水利设施对淮河水域生态环境影响的理论和实践意义
摘要：该文从水情、水生生物、水环境质量等方面分析水利设施对淮河水域生态环境的影响。研究结果表明，由于水利设施的调节作用，大部分湖泊平均水位提高，水位变化趋于平缓，但部分河道型湖泊情况正好相反，水位下降且变化幅度较以前增大。同时，闸坝的存在阻碍了水生生物的洄游通道，降低了河道水流流速，导致水生生物数量和种类发生较大变化，水体自净能力下降，加之闸坝的不合理调度，常常诱发突发性水污染事故。
关键词：淮河;水利设施;生态环境;
水域生态环境是流域生态环境极其重要的组成部分，具有易发生变化、易受影响、易遭受破坏的特点。作为一种人工构筑物，水利设施对水域生态环境将产生明显影响。淮河是我国第一条全面治理的大河，建国后淮河流域修建了大量水利设施，成为我国水利设施密度最大的流域之一。众多水利设施的建成和运营，促进了淮河流域经济和社会的发展，同时，也对水体水情、水生生物、水体水质等产生了较大的影响。为更好发挥水利设施的效益，将水利设施的副作用降到最低点，研究和分析水利设施对淮河水域生态环境的影响具有重要的理论和实践意义。
1.淮河流域的主要特点
淮河发源于河南省桐柏山，干流流经豫、皖、苏三省，在三江营入长江，全长1000多km。由于独特的水系形态、气候条件、地形地貌，导致淮河流域成为我国历史上水旱灾害最为严重的地区之一[1]。据统计，1470—1980年的510a间，仅河南省境内就发生水灾194次，平均26a出现一次;发生旱灾159次，平均3a出现一次[2]。1931年淮河全流域遭遇特大洪水，仅里下河地区即淹没耕地887万hm2，倒塌房屋213万间，灾民350万，淹死、饿死77万人。豫、皖、苏三省受灾总面积5133万hm2，灾民近2000万[3]。新中国成立后首先开展了对淮河的治理，经过近50a的不懈努力，整个流域建成近6000座水利设施，初步形成了一个比较完整的集防洪、除涝、灌溉、供水为一体的综合性水利工程体系，改变了昔日“大雨大灾，小雨小灾，无雨旱灾”的面貌[4]。与此同时，大量水利设施的存在对淮河水域生态环境也产生了巨大影响[5]，与其他水域相比，淮河水域受人类活动影响巨大，主要体现在以下方面。
1.1 水资源的调度均在人工控制之下
淮河流域人均水资源量仅为全国平均水平的1/5~1/4[6]，为提高水资源的利用率，流域内修建了大量闸坝，目前淮河流域拥有各类水闸5000多座，抽水站55万多座[7]。它们的主要作用是拦蓄河水，调节地面沟河径流和补充地下水，发展灌溉、供水和航运事业。淮河流域各入海河道的入海口也都建有挡潮闸以防止海水倒灌。此外，淮河流域还修建了一系列调水工程，初步形成了一个江、淮、沂沭泗水资源互调互济的网络，20世纪60—70年代兴建的江都水利枢纽抽水能力达500m3/s[8]，实现了长江流域和淮河流域间水资源的双向调度，干旱年份可以抽长江水补充淮河流域，多雨年份又可以将淮河流域多余的洪水排入长江;1999年9月建成的泰州引江河一期工程，可以抽引江水300m3/s，经泰东河、通榆河东引水北送。目前，淮河流域几乎所有河道都建有闸坝，水资源利用率高达70%以上[9]，远远高于我国其它一些主要流域(如长江约16%，珠江约15%，浙闽及西南地区约为18%和10%)，整个流域水资源的调度均在人工控制之下。
1.2 水系大规模改造导致水系形态发生较大变化
公元12世纪以来，受黄河下游南泛夺淮入海的影响，淮河水系发生了重大变迁，大量泥沙沉积于淮河下游，堵塞了淮河的入海通道，形成了先入洪泽湖，再入长江的畸形水系，下游洪水排泄极为不畅，成为淮河中下游地区洪涝灾害频繁的主要原因之一[10]。新中国成立后，根据“蓄泄兼筹”的治淮方针，对过去长期遭受黄河泥沙淤积破坏的淮河干支流，普遍进行了整治和改造，20世纪50年代，开挖新沭河、新沂河和苏北灌溉总渠，新辟了邳苍分洪道;60年代，建成淮河入江水道;70年代建成以江都水利枢纽为核心的江水北调工程;80年代基本完成淮沭新河开挖工程;90年代以后又陆续建成泰州引江河与通榆河，开挖淮河入海水道，结束了淮河长达数百年没有适当规模直接入海通道的历史。目前，淮河流域大型人工新河总长已达2164km，超过淮河干流长度一倍。同建国前相比，淮河中下游水系的形态已经发生了较大变化。
1.3 水库数量多、规模小
淮河流域水系分散，地形以平原为主，丘陵山区面积狭小，干流缺乏控制性能好的水库坝址，支流狭谷虽然具有一些修建水坝的良好坝址，但因水系分散，源近流短，控制流域面积不大，如佛子岭、梅山仅分别控制1840km2和2100km2，占全流域面积都不到1%。和其他流域相比，需要修建更多的工程，才能达到同等目的。目前，淮河流域的大中小型水库数量达5700多座，平均不到500km2就有一座，水库的数量之多，密度之大，在全国各大流域中都位居前列。
2.水利设施对淮河流域水体水情的影响
2.1 对湖泊、河道水位的影响
淮河流域地形以平原为主，流域内湖泊众多，面积较大的有洪泽湖、骆马湖以及大运河以西的邵伯、高邮、白马诸湖。闸坝的建设，彻底改变了湖泊自然出流的状况，湖泊的水位及其变化规律和建闸前都有了显著不同。以洪泽湖为例，自建成淮河中游的蚌埠闸及东岸大堤上三河闸、二河闸和高良涧闸等水利设施后，洪泽湖的水情变化很大程度上取决于上述涵闸的启闭[11]。建闸前，水位主要受淮河来水量的影响，也受三河出流量的控制，成自然变化状态。据蒋坝水文站资料统计，1914—1937年、1951—1953年的多年平均水位为1060m(废黄河基面，下同)。最高水位1625m(1931年8月8日)，最低水位仅887m(1951年5月20日)。多年平均最高水位1204m，多年平均最低水位959m。
建闸后，水位受人工控制，常年维持在一定范围，变化幅度大大减小[12]。1954年以来，洪泽湖多年平均水位为1237m(蒋坝水文站)，多年平均最高水位为1340m，极端最高水位1523m(1954年8月16日)，极端最低水位968m(1966年11月11日)。多年平均水位和极端最低水位均超过建闸前的相应水位，建闸后的历年最高水位超过1300m的年份占886%。
闸坝的建设也改变了湖泊水位的年内变化规律，其水位变化除受到河川径流补给的影响外，在很大程度上还与闸门的启闭密切相关。每年6月以后，淮河流域进入雨季，入湖河流的水量增加，湖水位明显上升，7—9月为湖泊高水位时期;10月到翌年4月，流域内汇流减少，在自然状态下
，应当是一年中水位最低的时期，但由于涵闸关闭蓄水，使水位保持在1300m左右，以备农灌需求;每年5—6月，虽然是梅雨季节，但淮河流域降水通常不多，而滨湖及里下河广大地区农灌用水集中，致使水位下降迅速，成为一年中水位最低的时期，到7月份水位才开始回升。
与洪泽湖的情况不同，高邮湖和邵伯湖等河道型湖泊在三河闸建闸后水位变化较以前加剧，水位也低于建闸前。建闸后高邮湖平均水位变低主要由于两方面的原因，首先是三河闸建成后，淮河干流来水汇入洪泽湖，经调蓄后，大部分水量经高邮湖泄入长江，洪泽湖主要解决淮阴、盐城部分地区的农业用水，而7月份以前，由于农业用水量大，经三河闸下泄的废弃水量极少，所以汛期前高邮湖维持较低水位，即使汛期三河闸下泄大量水量，也不致于造成高邮湖过高水位。其次由于淮河入江水道得到有效治理，高邮湖、邵伯湖尾闾比建闸前大为畅通，加大了湖泊泄洪能力。水利设施的建设，不仅影响到湖泊水位的变化，对下游河道的水位也产生较大影响，河道水位的年内、年际变化幅度减小，趋于平缓。
2.2 对湖泊及河道水流的影响
水利设施对河道水流的影响非常明显，建闸前，河道水流变化主要决定于气象因素，与降水量密切相关，河道水流的流速和流量变化均比较明显。建闸以后，一般来说，河道水流由于受到人工的调节，流速、流量的变化比以前要相对平缓。但淮河流域由于水资源短缺，上下游之间常出现争水的现象，上游的过度取水常常导致下游河道在枯水季节的流量大大减少甚至断流，部分地区河道水流的变化比建闸前更加明显。淮河下游里运河以东，有射阳港、黄沙港、新洋港、斗龙港等一系列滨海河道，这些河道由于受到海潮的影响，河口地区水流具有双向流动的特性，潮位低时，水流由陆向海，潮位高时，水流方向相反，造成海水倒灌。为解决这一问题，这些河道入海口一般均建有挡潮闸，这些闸门大部分时间关闭，河道下游地区的水流也就大部分时间处于停滞状态。
自然状态下，湖泊水流主要受到风与河道水量吞吐的影响，淮河流域的主要湖泊由于都建有控制闸坝，其湖泊水流除受到这两个因素的影响以外，闸门的启闭对湖流有重要影响，当闸门开启时，巨大的下泄水流能够波及整个湖泊，从而引起全湖性的水流，湖水基本上向着闸门下泄的方向流动。
3.水利设施对淮河流域水生生物的影响
水利设施的建设保持了稳定的水位，扩大了湖泊水面，提高了河流与湖泊的防洪、抗旱能力和水资源利用率，有利于航运业的发展，但也对流域内的生物资源产生较大影响，主要表现在以下方面。
3.1 闸坝阻隔洄游通道，影响洄游鱼蟹产卵和肥育目前，淮河流域不仅所有主要湖泊都有闸坝控
制，连接大运河与长江的河系上也有多座闸坝，这些闸坝严重阻碍了鳗和蟹等洄游性水生生物的入湖肥育及入海繁殖的通道。以洪泽湖为例，自蓄水后，野生螃蟹在洪泽湖中很快绝迹，目前主要依靠人工养殖维持产量。鳗鱼因过闸能力较强，仍有少量种群可以上溯入湖，但数量已经大大减少。主要经济鱼类青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲂等，需要入湖肥育和进入江河干流产卵，闸坝也阻隔了他们的洄游通道，湖中这些鱼的数量也明显减少。1956年洪泽湖鱼产量为2100万kg，到1973年仅900万kg。
邵伯、高邮、宝应三湖也存在类似情况，三湖原本相互贯通，宝应湖在北，高邮湖居中，邵伯湖在南，上承洪泽湖，下通长江，是江、淮两大水系的鱼类通道。既有来自淮河的鱼类，又有来自长江的鱼类，品种有70多种，还有虾、蟹等水产动物，20世纪50年代鱼产品最高年产量曾达1400万kg。以后，由于上、下游兴建水闸的影响，致使鱼产量下降，60年代和70年代产量只有500万kg左右(表1)。洄游性鳗鱼50年代其常年产量为150万~200万kg，60年代为50万kg，70年代数量更少。
3.2 闸门启闭不定时，不能保证闸下新形成的家鱼产卵场的水文条件
1960年淮河干流上修建了蚌埠闸和船闸，阻碍了洪泽湖中鱼类上溯淮河产卵和入洪泽湖肥育的通道。中科院南京地理研究所的研究表明，蚌埠闸建成后，在闸下形成了新的家鱼产卵场[13]。这是由于水流经过闸孔底部下泄时，急流遇到消力栏的阻挡，使上层水流作旋转运动，不断向四周翻滚，在闸下很长距离内水流紊乱，流向复杂，形成了家鱼产卵必需的流水条件。但是，由于闸门开启时间和开启的大小都随上游来水情况而定，不能保证闸下产卵所必须的水文条件，甚至造成有的年份闸下产卵场没有亲鱼，影响了鱼类的繁殖。
3.3 水位变化不符合水生生物的生长规律，影响鱼类和水生植物的生长
湖泊建闸蓄水后，水位受人工调控。如洪泽湖，根据水利部门的调控方案，每年八九月至翌年四月关闸蓄水，水位升高;而夏初是农业用水高峰时期，加之要在雨季前腾空库容迎洪，反而水位较低，这种低水位一直要持续到雨季到来之前。水位变化不符合水生高等植物的.生长规律，明显影响其生长发育，早春是植物萌发季节，因水位偏高，水下光照不足而影响植物的萌发和生长;夏季是植物生长旺季，却因为水位偏低，草滩显露，使生长发育受到抑制。三河闸建成前，洪泽湖水草生长茂密，覆盖率达90%;建闸蓄水后，平均水位比建闸前上升了2m，淹没了85%的水生植物，整个湖区水生高等植物的数量和质量均降低很多，使一个原来水草丛生的湖泊变为水草稀疏的敞水水域。