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水电大坝对社会经济发展起到积极作用的同时,也对生态和环境产生剧烈的效应。水电大坝生态效应范围广、周期长,正负两面均有体现。澜沧江流域位于我国西南纵向岭谷区,生态系统复杂脆弱,纵向变化效应显著,因此正确认识澜沧江水电大坝生态效应,尤其是各类型效应构成的生态效应链,是处理好澜沧江水电大坝建设与生态和环境保护相协调的关键,对维系区域生态系统健康,实现区域可持续发展具有重要的理论和现实意义。
本文从系统生态学角度定义了水电大坝生态效应,重新界定了水电大坝生态效应的内涵;依据生态效应链的基本特征,将水电大坝生态效应视为一个系统,按照列、类、型及种对其进行了分类分级,并将各类型水电大坝生态效应与时空尺度特征进行关联,进而提出水电大坝生态效应链以及相关的效应源、驱动力、基位效应、中位效应和项位效应等概念。深入分析了水电大坝生态效应链的重大工程性、因果关联性、现象复杂性、时空累积性以及部分可控性:将生态系统承载力分析、生态系统网络分析、环分析、交互矩阵和马尔可夫链等应用于不同构成方式的生态效应链研究中。通过研究生态效应型和生态效应种,确定生态效应链节点,从而寻求生态效应主链,初步构建了不同生态系统类型的水电大坝生态效应链,建立了生态效应链的评价指标;将陆地生态系统服务功能作价值量计算,再根据价值——能值关系转化为能值,利用能值量化基位效应、中位效应和顶位效应作用程度,并对三者之间的数值关系进行比较分析,克服了能值分析方法不能体现服务和产品稀缺性的局限性:利用生态效应链对澜沧江流域单个漫湾电站建设以及梯级水电大坝典型段(已建的漫湾和大朝山,在建的小湾、糯扎渡及景洪电站)生态效应链进行深入研究,并在此基础上对上游的梯级开发生态效应进行情景分析,并对梯级开发进行合理性论证。全文获得以下重要结论:
1)水电大坝生态效应是大坝的建设及运行对生态系统及其组分的影响和作用,以及生态系统对大坝干扰的响应。效应是大坝建设及运行对生态系统造成的客观变化:而对其进行主观评价的结果则是影响。
2)生态效应系统包含人为动力和自然动力生态效应列。自然动力生态效应列划分为河道、河岸带、陆地、洪泛区和河口三角洲生态效应等5类,人为动力生态效应列将河道生态效应类细分为上游库区水生和下游河道生态效应类:生态效应类中包括非生物因子型、物种型、种群型、群落型、生态系统型5型;各型生态效应由复杂的生态效应种构成。
3)生态效应链是一种生态效应衍生另外一种生态效应的现象。水电大坝生态效应链定义为水电大坝建设及运行作用于生态系统或其组分因因果或同源关系而形成的两种或多种效应的序列。水电大坝各类型生态效应链形成作用、过程、转移、关系、状态5大节点问题。在类型上,按生态效应链作用程度分为生态效应主链和支链;按节点类型分为同源链、因果链、混合链和循环链;按链式结构形状分为辐射式链、聚合式链、阶梯式链和反馈式链。生态效应通过链式结构形成累积、放大、抵消和延滞作用。
4)对澜沧江已建的漫湾电站生态效应链研究表明:漫湾库区水生生态效应链源自蓄水和坝体,水位、热辐射以及流速变化,水质中的金属元素、泥沙、水温以及NP营养元素的变化为基位效应,泥沙基位效应的能值损耗占整个水生态效应链中基位效应能值损耗的95﹪,水生生物物种及其种群效应为中位效应,水生生物群落及其水生生态系统状态和功能为顶位效应,生态效应链节点核心是栖息地的变化,而栖息地受水文、水质效应的影响明显。通过能值计算表明,效应源和基位效应以及中位效应之间有显著放大作用,基位效应是效应源的12.6倍,中位效应又是基位效应的8.4倍。由移民引起的以土地利用类型变化(林地→草地→耕地)的陆地生态效应是主链,而由水热条件改变产生的生态系统群落演替生态效应链(耕地→草地→林地)是支链,陆地生态效应主链使得陆地生态系统服务功能价值(能值)不断降低。整个流域生态系统的基位效应是效应源的1.78倍,中位效应是基位效应的8.32倍,顶位效应只有中位效应的1/1.85。水电大坝建设和运行从数值上表现为提升了流域生态系统的经济产出,但生态系统部分服务功能有所损失,单个大坝建设对整个流域生态系统整体功能的影响不够明显,主要体现在较低层次的基位和中位效应上。
5)对澜沧江中下游梯级水电大坝生态效应链研究表明:基位效应只有效应源能值的1/4.4,中位效应是基位效应的7.18倍,而顶位效应是中位效应的1.6倍。说明梯级水电大坝建设和运行整体上分摊了基位效应的影响程度,使流域的经济产出更多,这种认识往往会使得梯级开发决策得到支持,同时本研究表明由于生态系统型的生态效应难以在短期内观测到而往往被忽略,生态效应链作用会使最终的生态效应更显著,从而流域生态系统服务功能损失更大,难以维系流域生态系统的健康可持续发展。
6)从生态系统维护角度考虑,上游河段在原规划的基础上进行2~3个电站间隔梯级开发较为有利。
本论文的创新和重要价值在于通过建立水电大坝生态效应链基本理论完善了水电大坝生态效应的理论体系;通过研究生态效应型和生态效应种,确定节点,从而寻求生态效应主链;利用能值对生态效应中的基位效应、中位效应和顶位效应的作用程度进行量化,通过三者之间的数值关系来分析水电大坝生态效应链,分析了单个电站建设和梯级开发生态效应的异同。实例研究表明生态效应链的构建能明晰建坝产生的生态效应型和生态效应种,从而确定生态效应主链及节点,有助于全面认识梯级开发对流域生态系统的整体效应。研究成果将为流域的梯级开发以及流域生态系统管理提供理论依据和实际应用价值。