包廣靜

（云南財經(jīng)大學(xué) 國土資源與持續(xù)發(fā)展研究所，昆明 650221）

從系統(tǒng)的角度綜觀水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境問題的成因，主要是水電開發(fā)過程中人類非理性的活動對和諧生態(tài)格局的破壞，即人類活動超出了生態(tài)環(huán)境的承載力，導(dǎo)致生態(tài)破壞、生態(tài)過程的紊亂。水能開發(fā)會對生態(tài)環(huán)境造成明顯的影響，如對河流水文、物理化學(xué)特性、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能等的影響[1]，并產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)境問題和效應(yīng)，如水環(huán)境污染問題、庫區(qū)淤積問題、截留效應(yīng)、水溫效應(yīng)[2-3]等，水能開發(fā)生態(tài)問題的核心就是水能開發(fā)后生態(tài)格局改變所導(dǎo)致的生態(tài)過程的紊亂。分析研究水能資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的時空效應(yīng)，對于從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能方面開展水能開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)的人為調(diào)控將起到重要的作用。同時，從時空角度分析水能開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，有助于把握水能開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)的時空對應(yīng)關(guān)系，可為不同區(qū)域水能開發(fā)提供基礎(chǔ)理論上的支持，對于提高水能開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度將起到積極的作用。

1 水能資源與生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)

1.1 水能資源系統(tǒng)

水能資源系統(tǒng)包括水能資源和水能資源環(huán)境兩個部分。水能資源指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。自由流動的天然河流的能量，稱為河流潛在的水能資源，或稱水力資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；狹義的水能資源指河流的水能資源。到20世紀90年代初，河流水能是人類大規(guī)模利用的水能資源；潮汐水能也得到了較成功的利用；波浪能和海流能資源則正在進行開發(fā)研究。人類利用水能的歷史悠久，但早期僅將水能轉(zhuǎn)化為機械能，直到高壓輸電技術(shù)發(fā)展、水力交流發(fā)電機發(fā)明后，水能才被大規(guī)模開發(fā)利用。目前水力發(fā)電是水能利用的主要方式，故通常把水電作為水能的代名詞，本文中的水能資源指以水力發(fā)電為主的水資源利用方式。

水能資源系統(tǒng)除水能資源外還包括水能資源環(huán)境部分。水能資源環(huán)境是以水能資源的開發(fā)、利用、管理為中心，由影響水能資源系統(tǒng)管理運行、發(fā)展演化的各種自然因素和人文因素相互作用而共同構(gòu)成的綜合體。水能資源環(huán)境包括水能資源自然環(huán)境和人文環(huán)境，自然環(huán)境又可進一步劃分出地質(zhì)、地貌環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等，人文環(huán)境則主要包括經(jīng)濟環(huán)境、社會環(huán)境、文化環(huán)境、制度環(huán)境等。水能資源與水能資源環(huán)境共同構(gòu)成水能資源系統(tǒng)，通過其功能效應(yīng)的發(fā)揮與外界系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用。

1.2 水能資源系統(tǒng)的特點及其生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系

水資源系統(tǒng)有其特殊的系統(tǒng)構(gòu)成及系統(tǒng)功能，水能資源系統(tǒng)構(gòu)成的基本要素及功能由水能資源開發(fā)所在流域生態(tài)、經(jīng)濟、社會等背景要素所決定。除具有一般系統(tǒng)常規(guī)特點外，水能資源系統(tǒng)還有其特殊性，體現(xiàn)在以下幾個方面：系統(tǒng)功能的經(jīng)濟主導(dǎo)性，即水能資源的開發(fā)其主要目標是為了促進社會經(jīng)濟的發(fā)展；系統(tǒng)功能定位的多元性，在以經(jīng)濟功能為主的前提下，水能資源系統(tǒng)還需考慮更多的生態(tài)功能、社會功能、文化功能等，在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展體系的構(gòu)建中，水能資源其系統(tǒng)功能的定位具有多元化的趨勢；系統(tǒng)屬性構(gòu)成的復(fù)合性，水能資源系統(tǒng)除受其區(qū)域背景影響外，其內(nèi)部構(gòu)成也是極為復(fù)雜的，既包括人類社會主導(dǎo)下形成的社會經(jīng)濟要素，也包括自然生態(tài)環(huán)境主導(dǎo)下形成的自然要素。水能資源系統(tǒng)作為人類社會經(jīng)濟發(fā)展的能源支持系統(tǒng)，具有很強的社會經(jīng)濟屬性，同時，水能資源系統(tǒng)形成、運行必須依靠自然生態(tài)環(huán)境，因此自然生態(tài)屬性也在其發(fā)展中起著關(guān)鍵性作用。

在水能資源系統(tǒng)中，生態(tài)子系統(tǒng)是其重要組成部分，除生態(tài)子系統(tǒng)外，水能資源系統(tǒng)的組成還包括經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)。從水能資源開發(fā)的歷史我們可以看出，在走過資金約束、技術(shù)約束階段后，當(dāng)前水能資源的開發(fā)主要受到生態(tài)的約束，研究分析水能資源系統(tǒng)的區(qū)域生態(tài)背景及其內(nèi)部生態(tài)子系統(tǒng)的特征狀況，對于減少水電開發(fā)生態(tài)影響，協(xié)調(diào)水電開發(fā)與生態(tài)關(guān)系具有重要的作用。從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的角度來看，水能資源系統(tǒng)屬人類干擾下形成的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，其系統(tǒng)的特點具有明顯的人為影響性，是人與生態(tài)相互作用關(guān)系表現(xiàn)最為突出的復(fù)合系統(tǒng)之一，水能資源系統(tǒng)及其內(nèi)部構(gòu)成要素是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，同時，水能資源系統(tǒng)又可作為一個相對獨立的系統(tǒng)來看待，當(dāng)將其視為獨立系統(tǒng)時，其與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)彼此產(chǎn)生相互的物質(zhì)、信息、能量的交換，相互影響相互關(guān)聯(lián)。在研究和分析水能資源系統(tǒng)時，為強調(diào)突出水能資源系統(tǒng)對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響和作用，往往將其視為一個獨立的系統(tǒng)來對待，分析其開發(fā)、建設(shè)和運行對生態(tài)環(huán)境的影響，而在考慮區(qū)域生態(tài)環(huán)境綜合長期效應(yīng)時，則可將其視為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的組成要素，從要素構(gòu)成變動對系統(tǒng)功能影響的角度來考慮問題，以方便更好的從系統(tǒng)的角度來把握水電開發(fā)的生態(tài)問題。由此可見，從不同的空間尺度、時間尺度考慮分析水能資源系統(tǒng)生態(tài)關(guān)聯(lián)效應(yīng)時，需要采取不同的研究視角以滿足不同的研究目的，但總的來說，水能資源系統(tǒng)作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分，生態(tài)系統(tǒng)是水能資源系統(tǒng)的母體之一，兩個系統(tǒng)分別構(gòu)建，相互交叉、相互作用，構(gòu)成一個復(fù)雜的復(fù)合系統(tǒng)。

1.3 水能資源系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境的復(fù)合系統(tǒng)

從水能資源系統(tǒng)中生態(tài)子系統(tǒng)的構(gòu)成與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)基本構(gòu)架來看 （圖1），水能資源生態(tài)系統(tǒng)中的陸生生態(tài)、岸邊水陸交錯帶以及水生生態(tài)是其主要的次一級子系統(tǒng)，通過這三個子系統(tǒng)水能資源生態(tài)系統(tǒng)與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中的流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，并在生境適應(yīng)性及河流物理特性兩個主要方面產(chǎn)生相互的作用。

在水能資源生態(tài)系統(tǒng)與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的同時，水能資源系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟子系統(tǒng)同樣與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生交互作用。以水能開發(fā)系統(tǒng)中的移民子系統(tǒng)來看，在相關(guān)移民政策的作用下，移民離開原住區(qū)域，到新的區(qū)域重新開始生活，移民的生產(chǎn)需求、生活需求、文化知識等將在移民安置區(qū)土地利用過程中產(chǎn)生相應(yīng)的生態(tài)效應(yīng)，影響到安置區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、植被物種等相關(guān)要素，在這一過程中需要通過人為措施對由移民造成的環(huán)境突發(fā)事件、脆弱性增加等進行調(diào)控。相對于大壩建設(shè)來說，水能資源系統(tǒng)中的移民系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)造成的影響較為多樣化，體現(xiàn)出更高的復(fù)合性。

2 時空關(guān)聯(lián)效應(yīng)產(chǎn)生的基礎(chǔ)

2.1 生態(tài)系統(tǒng)的等級性

生態(tài)系統(tǒng)的等級性是水能資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)時空分異產(chǎn)生的自然動因機制。生態(tài)系統(tǒng)的等級性使得某一區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)由眾多不同等級的子系統(tǒng)構(gòu)成，這些不同等級子系統(tǒng)之間在結(jié)構(gòu)和功能上存在時空尺度的分異；水能資源系統(tǒng)同樣由各級子系統(tǒng)構(gòu)成，當(dāng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性與水能資源系統(tǒng)的多樣性產(chǎn)生關(guān)聯(lián)時，不同的組合狀態(tài)，將形成不同的時空組合關(guān)系。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)演替路徑的隨機性

某一生態(tài)系統(tǒng)的演替方向具有其特定的規(guī)律性，但在朝向演替方向發(fā)展的過程中，受到各種干擾的作用，其演替路徑將具有很強的隨機性，這種隨機性，增加了系統(tǒng)關(guān)聯(lián)時的時空分異。對于某一流域來說，流域內(nèi)不同的土地利用方式，將產(chǎn)生各種不同的生態(tài)效應(yīng)，作用于河流生態(tài)系統(tǒng)，河流生態(tài)系統(tǒng)在這些不同效應(yīng)的作用下，其演替路徑的隨機性將增加，水能資源系統(tǒng)與該河流生態(tài)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的時空分異也將隨之增加。

2.3 影響效應(yīng)的尺度依賴性

不同時空尺度的相互作用對了解生態(tài)系統(tǒng)的決定因素，以及它們對水能資源發(fā)展的意義至關(guān)重要。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個相對的概念，組成生態(tài)系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)所產(chǎn)生的功能效應(yīng)也是相對的。從時間的尺度來看，水能資源系統(tǒng)開發(fā)、運行對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)可以看作是時間的函數(shù)，效應(yīng)的發(fā)揮取決于觀察生態(tài)系統(tǒng)時所選定的時間尺度。評價水能資源對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的效應(yīng)首先需確定分析的時間尺度，即變化速率。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)因水電開發(fā)的變化速率大于確定的運動速率時，就可認為生態(tài)系統(tǒng)失去了穩(wěn)定性，水電開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了負面效應(yīng)；當(dāng)變化速率小于確定的運動速率時，則可認為生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，水電開發(fā)所產(chǎn)生的生態(tài)負面效應(yīng)較小。

從空間的尺度來看，景觀穩(wěn)定性實際是許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)在立地斑塊上的不斷變化與景觀水平上相對靜止的統(tǒng)一[4]，這種穩(wěn)定性又被稱為景觀的異質(zhì)穩(wěn)定性。流域尺度上河岸植被的穩(wěn)定性要比沿河流渠道各段的局部穩(wěn)定性高，就是異質(zhì)穩(wěn)定性的體現(xiàn)，小尺度上景觀要素組成和結(jié)構(gòu)的變化較快，而大尺度上的景觀變化比較慢，小尺度上的劇烈波動，可能在較大尺度上被異質(zhì)景觀格局吸收。這種規(guī)律存在于絕大多數(shù)景觀之中。當(dāng)然，一些景觀戰(zhàn)略點的變化也可能在較大尺度上被放大，導(dǎo)致景觀整體的劇烈變化。水能資源系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)所能產(chǎn)生的效應(yīng)同樣應(yīng)從不同的空間尺度來加以衡量調(diào)控，而關(guān)鍵問題在于開發(fā)中對生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵戰(zhàn)略點的識別的把握，對于某些較小的影響、局部的影響如果確定為非生態(tài)系統(tǒng)戰(zhàn)略關(guān)鍵點，則其負面影響應(yīng)該是可以接受的，但困難之處則在于對于哪些是戰(zhàn)略關(guān)鍵點,哪些是非戰(zhàn)略關(guān)鍵點的確立。

2.4 決策尺度的異質(zhì)性

決策尺度的異質(zhì)性是二者時空關(guān)聯(lián)分異的人文要素基礎(chǔ)。社會、政治，以及經(jīng)濟過程也都具有不同特征的時空尺度。生態(tài)過程和社會政治過程的特征尺度大小往往互不吻合。由于生態(tài)尺度、決策尺度，以及決策的制度層次尺度互不吻合，因此產(chǎn)生了許多環(huán)境問題。例如，在純粹的局地尺度評估中，可以發(fā)現(xiàn)其中最為有效的社會對策只能從國家的尺度上去實施 （例如取消某一補貼或者建立某一規(guī)則）。此外，單純的局地評估可能缺少一定的實用性和可信度，不能刺激國家或區(qū)域?qū)哟蔚淖兓?。另一方面，單純的全球評估也可能缺乏必需的實用性和可信度，不能促使在局地尺度上生態(tài)系統(tǒng)管理工作的變化 （盡管對當(dāng)?shù)貋碚f確實需要）。一個特定尺度上的評估結(jié)果，總是受其它尺度上生態(tài)、社會經(jīng)濟，以及政治因素的相互作用的嚴重影響[5]。因此，分析評估水能資源開發(fā)生態(tài)效應(yīng)應(yīng)從時間和空間等層面進行，開展多尺度的決策研究，避免因僅關(guān)注單一尺度而忽略其它尺度及其之間的相互作用。

圖2 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)時空分異形成的過程示意

2.5 研究者視角的差異

水能開發(fā)生態(tài)影響的時空分異還受研究者的影響，生態(tài)系統(tǒng)時空尺度的關(guān)聯(lián)必須將系統(tǒng)固有的性質(zhì)和觀察者的理解、興趣和能力相結(jié)合。生態(tài)系統(tǒng)在空間和時間上都表現(xiàn)出高度的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性來源于時間和空間的異質(zhì)性和大量組分間的非線性關(guān)聯(lián)。判斷某個生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度依賴于描述的途徑和觀察的目標[6]。研究者個體在價值觀、興趣、研究能力及知識體系上的差異將使其研究結(jié)果表現(xiàn)出差異，這其中包括時間尺度和空間尺度方面的差異。如對于熱衷于水能開發(fā)的研究者來說，在研究分析水能開發(fā)生態(tài)效應(yīng)時，更傾向于揭示水能開發(fā)的正面生態(tài)效應(yīng)，而對負面生態(tài)效應(yīng)則會采取選擇性的關(guān)注；對水能開發(fā)持消極態(tài)度的研究者，其已有的價值取向使其更易去重點關(guān)注水能開發(fā)的負面生態(tài)效應(yīng)。

3 時空關(guān)聯(lián)效應(yīng)的特征表現(xiàn)

3.1 效應(yīng)的滯后性

生態(tài)系統(tǒng)和人類系統(tǒng)都具有相當(dāng)程度的慣性，當(dāng)前變化所產(chǎn)生的影響也許在幾年或幾十年之后都難以覺察。無論是從時間尺度還是從空間尺度來開展相關(guān)的生態(tài)效應(yīng)分析，基于現(xiàn)有研究條件的研究結(jié)論都存在效應(yīng)滯后的現(xiàn)象。某一時間點或某一時間段內(nèi)開展的研究結(jié)論其適應(yīng)性受時間變化的影響，從空間角度來看，基于某一空間尺度開展的對未來生態(tài)效應(yīng)的預(yù)測可能早已在另一級別的空間尺度產(chǎn)生著作用。從生態(tài)系統(tǒng)的角度來看，在經(jīng)受某一影響后，演替的進程在大多數(shù)情況下也不再按原來的速率進行，存在提前或推后的可能。滯后性受兩大因素的影響，研究者的分析判斷能力和生態(tài)系統(tǒng)自身的發(fā)展變化的速率。效應(yīng)發(fā)揮滯后性的存在加大了對潛在生態(tài)影響的預(yù)測難度，也使得對生態(tài)效應(yīng)分析研究不準確性的增加。這種滯后性使得水電開發(fā)效應(yīng)隨時間累積變化，即使是水電大壩拆除后，其影響都還將長期存在。

3.2 尺度的對應(yīng)性

生態(tài)系統(tǒng)過程和服務(wù)功能只有在特定的時空尺度上才能表現(xiàn)其顯著的主導(dǎo)作用和效果，并且最容易被觀測，從而被典型而充分地表達出來。生態(tài)系統(tǒng)過程和服務(wù)功能常常具有一個特征尺度，即典型的空間范圍和持續(xù)時段?？臻g尺度和時間尺度常常密切相關(guān) （圖3）。

一般來說一個較小的時間尺度對應(yīng)的空間尺度也較小，從微觀尺度開展的研究一般對應(yīng)較短的時間，較小的空間范圍，對某些極短時間內(nèi)發(fā)生并很快結(jié)束的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象，是不需要考慮其空間尺度的。水能資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在時空尺度上也具有對應(yīng)性。如水能施工建設(shè)期、運行期產(chǎn)生的重點效應(yīng)可分別對應(yīng)河流生態(tài)系統(tǒng)中的河段、流域空間級別，雖然其對應(yīng)界線并不是很明顯，但從主要效應(yīng)的發(fā)揮與顯現(xiàn)上來看是存在這種對應(yīng)關(guān)系的。從生態(tài)系統(tǒng)來看，因水能開發(fā)而導(dǎo)致的河流生態(tài)系統(tǒng)的物種變化、遷移、群落更替可分別對應(yīng)水能資源系統(tǒng)的庫區(qū)、河段、流域等 （圖3）。這種時空尺度的對應(yīng)性，為分階段、分區(qū)域調(diào)控水能資源開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系提供了可能，增加了調(diào)控的時空尺度參照，并為開展更高層次的綜合系統(tǒng)調(diào)控提供了基礎(chǔ)。

3.3 效應(yīng)的多樣性

對于水能資源系統(tǒng)本身來說，其不同時間段、不同空間領(lǐng)域范圍內(nèi)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及狀態(tài)是不相同的；而對生態(tài)系統(tǒng)來說，這種異質(zhì)就更高。當(dāng)將二者進行疊加分析時，異質(zhì)性將會越高，其二者相互作用效應(yīng)的多樣性就越高，這類似于一定程度上的高景觀異質(zhì)性有助于提高生物多樣性一樣。以生態(tài)系統(tǒng)來看，如生態(tài)系統(tǒng)某一空間范圍內(nèi)存的物種越多，那水能資源開發(fā)所產(chǎn)生的效應(yīng)就越復(fù)雜，對該空間范圍內(nèi)不同物種產(chǎn)生不同效應(yīng)，物種間的相互作用又使得水能資源開發(fā)效應(yīng)發(fā)生變異，形成新的作用結(jié)果；從水能資源系統(tǒng)來看，水庫的不同蓄水狀態(tài)，將形成不同的洄水空間，對庫區(qū)及上下流地區(qū)產(chǎn)生不同的生態(tài)影響，如對河流采取梯級開發(fā)，開發(fā)空間范圍的增加，水能資源系統(tǒng)空間異質(zhì)性增加，其對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的效應(yīng)也將隨之增加。異質(zhì)性將伴隨著效應(yīng)的多樣性，但在效應(yīng)多樣性中，區(qū)分正面效應(yīng)與負面效應(yīng)與異質(zhì)性的關(guān)系將是研究的重點與難點所在。

4 結(jié)語

系統(tǒng)間的相互關(guān)系決定了水能資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)相互影響、相互作用，二者的發(fā)展存在互動關(guān)系，而這種互動關(guān)系在不同的空間上、時間上表現(xiàn)出差異性，對二者關(guān)聯(lián)效應(yīng)的分析需建立于特定的時空組合狀態(tài)下。出于保護環(huán)境的需求，當(dāng)前水能資源開發(fā)面臨的生態(tài)約束不斷增強，生態(tài)友好型水利工程的建設(shè)成為今后水能資源開發(fā)的重要方向，而如何評價一項工程的生態(tài)友好度則需基于水能資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的基本時空效應(yīng)特點，以這一特點為分析框架將有助于提高水能資源開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價的科學(xué)性，加快二者良性互動關(guān)系的形成，促進生態(tài)友好型水利水電工程的建設(shè)與發(fā)展。

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