1．引言
　　自然界或人類對于生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響，生態(tài)學中稱為脅迫（stress）。人類活動對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫主要來自以下5個方面：
（1）工農業(yè)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，導致湖泊、河流的退化；
（4）在湖泊、河流或水庫中，不適當地引入外來物種造成生物入侵，使鄉(xiāng)土種受到威脅或消失；
（5）水利工程對 于生態(tài)系統(tǒng)的脅迫。本文重點討論水利工程的負面影響問題。
　　眾所周知，興建的大量水利工程滿足了人們對于供水、防洪、灌溉、發(fā)電、航運、漁業(yè)及旅游等需求，水利工程對于經濟發(fā)展、社會進步的作用巨大。水利工程在生 態(tài)建設方面也同樣具有積極作用。通過調節(jié)水量豐枯，抵御洪澇災害對生態(tài)系統(tǒng)的沖擊，改善干旱與半干旱地區(qū)生態(tài)狀況以及調節(jié)生態(tài)用水等方面，水利工程同樣貢 獻巨大。
那么，“水利工程對生態(tài)系統(tǒng)造成脅迫”這個命題又從何談起呢？
　　事物無不具有兩重性。從人類幼年時代開始至今在地球上進行的大規(guī)模生產和經濟活動，首推大片土地的農業(yè)墾殖及城市利用，其次是森林大規(guī)�？撤�，自工業(yè)化社 會以來的溫室氣體排放等，都是引起全球生態(tài)系統(tǒng)變化的重要因素。而自遠古至今興建的水利工程是一種在流域和區(qū)域水平上對生態(tài)系統(tǒng)產生重大影響的事件。人類 為自身的安全和經濟利益，在疏導河流、整治河道，筑壩壅水等方面，不僅明顯地改變著地地形地貌，影響著局部氣候，同時也大幅度地改變著河流自身的形態(tài)，在 不同程度上降低了河流形態(tài)多樣性。其結果將導致水域生物群落多樣性的降低，使生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定性都受到不同程度的影響。
　　一般認為，生態(tài)系統(tǒng)是指一定空間中的生物群落（動物、植物、微生物）與其環(huán)境組成的系統(tǒng)，其中各成員借助能量交換和物質循環(huán)形成一個有組織的功能復合體。
　　在生態(tài)學中，具體的生物個體和群體生活地區(qū)內的生態(tài)環(huán)境稱為“生境”（habitat）。在生境各個要素中，水又具有特殊的不可替代的重要作用。水是生物 群落生命的載體，又是能量流動和物質循環(huán)的介質。生境中的主要因素稱為生態(tài)因子（ecological factors）。在水域生態(tài)系統(tǒng)中，河流的流速、流量、水溫、水深、水質以及水文周期等，都是重要的生境因子。
2. 淡水生態(tài)系統(tǒng)的特點
2.1生物群落與生境的統(tǒng)一性
　　有什么樣的生境就造就了什么樣的生物群落，二者是不可分割的。如果說生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的主體，那么，生境就是生物群落的生存條件。一個地區(qū)豐富的生境能 造就豐富的生物群落，生境多樣性是生物群落多樣性的基礎。如果生境多樣性受到破壞，生物群落的性質、密度和比例等都會發(fā)生變化，生物群落多樣性必然會受到 影響。在生境各個要素中，水又具有特殊的不可替代的重要作用。
2.2 生態(tài)系統(tǒng)結構的整體性
　　從生物群落內部看，整體性是生態(tài)系統(tǒng)結構的重要特征。一旦形成系統(tǒng)，其內部各要素不能被分割而孤立存在。如果硬性分開，那么分解的要素就不具備整體性的特 點和功能。在一個淡水水域中，各類生物互為依存，互相制約，互相作用，形成了食物鏈結構。研究表明，一個生態(tài)系統(tǒng)的生物群落多樣性越豐富，或者說食物鏈越 復雜，形成三維的網狀結構稱為“食物網”，這種復雜的食物網組成的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性要高。另外，一個健康的淡水生態(tài)系統(tǒng)，不但生物物種的種類多，而且數量比 較均衡，沒有哪一種物種占有優(yōu)勢，這就使得各物種間既能互為依存，也能互相制衡，使生態(tài)系統(tǒng)達到某種平衡態(tài)即穩(wěn)態(tài)，這樣的生態(tài)系統(tǒng)功能肯定是完善的。反 之，如果一個淡水生態(tài)系統(tǒng)的生物群落內比例失調，會造成整個系統(tǒng)惡化。
2.3自我修復功能與自我凈化功能
　　淡水生態(tài)系統(tǒng)結構的另一個重要特征是具有自我修復功能和自我凈化功能。在長期的進化過程中，形成了同種生物種群間、異種生物種群間在數量上的調控，保持著 一種協(xié)調關系。水體自我修復能力，也是淡水生態(tài)系統(tǒng)自我調控能力的一種。在外界干擾條件下，通過自我修復，保持水體的潔凈。由于具有這種自我修復功能和自 我凈化功能，才使淡水生態(tài)系統(tǒng)具有相對的穩(wěn)定性。
　　所謂穩(wěn)定性具有兩層含意，一是指對于外界干擾的適應力或稱為彈性，二是在受到干擾后回到原平衡態(tài)的恢復能力。需要指出的是，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是相對的，其 適應性也是有限的。所謂彈性限度也就是淡水生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾的承載力。當超過某一個彈性限度，生態(tài)系統(tǒng)將出現一種不斷遠離平衡點的正反饋，加快系統(tǒng)失 穩(wěn)，常以爆發(fā)的方式導致系統(tǒng)的全面惡化。
　　綜上所述，什么是一個健康的淡水生態(tài)系統(tǒng)呢？它是一個生物群落多樣性豐富的系統(tǒng)，是一個食物鏈（網）結構復雜而完善的系統(tǒng)，是一個物質循環(huán)、能量流動及物種流動通暢的系統(tǒng)。
3. 河流形態(tài)多樣性是生物群落多樣性的基礎
　　生物群落與生境的統(tǒng)一性是生態(tài)系統(tǒng)的基本特征。在流域生態(tài)系統(tǒng)的各種生境因素中，河流形態(tài)多樣性是流域生態(tài)系統(tǒng)最重要生態(tài)因子之一。河流形態(tài)多樣性及與生物群落多樣性的關系可以歸納為以下5個方面。
3.1水－陸兩相和水－氣兩相的聯系緊密性
　　與湖泊相對照，河流是一個流動的生態(tài)系統(tǒng)。河流與周圍的陸地有更多的聯系，水－陸兩相（two-phase）聯系緊密，是相對開放的生態(tài)系統(tǒng)。水域與陸地 間過渡帶是兩種生境交匯的地方，由于異質性高，使得生物群落多樣性的水平高，適于多種生物生長，優(yōu)于陸地或單純水域。在水陸聯結處的濕地，聚集著水禽、魚 類、兩棲動物和鳥類等大量動物。植物有沉水植物、挺水植物和陸生植物，并以層狀結構分布。另外，河流又是聯結陸地與海洋的紐帶，河口三角洲是濱海鹽生沼澤 濕地。
由于河流中水體流動，水深又往往比湖水淺，與大氣接觸面積大，所以河流水體含有較豐富的氧氣，是一種聯系緊密的水－氣兩相結構。特別在急流、跌水和瀑布河段，曝氣作用更為明顯。
3.2 上中下游的生境異質性
　　我國的大江大河多發(fā)源于高原，流經高山峽谷和丘陵盆地，穿過沖積平原到達寬闊的河口。上中下游所流 經地區(qū)的氣象、水文、地貌和地質條件有很大差異，在水平和垂直方向上形成了極為豐富的流域生境多樣化條件，這種條件對于生物群落的性質、優(yōu)勢種和種群密度 以及微生物的作用都產生重大影響。在生態(tài)系統(tǒng)長期的發(fā)展過程中，形成了河流沿線各具特色的生物群落，形成了豐富的河流生態(tài)系統(tǒng)。
3.3 河流的蜿蜒性
　　自然界的河流都是蜿蜒曲折的，顯然不存在直線或折線形態(tài)的天然河流。在自然界長期的演變過程中，河流的河勢也處于演變之中，使得彎曲與自然裁彎兩種作用交 替發(fā)生。但是彎曲或微彎是河流的趨向形態(tài)。另外，也有一些流經丘陵、平原的河流在自然狀態(tài)下處于分岔散亂狀態(tài)。一些分岔散亂狀態(tài)的河流歸入主槽形成明顯的 干流，往往是由于人類治河工程的結果。需要強調指出，蜿蜒性是自然河流的重要特征。河流的蜿蜒性使得河流形成主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多 樣的生境。由此形成了豐富的河濱植被、河流植物，為魚類的產卵創(chuàng)造條件，成為鳥類、兩棲動物和昆蟲的棲息地和避難所。
3.4 河流斷面形狀的多樣性
　　自然河流的橫斷面也多有變化。河流的橫斷面形狀多樣性，表現為非規(guī)則斷面，也常有深潭與淺灘交錯的布局出現。顯然，不存在梯形或矩形等幾何規(guī)則斷面的自然 河流。河流淺灘的生境，光熱條件優(yōu)越，適于形成濕地，供鳥類、兩棲動物和昆蟲棲息。積水洼地中，魚類和各類軟體動物豐富，它們是肉食候鳥的食物來源，鳥糞 和魚類肥土又促進水生植物生長，水生植物又是植食鳥類的食物，形成了有利于珍禽生長的食物鏈。由于水文條件隨年周期循環(huán)變化，河灣濕地也呈周期變化。在洪 水季節(jié)水生植物種群占優(yōu)勢。水位下降后，水生植物讓位給濕生植物種群，是一種脈沖式的生物群落變化模式。由于水溫、陽光輻射、食物和含氧量沿水深變化，在 深潭中存在著生物群落的分層現象。
3.5 河床材料的透水性與多孔性
　　河床的沖淤特性取決于水流流速、流態(tài)、水流的含沙率、顆粒級配以及河床的地質條件等。由懸移質和推移質的長期運動形成了河流動態(tài)的河床。在高山峽谷湍急的 河段，河床由沖刷作用形成，其河床材料是透水性較差的巖石，除此之外，大部分河流的河床覆蓋有沖積層，河床材料都是透水的，即由卵石、礫石、沙土、黏土等 材料構成的。具有透水性能的河床材料，適于水生和濕生植物以及微生物生存。不同粒徑卵石的自然組合，又為魚類產卵提供了場所。同時，透水的河床又是聯結地 表水和地下水的通道，使淡水系統(tǒng)形成整體。
　　綜上所述，水－陸兩相和水－氣兩相的緊密關系，形成了較為開放的生境條件；上中下游的生境異質性，造就了豐富的流域生境多樣化條件；河流形態(tài)的蜿蜒性 形成了急流與緩流相間；河流的橫斷面形狀多樣性，表現為深潭與淺灘交錯；河床材料的透水性為生物提供了棲息所。由于河流形態(tài)多樣性形成的在流速、流量、水 深、水溫、水質、河床材料構成等多種生態(tài)因子的異質性，造就了豐富的生境多樣性，形成了豐富的河流生物群落多樣性。所以說，河流形態(tài)多樣性是維持河流生物 群落多樣性的基礎。
4. 水利工程如何對河流生態(tài)系統(tǒng)造成脅迫
　　水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)造成某種脅迫，具體表現是一些水利工程建設造成河流形態(tài)的均一化和非連續(xù)化，其后果是生物群落多樣性水平下降。
4.1 河流形態(tài)的均一化和非連續(xù)化改變了生境多樣性
　　所謂河流形態(tài)的均一化主要是指自然河流的渠道化或人工河網化。具體表現為:（1）平面布置上，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型 的人工河流或人工河網。采用這種規(guī)劃設計方法的理由是：直線型的渠道工程量小，同時節(jié)省耕地，減少移民搬遷。（2）渠道橫斷面幾何規(guī)則化。把自然河流的復 雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面。規(guī)則的渠道斷面輸水能力強，也可減少占地。設計時易于計算，建設時易于施工。（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。原因是渠道工程中可減少渠水的滲漏，以利節(jié)水。光滑的 渠坡減少表面糙率，提高輸水效率。在岸坡防護方面，采用硬質材料的原因是其抗沖、抗侵蝕性及耐久性好。（4）河流的裁彎取直工程。
　　所謂河流形態(tài)的非連續(xù)化是指在河流筑壩形成水庫，造成水流的非連續(xù)性。有的河流進行梯級開發(fā)，更形成河流多級非連續(xù)化的格局。水庫蓄水后，淹沒了原有的河 流兩岸的陸生植被，使得丘陵和平地島嶼化和片斷化，陸生動物被迫遷徙。被搬遷的城鎮(zhèn)及廢棄的農田沉入庫底，未清除的垃圾、工業(yè)廢料及化肥農藥殘留統(tǒng)統(tǒng)進入 水庫。
4.2 河流形態(tài)多樣性的降低對于生物群落多樣性的影響
　　河流的渠道化和裁彎取直工程徹底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，生境的異質性降低，水域生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能隨之發(fā)生變化，特別是生物群落多樣性將隨之降低，可能引起淡水生態(tài)系統(tǒng)退化。具體表現為河濱植被、河流 植物的面積減少，微生境的生物多樣性降低，魚類的產卵條件發(fā)生變化，鳥類、兩棲動物和昆蟲的棲息地改變或避難所消失，可能造成物種的數量減少和某些物種的 消亡。河床材料的硬質化，切斷或減少了地表水與地下水的有機聯系通道，本來在沙土、礫石或黏土中辛勤工作的數目巨大的微生物再也找不到生存環(huán)境，水生植物 和濕生植物無法生長，使得植食兩棲動物、鳥類及昆蟲失去生存條件。本來復雜的食物鏈（網）在某些關鍵種和重要環(huán)節(jié)上斷裂，這對于生物群落多樣性的影響將不 是局部的，而是全局性的。
　　水，是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要要素，是河流生態(tài)系統(tǒng)的動脈。當人們開發(fā)和利用水資源時，如果硬要把水與生物群落分割開來，放到一個直線線路、規(guī)則斷面并由人工材料建設的人工河道中，很顯然，這種新的河流生態(tài)系統(tǒng)將不再具備原來河流生態(tài)系統(tǒng)的整體功能和特點。
　　自然河流的非連續(xù)化，造成的影響是將動水生境改變成了靜水生境，二者分別對應著動水生物群落和靜水生物群落。由于水庫水深遠大于河流水深，太陽光輻射作用 隨水深加大而減弱，在深水條件下，光合作用較為微弱，所以水庫生境的生態(tài)系統(tǒng)生產力（productivity）較低，物質循環(huán)和能量流動都不如河流生態(tài) 系統(tǒng)那樣通暢。水庫的淡水生態(tài)系統(tǒng)是一個相對封閉的系統(tǒng)，與河流生態(tài)系統(tǒng)相比較為脆弱，表現為抗逆性較弱，自我恢復能力也弱。退化的水庫一般難于自我恢 復，需要人類干預才有可能。水庫形成以后，原來河流上中下游蜿蜒曲折的形態(tài)在庫區(qū)消失了，主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境代之以較為 單一的水庫生境，生物群落多樣性在不同程度上受到影響。另外，筑壩以后給洄游魚類造成了不可逾越的障礙。如果沒有建設適合魚類習性的魚道，將對某些洄游魚 類造成致命的打擊。
4.3 生物群落多樣性下降的后果
　　在生態(tài)學中，把由生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的物質和生活環(huán)境的功能稱為生態(tài)系統(tǒng)服務功能（Ecosystem services）。研究生態(tài)系統(tǒng)服務功能可以清晰地了解人類對于生態(tài)系統(tǒng)的高度依賴性，可以更深刻地理解人類對生態(tài)系統(tǒng)非理智的破壞行為，反過來會給人 類自身造成的重大損害。
　　淡水生態(tài)系統(tǒng)對于人類的生態(tài)系統(tǒng)服務是多方面的。水域、濕地為人類提供食品及其它生活物資；對氣溫、云量和降雨進行調節(jié)，在全球、流域、地區(qū)和小生境等不 同的尺度上影響著氣候；對水文循環(huán)起調節(jié)作用，具有緩解旱澇災害的功能；植物能涵養(yǎng)水分，有利水土保持；優(yōu)美的水域景觀具有休閑旅游功能，雄偉秀麗的高山 大川本身就是一種文明財富。特別要強調的是，淡水生態(tài)系統(tǒng)具有的凈化環(huán)境的功能，對于人類的生存環(huán)境具有關鍵意義。水生植物可以吸收、分解和利用水域中 氮、磷等營養(yǎng)物質以及細菌、病毒，并可富集金屬及有毒物質。生物凈化過程，是在淡水生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈（網）中進行的復雜的生物代謝和物理化學過程。通過這 個過程，水體中的各種有機物和無機物溶解物和懸浮物被截留，有毒物質被轉化，可以防止物質的過分積累所形成的污染，從而清潔了水體。水體的自我凈化、自我 修復功能，是水域生態(tài)系統(tǒng)極為寶貴的服務功能。
　　人們容易看到水利工程在供水、灌溉、發(fā)電等方面給人們帶來的直接、有形的效益，卻往往忽視水域生態(tài)系統(tǒng)為人類帶來的利益，更難于看到因水利工程改變河流形 態(tài)多樣性，對人的利益造成的長遠的隱形的損害。一旦生態(tài)系統(tǒng)遭到外界因素的破壞，大自然無償提供給我們的服務功能將下降，當破壞程度達到某臨界值時，這種 服務功能甚至會喪失。
5．新的工程理念與技術對策
　　對于水利工程對于生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，存在著兩種認識及兩種對策。一種是片面強調水利工程對生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，全盤否定水利工程建設的積極作用，不分青紅皂 白對新建大壩和水利工程一律反對。在西方國家一些極端環(huán)保主義組織和人士就持這種態(tài)度。由于出現這樣一股思潮和社會力量，使得一些國家特別是發(fā)展中國家政 府籌劃的解決供水、防洪或具有發(fā)電、灌溉效益的水利工程項目被封殺在圖紙中。除了某些政治因素外，從思想方法角度看，用“因噎廢食”來描述這種認識恐不夸 張。對于水利工程對生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，正確的認識應該是正視這些負面影響，對水利工程的工程理念進行反思，以“趨利弊害”的態(tài)度，改進和完善水利工程的 規(guī)劃和設計技術。從建設目標看，水利工程在滿足人們對水的種種需求的同時，還能兼顧維持生態(tài)系統(tǒng)健康性的需求，促進人與自然的和諧共存。換言之，未來的水 利工程應具有雙重功能，即不但是有具有直接功效的供水、防洪、發(fā)電、航運工程，而且還應該是有利于生態(tài)系統(tǒng)健康與穩(wěn)定的生態(tài)工程。
　　為消除水利工程對于生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，從技術層面上看，似有以下問題值得重視和研究。
1．研究生態(tài)水工學。所謂“生態(tài)水工學”（Eco-Hydraulic Engineering）是水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人的需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康性與穩(wěn)定性需求的原理與技術方法的工程學。
2．水利工程要盡最大可能保護和恢復河流形態(tài)的多樣性。新建水庫工程要充分論證由于水庫建設改變河流生態(tài)系統(tǒng)為靜水生態(tài)系統(tǒng)的利弊得失，采取必要的補償工程措施和生物措施。
3．開展已建水庫的生態(tài)系統(tǒng)健康評估與預測，加強庫區(qū)生物群落調查。重視水庫生態(tài)系統(tǒng)退化的恢復及富營養(yǎng)化控制問題。
4． 合理調度水庫及其它水利設施。水庫調度在滿足人的需求的同時，兼顧生態(tài)系統(tǒng)的健康性的需求，克服靜水、深水對于生物群落的不利影響。通過水庫庫區(qū)生態(tài)建設 及水生生物的合理結構設計，提高水庫水體自凈能力和自我修復能力。充分利用鄉(xiāng)土種生物，慎重引進外來種，注意防止生物入侵。
5．保持河流的蜿蜒性是保護河流形態(tài)多樣性的重點之一。在河道整治工程中，尊重天然河道形態(tài)，避免直線和折線型的河道設計。灌溉渠道設計也要注意模仿河流自然形態(tài)的特點。對于河流的裁彎取直工程要充分論證，取慎重態(tài)度。
6．保持河流斷面形狀的多樣性，尊重河流原有的自然斷面形態(tài)。河道整治工程中應盡可能避免采用幾何規(guī)則斷面，疏浚工程施工中避免河道斷面的均一化。
7．河道防護工程的岸坡采用有利植物生長的透水材料，特別注意采用當地天然材料。注意整理、發(fā)掘和發(fā)展我國各地的傳統(tǒng)治河工法和材料。開發(fā)和推廣輸水渠道新型襯砌材料，可供植物生長并具有一定防滲性能。
8．水利工程設計應為植物生長和動物棲息創(chuàng)造條件。提供魚類產卵條件以及鳥類和水禽棲息地和避難所。建設符合生態(tài)學原理的過壩魚道。
9. 利用生態(tài)系統(tǒng)自我修復和自我凈化功能，開發(fā)與推廣生態(tài)系統(tǒng)治污技術，開發(fā)人工濕地、生物廊道、生態(tài)浮島等經濟實用技術。