟产卵为目的的调度。二是水利部在福建召开的生态调度试点会，以保证水库下游生态基流为目标的调度。笔者认为，这两种调度可称为狭义的生态调度。此外水利部珠江水利委员会组织了压咸补淡调度、黄河水利委员会组织过调水调沙调度。这些调度也应算作单目标的生态调度。
笔者倾向于把生态调度定义为维护河湖健康和生物多样性的调度。生态调度目前在国内外开展的时间不长，理论和实践基础都很薄弱，在建设生态文明的新时代，要组织多学科的力量开展联合攻关，完善理念，丰富实践，进而制定重要河流生态调度的目标、标准、规程，实施生态调度，促进重要河流的生态保护与修复。
（2）控制污染
水污染对水生态的影响是不言而喻的。控制污染，当务之急是落实《水污染防治法》第二十条和第二十一条。新修订的《水污染防治法》第二十条重申了“国家对重点水污染物排放实施总量控制制度”，并在第二十一条中的排污许可管理要件中增加了“水污染物排放总量”控制内容，但这一制度没有完全落地。
河流污染治理的目标是改善河湖水质，必须控制“入河污染物总量”。主要基于以下理由：
一是“达标排放”不能确保河湖水质改善。在点源污染控制方面，以往提出的要求是“达标”排放，并习惯性认为，“达标”排放对环境是安全的。即使按照污水一级排放标准控制，其排出的废污水水体也将劣于地表水Ⅴ类。当一个地区的产业布局较密集时，其水污染物排放对河湖水质的危害是巨大的。
二是即使是各段水污染物排放实施总量是不超量的，但河流或湖泊仍然呈现为污染状态。这主要是因为河湖污染物总量计算错误，不是按河湖自净能力做的测算，没有考虑历史累积的污染物和污染物在一定时空的新的物理化学反应。河湖污染物总量分配方法错误，按河流长度平均分配，逐段累积，污染物到下游会超过自然净化的阈值。
（3）退建还水
退建还水完整准确的表述应是退去各种建设，包括养殖、种植、房地产、工业区等对水域的侵占，恢复原来的水域。
以长江为例，新中国成立以来，长江中下游地区约1/3以上的湖泊被围垦，围垦总面积达到1.3万km2以上。这一数字大约相当于目前鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖五大淡水湖泊面积总和的1.3倍。因围垦消失的湖泊达到1000多个，蓄水容积减少了500亿m3。
1998年大洪水过后，国家作出了退田还湖的决策。经过多年的工作，洞庭湖、鄱阳湖退田还湖增加了长江洪水调蓄能力，但仍未能从根本上解决问题。由于长江中下游地区高度发达、人口稠密，使退田还湖政策不可持续。解决长江中下游防洪问题，重点还是要加强蓄滞洪区建设。
在其他流域，退田还湖问题还没有破题。在财力允许的条件下，要有计划、有步骤地推进退田还湖工作。
（4）河湖连通
2010年水利部门就对江湖连通工作进行了部署，当年召开的全国水利规划计划工作会议提出：“江湖连通是提高水资源配置能力的重要途径，要构建引得进、蓄得住、排得出、可调控的江湖水网体系，根据丰枯变化调度引流，实现水量优化配置，提高供水的可靠性，增强防洪保障能力，改善生态环境。”十年过去了，现在看来，这一工作思路扩大了河湖连通工作的范围，给河湖连通附加了一些不属于它的作用和功能。河湖连通工程是生态修复工程，不是水资源配置工程、防洪工程和排污工程。河湖连通是修复被人为阻隔的河与湖的连通，其根本目的是为水生生物提供多样化的生境和育肥场所，保护生物的多样性。如果说河湖连通还达到了一些其他目的，那也是河湖连通工作的副产品，而不应成为主要目的。
河湖连通工作的技术难点是恢复历史原貌、恢复自然连通性与防洪和人类利用的矛盾。
（5）生态化改造
虽然早在20世纪90年代，水利、航运学界就有一些人已经认识到传统水利航运工程对生态带来的破坏，并采取了一些措施，但新观念、新技术的推广过程总是曲折漫长的。几十年来修建了大批非生态型水利航运工程，对这些工程进行生态化改造势在必行。
非生态型水利、航运工程数量庞大，近期可以从以下三个方面着手：
一是对渠化的河道进行改造。所谓的“河道渠化”是指：①平面布置上河道形态直线化，也就是将蜿蜒曲折的天然河道改造成直线或折线形人工河道。②河道横断面规则化，把自然河道复杂的断面变成梯形、矩形和弧形等规则几何断面。③河底材料的硬质化，河道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。蜿蜒曲折的河流是长期自然历史演化的结果，具有天然的合理性，河流形态的改变——河流缩短、河漫滩缩小、深潭及浅滩序列消失——使地貌空间异质性明显下降，水生生物生境变得单调化，栖息地数量减少，生物多样性下降。
国内外的大量实践表明，对渠化的河道进行生态化改造取得了明显的成效。“欧共体”通过实施“鲑鱼—2000计划”，对莱茵河进行生态修复，到2000年全面实现了预定目标，沿河森林茂密，湿地发育，水质清澈洁净。鲑鱼已经从河口洄游到上游一带（瑞士）产卵，鱼类、鸟类和两栖动物重现莱茵河。基西米河生态修复工程是美国迄今为止最大的河流恢复工程，通过实施回填运河、开挖原有河道、拆除水闸、恢复洪泛区和沼泽地等工程，使原河道中过度繁殖的植物得到控制，新沙洲的新发展，恢复了洪泛区阔叶林沼泽地，创造了多样的栖息地，水中溶解氧水平提高，水质明显改善，许多已经匿迹的鸟类又重新返回基西米河，科学家证实该地区鸟类数量增长了3倍。
二是增建过鱼设施。过鱼设施包括鱼道、鱼闸、升鱼机和集运鱼系统几种形式。修建过鱼设施问题在业内和社会上受到广泛关注和讨论。笔者认为，高坝大库由于大坝上游生境已发生重大变化，不宜修建过鱼设施。
三是增建分层取水设施。水库存在水温分层现象，为减缓下泄低温水对下游水生生物或农田灌溉的不利影响，需要采取必要的水温恢复和调控措施。一些大坝只在一个高程设出水口，这样的工程需要进行技术性改造。
（6）拆除违规设施
拆除违规小水电工作迈出了可喜的步伐。2018年12月14日，水利部、国家发改委、生态环境部、国家能源局联合下发了《关于开展长江经济带小水电清理整改工作的意见》。意见提出了总体目标：限期退出涉及自然保护区核心区或缓冲区，严重破坏生态环境的违规水电站，全面整改审批手续不全、影响生态环境的水电站，完善建管制度和监管体系，有效缓解长江经济带小水电生态环境突出问题，促进小水电科学有序可持续发展。2020年年底前完成清理任务。
要科学认识小水电的地位和作用。小水电在改革开放初期的大发展，对缓解用电紧张局面、促进地区经济发展、提高人民生活水平方面发挥了不可替代的作用，应给予充分肯定，但任何问题都是时代的问题，在建设生态文明的新时代，在供电能力大幅度提升的条件下，适当退出一些小水电也是时代进步的表现。
三、结语
习近平总书记在河南省郑州市召开的黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上，发出了“让黄河成为造福人民的幸福河”的伟大号召。贯彻落实好习总书记的讲话精神，把一条条河打造成造福人民的幸福河，需要深刻理解习近平生态文明思想，高度重视水生态保护与修复工作。本文阐述了可持续发展、生物多样性和复杂系统理论，都是比较偏向认识论方面的理论，而对水力学、水生态学、环境科学等应用科学方面的理论没有展开，是因为笔者认为认识是实践的先导，在当下观念转变至关重要。阐述了“一条主线，六个字”的基本方法，对生态教育、制度建设等问题也没有涉及，这些问题也是非常重要的。本文仅作为抛砖引玉，希望更多的专家学者参与讨论，共同推进水生态保护与修复工作。
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