羅 涵，巨 莉，羅茂盛，唐云逸，黃艷艷，趙曦琳，盧喜平

(1.成都信息工程大學(xué)軟件工程學(xué)院，四川 成都 610225；2.四川省信息化應(yīng)用支撐軟件工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610225； 3.四川省水利科學(xué)研究院，四川 成都 610072；4.四川省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，四川 成都 610041； 5.成都理工大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610059)

水電開發(fā)是實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略、保障能源安全的重要舉措之一[1]。水電工程的建設(shè)和運(yùn)行會改變河流和陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而引發(fā)各種生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[2]。目前圍繞水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與保護(hù)問題已經(jīng)開展了大量且深入的研究，但隨著水電開發(fā)向河流上游，尤其是向西南山區(qū)等生態(tài)脆弱區(qū)發(fā)展，新的挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)；已建水電工程隨著運(yùn)行時間增長，生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)和前期未知生態(tài)環(huán)境問題逐步凸顯[3]。在此背景下，利用易獲取的數(shù)據(jù)定量評估水電開發(fā)程度是很有必要的。

裝機(jī)容量、年發(fā)電量以及庫容等指標(biāo)常被用于不同空間尺度(區(qū)域、流域、庫區(qū)等)的水電開發(fā)特點(diǎn)分析[4]、水能資源評估[1,5]、水電開發(fā)潛力估算[6-8]以及水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平評價[9-10]等研究。但水電開發(fā)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估鮮少采用這些指標(biāo)，更多采用流域徑流量[11-12]、生境格局[13-15]、生源物質(zhì)[3]、植被指數(shù)[16-17]、水生生物種群結(jié)構(gòu)[15,18-19]等生境、生物相關(guān)指數(shù)。近年來，部分研究開始從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度[20-21]評估水電開發(fā)對河流和陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。這些指標(biāo)通常難以剔除氣候變化、農(nóng)業(yè)活動或城鎮(zhèn)化等因素的影響[12]。此外，徑流量、水生生物種群結(jié)構(gòu)、流域水質(zhì)等指標(biāo)通常為點(diǎn)狀采樣數(shù)據(jù)，難以體現(xiàn)空間異質(zhì)性且相對較難獲取，增加了對區(qū)域尺度下水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行定量建模的難度。此外，定量化表述上下游的相互影響關(guān)系以及梯級水庫建設(shè)運(yùn)行對生態(tài)系統(tǒng)的累積影響也是評估水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響的關(guān)鍵[3,22-23]。目前大多數(shù)研究[24-26]從生境、生物相關(guān)指數(shù)的時空分布、變化與演替等角度，探討上游水電開發(fā)對下游生態(tài)環(huán)境的影響和梯級水庫的累積生態(tài)效應(yīng)。因此，利用易獲取的水利統(tǒng)計數(shù)據(jù)和自然環(huán)境數(shù)據(jù)，基于流域尺度，構(gòu)建水電開發(fā)程度指標(biāo)，對水電開發(fā)程度進(jìn)行綜合的定量評估，有助于水利工程對生態(tài)環(huán)境影響的模型構(gòu)建、生態(tài)環(huán)境調(diào)控措施優(yōu)化等相關(guān)研究的開展。

四川省水能資源豐富，全省水能資源理論蘊(yùn)藏量1.43億kW，僅次于西藏，技術(shù)可開發(fā)量1.03億kW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量7 611.2萬kW，均居全國首位[27]。其中，位于四川省境內(nèi)的雅礱江和大渡河流域(以下簡稱兩江流域)水能資源約占全省的二分之一，屬于我國十三大水電開發(fā)基地之一。經(jīng)歷了20多年的規(guī)劃和建設(shè)，兩江流域的水電工程為西部大開發(fā)和西電東送能源戰(zhàn)略作出了巨大貢獻(xiàn)[28]，但流域內(nèi)還有許多電站處于未建和規(guī)劃狀態(tài)，并且多集中在生態(tài)脆弱的流域上游。已有研究發(fā)現(xiàn)，兩江流域的水電工程開發(fā)對魚類種群[29]、水質(zhì)[30-31]等產(chǎn)生了重要影響。因此，綜合評估兩江流域水電開發(fā)程度，對管理水電工程的建設(shè)、降低水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響具有重大意義。

本文收集了四川省兩江流域的水利水電相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，考慮上游和下游、支流和干流的空間關(guān)系，選取易操作且合理的綜合性水電開發(fā)程度指標(biāo)，并利用差異性和相關(guān)性分析驗證指標(biāo)的合理性，結(jié)合流域地質(zhì)災(zāi)害、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題，分析未來的水電工程建設(shè)和運(yùn)行中，水電開發(fā)對流域生態(tài)環(huán)境的潛在影響，以期為流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施制定提供輔助信息和決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

兩江流域位于長江上游，介于東經(jīng)97°21′～105°21′、北緯26°01′～34°08′之間，總面積約20萬km2(圖1)。流域地形復(fù)雜，海拔高差明顯，包含川西北高原、橫斷山脈、四川盆地等多個地理單元。

圖1 研究區(qū)域概況

兩江流域內(nèi)支流密布，雅礱江較大的支流有鮮水河、理塘河、安寧河等，大渡河較大的支流有綽斯甲河、梭磨河、小金川、尼日河、青衣江等，兩江均流經(jīng)甘孜、涼山兩州，最終雅礱江于攀枝花市東區(qū)注入金沙江，大渡河在樂山市匯入岷江。兩江流域魚類資源豐富，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，雅礱江共有魚類75種[32-33]，大渡河共有魚類116種，隸屬8目19科77屬[34]。其中，大渡河流域分布有國家Ⅱ級保護(hù)魚類2種，省級保護(hù)魚類11種，長江上游特有魚類38種，經(jīng)濟(jì)魚類63種[35]。

雅礱江和大渡河流域均是重要的水電開發(fā)基地，已建大型水電站均集中在兩江流域下游(圖1)。雅礱江干流和一級支流已建、在建和規(guī)劃中型以上電站共計48座，其中，規(guī)劃23座梯級水電站，裝機(jī)容量2 560萬kW。大渡河干流和一級支流已建、在建和規(guī)劃中型以上電站共計89座，其中，規(guī)劃28座梯級水電站，裝機(jī)容量2 170萬kW。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以兩江流域的干流和一級支流的水電站為對象，基于全球大壩地理數(shù)據(jù)庫[36]，結(jié)合流域內(nèi)各類規(guī)劃報告等資料，收集整理研究區(qū)內(nèi)已建、在建、規(guī)劃、預(yù)備的大中型(裝機(jī)容量大于5萬kW)水電站的經(jīng)緯度信息、隸屬流域、工程狀態(tài)、裝機(jī)容量、年發(fā)電量和正常蓄水位等信息。

數(shù)字高程數(shù)據(jù)采用30 m空間分辨率的ASTER GDEM，本文選用的是ASTER GDEM V2版，數(shù)據(jù)下載于國家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(http://datamirror.csdb.cn/)。土壤侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)是基于2019年基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)并參照《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》計算獲得。土地利用/覆蓋情況采用2020年和2005年數(shù)據(jù)，空間分辨率為1km；地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)空間分布數(shù)據(jù)為2019年數(shù)據(jù)，均下載自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。流域水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)通過整理近期相關(guān)文獻(xiàn)和報告中水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)和魚類資源數(shù)據(jù)，最終獲得2020年9月采樣的大渡河干流20個水質(zhì)監(jiān)測斷面的7個水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)(包括氨氮、氟化物、化學(xué)需氧量、總磷、糞大腸菌群、高錳酸鉀指數(shù)和五日生化需氧量)[31]和2004—2019年間19個水電站魚類資源分布的數(shù)據(jù)[34-35,37]，采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》進(jìn)行評價。

2.2 研究方法

2.2.1子流域劃分

在ArcGIS中的水文模塊中，在盡可能保證兩江干流和主要子流域的完整性的基礎(chǔ)上，基于上一級子流域結(jié)果，結(jié)合單元內(nèi)人類活動和自然生態(tài)條件對水文過程的截斷影響，將一級子流域單元再劃分為二級子流域。最終共計73個子流域(圖2)，其中面積最大為7 057 km2，面積最小為910 km2。

圖2 研究區(qū)子流域劃分

2.2.2水電開發(fā)指標(biāo)

水電開發(fā)程度主要基于裝機(jī)容量和年發(fā)電量計算[3]。依據(jù)裝機(jī)容量計算水電開發(fā)程度具有簡便易行的優(yōu)點(diǎn)，但很難準(zhǔn)確反映水電開發(fā)實際情況[38]。依據(jù)年發(fā)電量計算水電開發(fā)程度能較科學(xué)地反映水能的實際利用率，但年發(fā)電量數(shù)據(jù)具有不易獲取、易受河流水量變化影響的特點(diǎn)[39]。本文參考文獻(xiàn)[4,40]，引入水電開發(fā)密度、水電開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)，用于綜合量化流域的水電開發(fā)程度。流域水電開發(fā)密度表示單位長度(100 km)河段的水電站個數(shù)，流域水電開發(fā)強(qiáng)度表示單位面積內(nèi)的水電裝機(jī)容量。

2.2.3統(tǒng)計分析方法

為了揭示水電開發(fā)指標(biāo)的空間聚集特性，基于流域干流和支流、上游和下游的關(guān)系，采用R軟件和ArcGIS軟件構(gòu)建空間權(quán)重矩陣以及空間自相關(guān)理論，對水電開發(fā)程度進(jìn)行集聚性分析：

(1)

(2)

(3)

采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)檢驗水電開發(fā)單個指標(biāo)與水庫土地類型變化比例的相關(guān)性，驗證單一水電開發(fā)指標(biāo)在評估水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的效果；利用Kruskal-Wallis H檢驗(對秩次的單因素方差分析)和綜合評估結(jié)果的效果檢驗不同水電開發(fā)程度子流域的水電開發(fā)指標(biāo)是否存在差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 水電開發(fā)指標(biāo)空間分異性

研究區(qū)內(nèi)已建和在建中型和大型水電站共計88座，分布在43個子流域。大渡河流域的水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、水電開發(fā)密度和開發(fā)強(qiáng)度都大于雅礱江。

各子流域的已建和在建的水電站數(shù)量和裝機(jī)容量見表1和圖3(a)(b)。已建和在建水電站主要分布在大渡河下游，包括下游干流(16座)和支流青衣江(16座)、南椏河(3座)、金湯河(3座)、革斯扎河(3座)、田灣溝(3座)；雅礱江的已建水電站主要分布在支流九龍河(4座)和木里河(3座)。大型水電站主要集中在雅礱江的下游干流和大渡河的中下游干流。

表1 研究區(qū)水電開發(fā)指標(biāo)統(tǒng)計

圖3 研究區(qū)子流域水電開發(fā)指標(biāo)空間分布

流域水電開發(fā)密度和開發(fā)強(qiáng)度見表1和圖3(c)(d)。開發(fā)密度、水電開發(fā)強(qiáng)度空間分布基本與水電站數(shù)量、裝機(jī)容量一致，但水電開發(fā)密度和開發(fā)強(qiáng)度的空間異質(zhì)性大于水電站數(shù)量和裝機(jī)容量，尤其是在兩江流域的中上游。大渡河兩個指標(biāo)均高于雅礱江。大渡河流域支流(0.88座)的水電開發(fā)密度高于干流(0.62座)，且分布較零散，主要分布在中下游支流，金湯河、青衣江、革斯扎河、瓦斯溝和官廟河；雅礱江干流和支流的水電開發(fā)密度差異不大，分布較集中，主要集中在木里河、九龍河、臥羅河以及干流的中下游。開發(fā)強(qiáng)度較大的區(qū)域主要集中在雅礱江和大渡河的中下游干流(干流開發(fā)強(qiáng)度分別為869 kW/km2和1 108 kW/km2)以及雅礱江的支流木里河和大渡河的支流南椏河。

3.2 水電開發(fā)指標(biāo)空間集聚性

為探索各開發(fā)程度指標(biāo)的空間集聚效應(yīng)，基于流域上下游和干流支流的鄰接關(guān)系，利用R軟件建立空間關(guān)系矩陣和空間權(quán)重，通過全局和局部空間自相關(guān)分析揭示水電開發(fā)程度指標(biāo)的空間分布集聚性特征。由全局空間自相關(guān)分析結(jié)果(表2)可知，全局莫蘭指數(shù)均大于0，水電開發(fā)程度指標(biāo)均存在正向空間聚集性。其中水電站數(shù)量和開發(fā)密度均呈現(xiàn)顯著的正向空間聚集性，即如果某一個子流域的水電開發(fā)程度較高，則該子流域相鄰的上下游流域通常也具有較高的水電開發(fā)程度。

表2 全局空間自相關(guān)分析結(jié)果

為探討各指標(biāo)的空間相關(guān)性類型及分布狀態(tài)，進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，獲得顯著性水平圖(圖4)。從局部相關(guān)性的角度分析，水電站數(shù)量高值聚集區(qū)集中在大渡河下游干流和支流青衣江、尼日河和官渡河，低高值區(qū)集中在大渡河中游支流；水電開發(fā)密度的空間聚集性與水電站數(shù)量的空間分布基本一致；裝機(jī)容量的高值聚集區(qū)主要分布在雅礱江中下游干流(錦屏水電站段)和支流九龍河，低高值區(qū)分布在兩江流域中下游的各支流(臥羅河、安寧河、安順河、田螺溝、流沙河和青衣江)；水電開發(fā)強(qiáng)度的高值聚集區(qū)位于雅礱江中游干流(臥羅河以上)、雅礱江支流霍曲和大渡河支流青衣江流域；4個指標(biāo)的低值聚集區(qū)均分布在雅礱江上游。

圖4 研究區(qū)水電開發(fā)指標(biāo)局部自相關(guān)顯著性分析

3.3 水電開發(fā)程度劃分

通過上述分析，可以看出水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、開發(fā)密度和開發(fā)強(qiáng)度空間分布基本一致，但局部存在差異?；趩我恢笜?biāo)的水電開發(fā)程度評估容易忽視個別子流域的水電開發(fā)綜合情況，結(jié)合4個指標(biāo)及其空間聚集性特征建立水電開發(fā)程度綜合評估體系(詳見表3)：以流域內(nèi)是否有在建或已建水電站作為水電工程開發(fā)區(qū)和水電工程影響區(qū)的分類因子；基于空間自相關(guān)分析結(jié)果，將高值聚集區(qū)和高低值區(qū)作為開發(fā)影響程度重要因子，將低高值區(qū)作為次要影響因子；為防止個別流域的單一開發(fā)指標(biāo)過高被忽略，將水電開發(fā)指標(biāo)高于三四分位數(shù)和中位數(shù)的指標(biāo)也作為開發(fā)影響程度因子，即樣本中數(shù)值由小到大排列后第75%和50%的數(shù)。最終獲得兩江流域綜合水電開發(fā)程度空間分布圖(圖5)和統(tǒng)計表(表4)。

表3 水電開發(fā)程度劃分體系

表4 研究區(qū)不同水電開發(fā)程度相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計

圖5 研究區(qū)水電開發(fā)程度空間分布

水電工程開發(fā)區(qū)分為極高、高、中、低4個程度，水電工程影響區(qū)分為高和低兩個程度，共計6個程度。其中，水電工程開發(fā)區(qū)按照流域水電站裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開發(fā)密度、水電開發(fā)強(qiáng)度以及聚集性等指標(biāo)從高到低排列；水電工程高程度影響區(qū)定義為無已建和在建水電工程，位于水電開發(fā)高值聚集區(qū)上下游的流域，屬于受到其他流域水電開發(fā)影響的區(qū)域。

雅礱江流域的水電開發(fā)程度在上下游呈現(xiàn)較顯著的差異性和局部的聚集性。雅礱江流域上游(慶達(dá)河和鮮水河匯入口以上)流域基本屬于低程度影響區(qū)，除鮮水河上游有少量已建水電站，屬于低程度開發(fā)區(qū)；雅礱江中下游開發(fā)程度明顯強(qiáng)于上游，其中極高和高程度開發(fā)區(qū)主要集中在兩河口以下的干流和支流木里河、九龍河；中程度開發(fā)區(qū)主要為支流霍曲、臥羅河、安寧河部分區(qū)域，以及下游干流。

相較于雅礱江流域，大渡河流域水電開發(fā)程度的空間差異性更明顯。大渡河流域極高程度開發(fā)區(qū)集中在干流下游和支流青衣江的干流區(qū)域；高程度開發(fā)區(qū)分布在極高程度開發(fā)區(qū)域的上游以及支流金湯河、瓦斯溝、革斯扎河、綽斯甲河等區(qū)域；中程度開發(fā)區(qū)主要分布在支流尼日河和田灣溝，以及東谷河以下田灣溝以上的干流區(qū)域。相較于雅礱江流域，大渡河流域的低程度影響區(qū)較少，主要分布在上游的各支流。

4 討 論

4.1 水電開發(fā)程度綜合評估體系適用性驗證

4.1.1單一指標(biāo)的驗證

土地利用類型的時空變化能夠直接反映水電開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響[15]。兩江流域的水電工程于2005年左右開始動工，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從2005年到2020年，水庫面積從900 km2(占總面積的8%)上升到1 150 km2(占總面積的10%)。結(jié)合2005年和2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有24%的水庫區(qū)域由耕地轉(zhuǎn)化而來，其次為林地(19%)、草地(16%)和城鎮(zhèn)居民用地(1%)。

兩江流域內(nèi)73個子流域水庫面積變化的比例與開發(fā)強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為0.39，呈極顯著相關(guān)性(p<0.01)，與裝機(jī)容量的相關(guān)系數(shù)為0.41(p<0.01)，與開發(fā)密度的相關(guān)系數(shù)為0.03(p=0.8)，與水電站數(shù)量的相關(guān)系數(shù)為0.1(p=0.42)。通常，水電站庫容、裝機(jī)容量越大，受影響的土地面積越大。分析發(fā)現(xiàn)水電開發(fā)強(qiáng)度、裝機(jī)容量與大型水電站建設(shè)和影響范圍顯著相關(guān)，證明流域裝機(jī)容量和開發(fā)強(qiáng)度能較好地反映大型水電站對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。

水電開發(fā)密度和水電站數(shù)量能輔助反映水電站對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響。Yun等[42]通過VIC水文模型發(fā)現(xiàn)水電站數(shù)量與流域徑流有顯著相關(guān)性。陳求穩(wěn)等[3]發(fā)現(xiàn)水電工程通過攔截改變河流自然水文情勢，影響關(guān)鍵生源要素循環(huán)、河流底棲動物群落結(jié)構(gòu)及分布以及魚類的洄游。過密的水電工程開發(fā)必然會對水生態(tài)環(huán)境造成影響。此外，水電開發(fā)密度和水電數(shù)量、水電開發(fā)強(qiáng)度和裝機(jī)容量具有空間一致性，也存在局部的空間差異性。因此，融合4個指標(biāo)構(gòu)建水電開發(fā)程度綜合評估體系能有效凸顯水電工程開發(fā)的各類生態(tài)環(huán)境影響。

4.1.2水電開發(fā)程度結(jié)果的差異性檢驗

為了進(jìn)一步說明該綜合評估體系的合理性，通過Kruskal-Wallis H檢驗，發(fā)現(xiàn)裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開發(fā)密度和水電開發(fā)強(qiáng)度在開發(fā)區(qū)的4個水電開發(fā)程度中呈現(xiàn)顯著的差異性(p<0.05)，證明在水電開發(fā)區(qū)，各項指標(biāo)的差異性明顯。

通過單一的水電開發(fā)指標(biāo)，無法對水電開發(fā)影響區(qū)進(jìn)行程度劃分。采用空間聚集性的統(tǒng)計分析結(jié)果進(jìn)行劃分，能有效地考慮水電開發(fā)過程中流域之間的累積生態(tài)環(huán)境影響。

4.2 基于不同水電開發(fā)程度的流域管理建議

4.2.1流域水電開發(fā)建設(shè)管理

根據(jù)統(tǒng)計的已建、在建、規(guī)劃和預(yù)備的水電工程情況，分析兩江流域的水電開發(fā)規(guī)劃建設(shè)情況(表5)。大渡河的已建、在建水電工程規(guī)模占比略高于雅礱江，其中干流已建、在建規(guī)模占比明顯高于支流，下一步兩江流域的水電工程建設(shè)將由大渡河轉(zhuǎn)移到雅礱江，由流域的下游向中上游轉(zhuǎn)移，尤其是雅礱江的中上游干流。

表5 兩江流域水電開發(fā)規(guī)劃情況

結(jié)合現(xiàn)階段的水電開發(fā)程度劃分結(jié)果，分析未來水電工程建設(shè)和規(guī)劃情況(表6)。雅礱江干流的極高程度開發(fā)區(qū)和低程度影響區(qū)都是下一步水電開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，水電開發(fā)強(qiáng)度和水電開發(fā)密度均明顯增加。雅礱江干流的高程度開發(fā)區(qū)和大渡河流域干流的高程度開發(fā)區(qū)，水電開發(fā)強(qiáng)度增長幅度較大。大渡河支流的高程度開發(fā)區(qū)、低程度開發(fā)區(qū)和中程度開發(fā)區(qū)，開發(fā)密度提升明顯。以上區(qū)域都屬于未來的重點(diǎn)工程開發(fā)區(qū)，接下來的水利工程建設(shè)中，都應(yīng)考慮結(jié)合已建水電工程的情況，注意降低工程對生態(tài)環(huán)境的影響。

在水電工程建設(shè)過程中，地表擾動會造成水土流失，不同水電開發(fā)程度的水土流失面積比例見表6。兩江流域的水土流失面積比例最高的為大渡河干流的極高程度開發(fā)區(qū)和雅礱江干流的中程度開發(fā)區(qū)，其次為大渡河支流中程度開發(fā)區(qū)、高程度影響區(qū)、雅礱江支流的極高程度開發(fā)區(qū)和大渡河干流的中程度開發(fā)區(qū)。在以上區(qū)域接下來的水電開發(fā)工作需要更加注意水電開發(fā)過程中的水土保持措施，盡可能減小水電工程對陸地和河流生態(tài)系統(tǒng)的擾動。此外，大渡河支流中程度開發(fā)區(qū)屬于規(guī)劃的水電工程建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域，在該區(qū)域中的工程建設(shè)更應(yīng)注意水土保持措施的落實。

表6 兩江流域干流與支流不同水電開發(fā)程度的情況統(tǒng)計

4.2.2流域水電工程運(yùn)行管理

a.水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)。水電工程運(yùn)行使天然河流從急流型向靜水型轉(zhuǎn)變，流速減緩，水域面積增加，水體更新周期和污染物在庫區(qū)停留時間變長。由于數(shù)據(jù)獲取的局限性，基于文獻(xiàn)中收集整理的豐水期大渡河20個水質(zhì)監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，其中低程度開發(fā)區(qū)1個，中程度開發(fā)區(qū)3個，高程度開發(fā)區(qū)4個，極高程度開發(fā)區(qū)12個，基本呈現(xiàn)從上游向下游開發(fā)程度從低到極高依次分布，所有斷面水質(zhì)類別均達(dá)到Ⅲ類以上，其中Ⅱ類水質(zhì)基本分布在低開發(fā)區(qū)(足木足河斷面)、中開發(fā)區(qū)(猴子巖和大崗山)、高開發(fā)區(qū)(瀑布溝)和極高開發(fā)區(qū)(龔嘴壩)。在21個指標(biāo)中，水質(zhì)指標(biāo)的超標(biāo)主要集中在極高開發(fā)區(qū)(深溪溝、枕頭壩、沙坪、龔嘴壩和銅街子)和中開發(fā)區(qū)(猴子巖)的糞大腸菌群以及五日生化需氧量。大渡河干流總體水質(zhì)狀況為優(yōu)，但在下游的極高水電開發(fā)區(qū)需加強(qiáng)對水質(zhì)的監(jiān)測。水電工程運(yùn)行會造成上下游間的物理和生物隔斷；水電工程蓄水會改變河流原始流態(tài)，改變河流水動力特征和水溫條件，引發(fā)水生態(tài)環(huán)境變化，進(jìn)而影響魚類的生存、發(fā)展、演化。以大渡河干流為例(圖6)，大渡河干流上游、中游、下游分布的國家級省級重點(diǎn)保護(hù)魚類種類穩(wěn)定，但是長江上游特有魚類數(shù)量分布呈現(xiàn)出從上游到中游逐步增加趨勢，下游區(qū)域由于龔嘴壩的建設(shè)，造成魚類洄游通道受阻，使得下游區(qū)域魚類種數(shù)低于中游區(qū)域。并且，相較于上下游龔嘴壩區(qū)的水質(zhì)指標(biāo)也出現(xiàn)較明顯的超標(biāo)。因此，在水電開發(fā)運(yùn)行過程中，大渡河干流下游的極高程度開發(fā)區(qū)需要加強(qiáng)對魚類保護(hù)的工程措施有效性的監(jiān)測。

圖6 大渡河干流不同水電開發(fā)程度魚類資源分布情況

b.地質(zhì)災(zāi)害防范。四川是全國地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一，兩江地區(qū)位于川西北高原，屬于典型的山區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，泥石流夾帶大量的泥砂石進(jìn)入河流和庫區(qū)，對流域水環(huán)境帶來巨大的不利影響。表6列舉了不同水電開發(fā)程度的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)量。大渡河支流的高影響區(qū)和雅礱江支流的低影響區(qū)雖然沒有水電工程，但是該區(qū)域上下游的水電工程較多，并且屬于地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重和水土流失嚴(yán)重的區(qū)域。因此，在該區(qū)域上下游的水電工程建設(shè)過程中，更需要關(guān)注水電工程對陸地和河流生態(tài)系統(tǒng)的累積影響。大渡河干流的高程度開發(fā)區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重，同時也是規(guī)劃中水電開發(fā)重點(diǎn)區(qū)域，在水電工程運(yùn)行和建設(shè)中需要注意生態(tài)環(huán)境的影響，還需多考慮地質(zhì)災(zāi)害的影響。

5 結(jié) 論

a.兩江流域水電站數(shù)量、裝機(jī)容量、水電開發(fā)密度、水電開發(fā)強(qiáng)度4個指標(biāo)具有明顯的空間分異性。大渡河的4個指標(biāo)值都大于雅礱江，且集中在大渡河流域的中下游。

b.兩江流域水電站數(shù)量和開發(fā)密度全局莫蘭指數(shù)的Z值大于1.96，呈現(xiàn)顯著的正向空間聚集性(p<0.05)。其中，高值聚集區(qū)、高低值區(qū)、低高值區(qū)主要位于兩江流域的中下游，低值聚集區(qū)位于流域的上游。

c.兩江流域的裝機(jī)容量和水電開發(fā)強(qiáng)度與流域2005—2020年期間土地利用類型中的水庫面積增長比例呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明裝機(jī)容量和水電開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)能表征大型水電站的建設(shè)對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。

d.利用水電站裝機(jī)容量、水電站數(shù)量、水電開發(fā)密度、水電開發(fā)強(qiáng)度4個指標(biāo)，結(jié)合流域上下游間的空間關(guān)系，構(gòu)建流域水電開發(fā)程度綜合評估體系，將區(qū)域劃分為開發(fā)區(qū)(極高、高、中、低)和影響區(qū)(高、低)。通過Kruskal-Wallis H檢驗，對比不同開發(fā)程度的子流域各項水電開發(fā)指標(biāo)的差異性，發(fā)現(xiàn)4個水電開發(fā)指標(biāo)呈現(xiàn)顯著的差異性(p<0.05)，說明基于4個指標(biāo)的水電開發(fā)程度綜合評估體系在兩江流域中應(yīng)用是合理的。

e.結(jié)合劃分結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩江流域未來的水電開發(fā)重點(diǎn)區(qū)域?qū)⒓性谘诺a江干流的極高程度開發(fā)區(qū)、高程度開發(fā)區(qū)、低程度影響區(qū)，大渡河支流的高程度開發(fā)區(qū)、低程度開發(fā)區(qū)和中程度開發(fā)區(qū)，大渡河干流的高程度開發(fā)區(qū)和中程度開發(fā)區(qū)。其中大渡河支流中程度開發(fā)區(qū)和高程度開發(fā)區(qū)，在開發(fā)建設(shè)過程中需注意水土保持措施的實施。

f.以大渡河干流流域為例，流域水質(zhì)綜合為優(yōu)，且有穩(wěn)定的國家省級保護(hù)魚類和長江上游特有魚類，但在龔嘴等極高程度開發(fā)區(qū)，存在糞大腸菌群和五日生化需氧量水質(zhì)指標(biāo)相對Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)的情況，以及長江特有魚類突然減少的現(xiàn)象。因此，在大渡河干流極高程度開發(fā)區(qū)水電運(yùn)行過程中，需注意對水生態(tài)環(huán)境和魚類資源的監(jiān)測保護(hù)。