唐家璇，曾慶慧，胡鵬，侯佳明，李哼特，侯虹波

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.北京市通州區(qū)推進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展服務(wù)中心，北京 101125)

水系是指由流域內(nèi)所有河流、湖泊、濕地等各種水體組成的脈絡(luò)相通的水網(wǎng)系統(tǒng)[1]。河流作為水系的主體[2]，其結(jié)構(gòu)和功能的連通性在維持景觀生態(tài)完整性和質(zhì)量[3-5]、優(yōu)化水資源配置與管理[6]、抵御洪澇災(zāi)害[5]、維持水體納污和自凈能力[7]以及保證水生生物生境與魚類洄游[8-10]等方面具有重要作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)水資源的高度開發(fā)利用導(dǎo)致許多流域出現(xiàn)水系衰落、河流連通性受阻的現(xiàn)象[11]，嚴(yán)重影響了河流功能的發(fā)揮。因此，需要重視流域內(nèi)河流連通性的變化特征和規(guī)律，為河流結(jié)構(gòu)和功能連通性的恢復(fù)提供科學(xué)的參考。

自1988年Amoros等[12]提出河流連通性的概念以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在河流連通性的定義、機(jī)制、定量計(jì)算和評(píng)價(jià)等方面做了大量工作。在河流連通性定義方面，不同研究背景的學(xué)者[13-17]分別從生態(tài)學(xué)、河流地貌學(xué)等不同角度定義了河流連通性。Freeman等[14]認(rèn)為在生態(tài)學(xué)背景下河流連通性是指物質(zhì)、能量和生物在河流水系各組分間轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的通暢程度。Hooke[16]從河流地貌學(xué)的角度將連通性定義為河流系統(tǒng)中流水和沉積物的物理連接。在河流連通性機(jī)制研究方面，Ward[18]于1989年提出了河流生態(tài)系統(tǒng)時(shí)間和空間的四維結(jié)構(gòu)，成為20世紀(jì)90年代至今河流連通性評(píng)價(jià)研究重要的理論基礎(chǔ)。在空間維度上，河流連通性機(jī)制表現(xiàn)為源頭-河口的縱向連通，河道-河灘地/濕地/湖泊之間的橫向連通以及河流地表水-地下水的垂向連通；在時(shí)間維度上，河流連通性機(jī)制表現(xiàn)為河流水系隨季節(jié)變遷而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變化[18-21]。其中，河流縱向連通性作為受人為因素影響最顯著的維度，受到許多學(xué)者[22-24]的關(guān)注。

目前，定量計(jì)算和評(píng)價(jià)河流連通性的方法主要有指標(biāo)法、累積法、水文模型法和圖論法等[19-20]，其中又以指標(biāo)法的研究最為普遍。如:Cote等[25]考慮不同位置閘壩對(duì)魚類順流、溯流運(yùn)動(dòng)的不同影響，提出了樹狀河網(wǎng)連通性指數(shù)計(jì)算方法(dendritic connectivity index,DCI)，并說明了其合理性及適用性;王強(qiáng)等[26]采用簡(jiǎn)化的樹狀河網(wǎng)連通性指數(shù)法說明了水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)西南地區(qū)藻渡河縱向連通性的影響較五布河更大；孫鵬等[27]基于累積法確定了濰河水系內(nèi)各河段的閘壩可通過能力，進(jìn)而采用DCI法對(duì)濰河水系的縱向連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為未來濰河水系連通性修復(fù)可能面臨的閘壩拆除次序的確定提供了參考。此后，Rivers-Moore等[28]將不同類型攔河建筑物的阻隔特征納入考慮范疇，提出了河流縱向連通性指數(shù)計(jì)算方法(longitudinal index,LGI)。借鑒該方法，呂軍等[29]采用阻隔系數(shù)法評(píng)價(jià)了松花江主要干支流的縱向連通性，并分析了河流連通性降低對(duì)魚類洄游和魚卵漂流的影響；王坤等[30]分析了1980—2015年清水河流域水系縱向連通性的變化特征，結(jié)果表明清水河流域縱向連通性差的區(qū)域呈逐漸減少的趨勢(shì)。另外，在較大空間尺度上的長(zhǎng)時(shí)間序列河流縱向連通性研究較為缺乏，僅Duarte等[31]對(duì)歐洲水系近百年來大壩的時(shí)空變化進(jìn)行了研究，分析了大壩對(duì)河流縱向連通性的破壞，重點(diǎn)關(guān)注了對(duì)洄游性魚類的影響；Nilsson[9]采用最長(zhǎng)連續(xù)河段占比量化了大壩對(duì)河道的破碎作用，對(duì)全球292條大型河流進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出104條河流的縱向連通性已受到了嚴(yán)重破壞。

現(xiàn)有研究對(duì)河流縱向連通性的評(píng)價(jià)大都采用單一方法，具有一定的局限性，缺少不同評(píng)價(jià)方法的對(duì)比及分析，并且由于數(shù)據(jù)不易獲取，對(duì)國(guó)內(nèi)重點(diǎn)流域河流縱向連通性的長(zhǎng)系列演變規(guī)律研究不足。本文在前述研究的基礎(chǔ)上，采用阻隔系數(shù)法、最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法以及新提出的區(qū)域整體法等3種不同評(píng)價(jià)方法對(duì)長(zhǎng)江流域河流縱向連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期較為全面地揭示近60年長(zhǎng)江流域河流縱向連通性的演變特征，并對(duì)不同評(píng)價(jià)方法結(jié)果的差異進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為長(zhǎng)江流域未來水利工程建設(shè)和水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)提供參考和支持。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江流域橫跨我國(guó)西部、中部和東部，流域總面積約180萬km2，約占我國(guó)國(guó)土總面積的18.8%，是我國(guó)和亞洲的第一大流域[32]。長(zhǎng)江流域自然資源豐富，水資源總量約占全國(guó)的35%，淡水魚類種類約占全國(guó)的40%，濕地面積約占全國(guó)的20%，在國(guó)家未來發(fā)展戰(zhàn)略中處于重要地位[33-34]。流域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，分為12個(gè)水資源二級(jí)區(qū)，分別是金沙江石鼓以上、金沙江石鼓以下、岷沱江、嘉陵江、烏江、宜賓至宜昌、洞庭湖水系、漢江、鄱陽(yáng)湖水系、宜昌至湖口、湖口以下干流以及太湖水系。流域內(nèi)共有流域面積50 km2及以上河流10 741條，其中流域面積10 000 km2及以上的主要河流45條，見圖1。

圖1 長(zhǎng)江流域水資源二級(jí)區(qū)及主要河流分布

1.2 數(shù)據(jù)說明

根據(jù)《第一次全國(guó)水利普查公報(bào)》[35]，選取對(duì)河流縱向連通性具有重要影響的水庫(kù)、水電站、水閘和橡膠壩4類攔河建筑物進(jìn)行評(píng)價(jià)。長(zhǎng)江流域內(nèi)河流攔河建筑物信息主要來自2010年水利普查數(shù)據(jù)，其中包含了2010年已開工但尚未建成的水利工程名錄。在此基礎(chǔ)上，參考長(zhǎng)江流域水電梯級(jí)開發(fā)相關(guān)規(guī)劃，補(bǔ)充查閱大量網(wǎng)絡(luò)資料，對(duì)2010年后建成的水利工程進(jìn)行了補(bǔ)充。數(shù)據(jù)內(nèi)容包含了水利工程名稱、所在河流、經(jīng)緯度坐標(biāo)、開工時(shí)間、規(guī)模等基本信息。根據(jù)水利工程的建成時(shí)間，梳理不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)(1960、1980、2000、2018年)已建水利工程數(shù)量，進(jìn)行不同時(shí)期河流縱向連通性的評(píng)價(jià)。其中，水庫(kù)、水電站和水閘的規(guī)模分級(jí)參考《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[36]，分別根據(jù)總庫(kù)容、裝機(jī)容量、過閘流量確定。

2 研究方法

本研究基于長(zhǎng)江流域內(nèi)水庫(kù)、水電站、水閘和橡膠壩4類攔河建筑物建設(shè)情況，采用3種不同評(píng)價(jià)方法探究近60年長(zhǎng)江流域河流縱向連通性的演變特征。其中:阻隔系數(shù)法側(cè)重于體現(xiàn)攔河建筑物的數(shù)量和阻隔特征對(duì)物質(zhì)流、生物流、能量流、信息流暢通程度的影響；最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法側(cè)重于體現(xiàn)攔河建筑物位置分布特征及其對(duì)以魚類為代表的水生生物適宜生境面積的影響；區(qū)域整體法側(cè)重于從總體上對(duì)長(zhǎng)江流域各水資源二級(jí)區(qū)的河流縱向連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 阻隔系數(shù)法

阻隔系數(shù)法評(píng)價(jià)對(duì)象為長(zhǎng)江流域范圍內(nèi)流域面積10 000 km2及以上的主要河流，共45條。參與評(píng)價(jià)的攔河建筑物類型包括水庫(kù)、水電站、水閘和橡膠壩，其中水庫(kù)規(guī)模為大、中型，水電站規(guī)模為小(1)型及以上，水閘規(guī)模為大型，橡膠壩不區(qū)分規(guī)模。阻隔系數(shù)法表征的是單位長(zhǎng)度河段受攔河建筑物阻隔的程度，其值越大，說明阻隔越強(qiáng)，縱向連通性越差。阻隔系數(shù)法計(jì)算公式[29]為

(1)

式中：Bj為第j條河流的縱向連通性指數(shù)；n為攔河建筑物類型的數(shù)量;Ni為第i種攔河建筑物的總數(shù)量；ai為第i種攔河建筑物的阻隔系數(shù)；Lj為第j條河流的長(zhǎng)度。

在對(duì)長(zhǎng)江流域攔河建筑物類型進(jìn)行整理和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)資料和專家意見，確定了水電站、水庫(kù)、水閘以及橡膠壩4類攔河建筑物在不同阻隔特征下的阻隔系數(shù)，見表1。

表1 攔河建筑物類型及阻隔系數(shù)賦值

參考《水資源保護(hù)規(guī)劃編制規(guī)程》[38]和《全國(guó)水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》[39]中關(guān)于河流縱向連通性評(píng)價(jià)的規(guī)定，結(jié)合長(zhǎng)江流域主要河流的實(shí)際情況，確定了阻隔系數(shù)法河流縱向連通性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 阻隔系數(shù)法河流縱向連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法

最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)對(duì)象與參評(píng)攔河建筑物同阻隔系數(shù)法。最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法表征的是河流內(nèi)不受攔河建筑物阻隔的最長(zhǎng)自由流動(dòng)河段長(zhǎng)度占總河長(zhǎng)的比例，其值越大，說明河流內(nèi)水生生物的連續(xù)生境面積越能得到保證，縱向連通性越好。最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法計(jì)算公式[40]為

(2)

式中：Wj為第j條河流的縱向連通性；Imax為河流內(nèi)2個(gè)相鄰攔河建筑物之間不受攔河建筑物阻隔的最長(zhǎng)連續(xù)河段長(zhǎng)度，km；Lj含義同上。

參考Hu等[40]的研究?jī)?nèi)容，結(jié)合水生生物生境需求和長(zhǎng)江流域主要河流的實(shí)際情況，確定了基于最長(zhǎng)連續(xù)河段占比的河流縱向連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 基于最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的河流縱向連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 區(qū)域整體法

區(qū)域整體法是基于阻隔系數(shù)法衍生出的能夠從面的維度評(píng)價(jià)區(qū)域河流整體縱向連通性的方法，計(jì)算公式為

1,2,…,m)

(3)

式中：Bk為第k個(gè)水資源二級(jí)區(qū)的區(qū)域整體連通性指數(shù)；m為該二級(jí)區(qū)內(nèi)流域面積50 km2及以上河流的總數(shù)量；n、Ni、ai、Lj含義同阻隔系數(shù)法。

區(qū)域整體法的評(píng)價(jià)對(duì)象為長(zhǎng)江流域12個(gè)水資源二級(jí)區(qū)，參與評(píng)價(jià)的攔河建筑物包括流域面積50 km2及以上河流(共10 741條)上所有的水電站、水庫(kù)、水閘和橡膠壩。由于目前各二級(jí)區(qū)內(nèi)小型攔河建筑物的數(shù)量占比較大，因此在對(duì)現(xiàn)狀年進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)分別針對(duì)考慮小型攔河建筑物與不考慮小型攔河建筑物2種情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以評(píng)估小型攔河建筑物對(duì)各二級(jí)區(qū)河流縱向連通性的影響程度。在不考慮小型攔河建筑物時(shí)，區(qū)域整體法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)同阻隔系數(shù)法，見表2。在考慮小型攔河建筑物后，由于計(jì)算結(jié)果的數(shù)值會(huì)遠(yuǎn)大于僅考慮大中型攔河建筑物的數(shù)值，因此對(duì)于原評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中等級(jí)為劣的區(qū)間進(jìn)一步做了細(xì)分：[1.2,10]為劣Ⅰ，(10,20]為劣Ⅱ，(20,30]為劣Ⅲ，大于30為劣Ⅳ。

3 結(jié)果與分析

3.1 阻隔系數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)長(zhǎng)江流域45條主要河流上攔河建筑物建設(shè)情況，采用阻隔系數(shù)法計(jì)算公式及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)1960、1980、2000和2018年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)流域內(nèi)主要河流的縱向連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2。

圖2 基于阻隔系數(shù)法的河流縱向連通性評(píng)價(jià)結(jié)果

圖3展示的是1960、1980、2000和2018年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)根據(jù)阻隔系數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果確定的不同評(píng)價(jià)等級(jí)的河流數(shù)量和占比。結(jié)合圖2和圖3可以看出，在時(shí)間維度上，長(zhǎng)江流域45條主要河流的縱向連通性呈現(xiàn)逐步惡化的趨勢(shì):1960年除撫河、信江外，其余43條主要河流的評(píng)價(jià)等級(jí)都為優(yōu)；1960—1980年洣水成為第一條評(píng)價(jià)等級(jí)降為差、劣的河流；1980—2000年評(píng)價(jià)等級(jí)為差、劣的河流占比逐步增長(zhǎng)至20.0%，數(shù)量達(dá)到9條；2000—2018年評(píng)價(jià)等級(jí)為差、劣的河流占比分別增長(zhǎng)至24.4%、42.2%，占比之和達(dá)到了66.6%，數(shù)量增加到30條?？梢?，2000—2018年是長(zhǎng)江流域主要河流縱向連通性急劇惡化的時(shí)段。

圖3 基于阻隔系數(shù)法的不同評(píng)價(jià)等級(jí)河流數(shù)量和占比

圖4為1960—1979年、1980—1999年以及2000—2018年3個(gè)時(shí)段45條主要河流4類攔河建筑物的建設(shè)情況。根據(jù)圖4可知，近60年長(zhǎng)江流域大、中型水庫(kù)和小(1)型以上水電站新增數(shù)量最多，分別占新增攔河建筑物總數(shù)的57.3%和22.8%，大型水閘和橡膠壩新增數(shù)量較少，僅占新增總數(shù)的19.9%。2000—2018年共修建大、中型水庫(kù)175座，占大、中型水庫(kù)新增總數(shù)的66.8%；修建小(1)型及以上規(guī)模水電站82座，占小(1)型以上規(guī)模水電站新增總數(shù)的78.8%；大型水閘建設(shè)數(shù)量為42座，占大型水閘新增總數(shù)的67.7%；3個(gè)時(shí)段橡膠壩共建設(shè)29座，其中2000—2018年集中建設(shè)了24座。總體來看，2000—2018年大中型水庫(kù)、小(1)型以上水電站、大型水閘新增數(shù)量在3個(gè)時(shí)段中最多，由于橡膠壩數(shù)量較少、阻隔性不強(qiáng)，因此，大中型水庫(kù)、小(1)型及以上水電站和大型水閘的驟增對(duì)2000—2018年長(zhǎng)江流域主要河流縱向連通性的惡化產(chǎn)生了重要影響。

圖4 不同時(shí)段4類攔河建筑物修建數(shù)量

在空間分布上，根據(jù)圖2中2018年評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的主要河流集中分布在岷沱江、嘉陵江以及洞庭湖水系水資源二級(jí)區(qū)，共14條，占評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的河流總數(shù)的73.7%。因此，要重點(diǎn)關(guān)注岷沱江、嘉陵江和洞庭湖水系3個(gè)二級(jí)區(qū)主要河流縱向連通性的保護(hù)和修復(fù)，從而在一定程度上恢復(fù)因物理上的阻隔所造成的河流系統(tǒng)物質(zhì)、能量、生物和信息的傳導(dǎo)功能的減弱和喪失。河流縱向連通功能的恢復(fù)可采取以下措施：增建魚道等過魚設(shè)施，幫助洄游性魚類上溯產(chǎn)卵繁殖；開展增殖放流，有助于水生生物物種數(shù)量的恢復(fù)和種群向下游的遷移擴(kuò)散；進(jìn)行水利工程生態(tài)調(diào)度，為以魚類為代表的水生生物創(chuàng)造適宜繁殖的水文、水動(dòng)力條件。

3.2 最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)長(zhǎng)江流域45條主要河流攔河建筑物的建設(shè)情況，采用最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法計(jì)算公式及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)1960、1980、2000和2018年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)流域內(nèi)主要河流的縱向連通性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果及攔河建筑物位置分布見圖5。

圖5 基于最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的河流縱向連通性評(píng)價(jià)結(jié)果及主要攔河建筑物分布

對(duì)比圖2和圖5可知，最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)結(jié)果與阻隔系數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果在整體變化規(guī)律上基本一致，除漢江和長(zhǎng)江干流的評(píng)價(jià)等級(jí)差別較大外，其余河流的評(píng)價(jià)等級(jí)均在相鄰等級(jí)范圍內(nèi)變化。值得說明的是：贛江、唐白河等5條河流的評(píng)價(jià)等級(jí)較阻隔系數(shù)法有所下降，說明這些河流雖然攔河建筑物數(shù)量不多或阻隔性不強(qiáng)，但由于分布較為分散，對(duì)河流連續(xù)生境的破碎作用更加突出；白龍江、水洛河等12條河流的評(píng)價(jià)等級(jí)較阻隔系數(shù)法有所提升，說明這些河流雖然攔河建筑物較多、阻隔性較強(qiáng)，但由于分布較為集中，河流內(nèi)部仍保留有一定比例的自然連通生境。

在時(shí)間維度上，最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)結(jié)果在總體趨勢(shì)上與阻隔系數(shù)法基本相同。1960、1980、2000和2018年45條主要河流的平均最長(zhǎng)連續(xù)河段占比分別為96.5%、82.9%、66.4%和47.8%，平均最長(zhǎng)連續(xù)河段占比在1960—1980年、1980—2000年、2000—2018年3個(gè)時(shí)段分別下降了13.6%、16.5%、18.6%。雖然平均連續(xù)河段占比在3個(gè)時(shí)段的變化相差不大，但是河流評(píng)價(jià)等級(jí)降為劣的過程基本集中在2000—2018年，從2000年的2條(占比4.4%)迅速增加至2018年的15條(占比33.3%)。見圖6。

圖6 基于最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的不同評(píng)價(jià)等級(jí)河流數(shù)量和占比

在空間分布上，對(duì)比2種方法2018年的評(píng)價(jià)結(jié)果，最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法也與阻隔系數(shù)法基本一致。評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的15條主要河流中，7條位于洞庭湖水系，2條位于岷沱江二級(jí)區(qū)，2條位于嘉陵江二級(jí)區(qū)，共11條，占評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的河流總數(shù)的73.3%。因此，岷沱江、嘉陵江以及洞庭湖水系水資源二級(jí)區(qū)主要河流縱向連通性的保護(hù)恢復(fù)工作亟待規(guī)劃和實(shí)施。

綜合2種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，阻隔系數(shù)法和最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法揭示的長(zhǎng)江流域近60年河流縱向連通性的時(shí)空演變特征基本一致，且與實(shí)際情況較為符合。如洞庭湖水系二級(jí)區(qū)沅水、澧水、資水等主要河流屬于湘西水電基地，由于規(guī)劃的梯級(jí)水電站逐步建成，河流縱向連通性破壞嚴(yán)重，在2種評(píng)價(jià)方法下評(píng)價(jià)等級(jí)都為劣。另外，2種方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都有所依據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，保證了本研究評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度和合理性，評(píng)價(jià)結(jié)果可作為長(zhǎng)江流域河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)的參考。

3.3 區(qū)域整體法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)長(zhǎng)江流域各水資源二級(jí)區(qū)攔河建筑物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，僅考慮大中型攔河建筑物，采用區(qū)域整體法計(jì)算公式及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)1960、1980、2000和2018年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)12個(gè)水資源二級(jí)區(qū)的整體河流縱向連通性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見圖7。

圖7 僅考慮大中型攔河建筑物的區(qū)域整體法評(píng)價(jià)結(jié)果

在時(shí)間維度上：1960年以前，長(zhǎng)江流域各二級(jí)區(qū)的河流縱向連通性基本未受到攔河建筑物的破壞；1960—1980年，除洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系和宜昌至湖口二級(jí)區(qū)外，其余二級(jí)區(qū)的河流縱向連通僅受到攔河建筑物輕微影響；1980—2000年，各二級(jí)區(qū)的河流縱向連通性未發(fā)生明顯惡化，仍有7個(gè)二級(jí)區(qū)的評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)；2000—2018年是長(zhǎng)江流域二級(jí)區(qū)河流縱向連通性整體惡化的時(shí)期，僅有金沙江以上二級(jí)區(qū)評(píng)價(jià)等級(jí)仍為優(yōu)，這與主要河流縱向連通性的時(shí)間變化特征基本一致。

在空間分布上：長(zhǎng)江流域東部地區(qū)的區(qū)域整體連通性較西部地區(qū)更差，位于長(zhǎng)江中下游的洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系和宜昌至湖口二級(jí)區(qū)是河流縱向連通性狀況最為惡劣的地區(qū)。其中，洞庭湖水系二級(jí)區(qū)的河流縱向連通問題最為突出，不僅區(qū)域內(nèi)主要河流縱向連通性狀況堪憂，區(qū)域整體河流縱向連通性的評(píng)價(jià)等級(jí)也自1980年開始即變?yōu)椴?。因此，洞庭湖水系二?jí)區(qū)主要河流和區(qū)域整體縱向連通性修復(fù)工作應(yīng)同步進(jìn)行。

經(jīng)過近60年的水利水電開發(fā)，2018年12個(gè)二級(jí)區(qū)內(nèi)小型攔河建筑物的數(shù)量占比皆已超過95%，各二級(jí)區(qū)河流縱向連通現(xiàn)狀的形成與小型攔河建筑物密不可分。如圖8所示，考慮小型攔河建筑物后，2018年長(zhǎng)江流域評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)的水資源二級(jí)區(qū)有1個(gè)，評(píng)價(jià)等級(jí)為劣Ⅰ的水資源二級(jí)區(qū)有3個(gè)，評(píng)價(jià)等級(jí)為劣Ⅱ的有4個(gè)，評(píng)價(jià)等級(jí)為劣Ⅲ和劣Ⅳ的各有2個(gè)。對(duì)比圖7和圖8中2018年評(píng)價(jià)結(jié)果可知，小型攔河建筑物參與評(píng)價(jià)后，12個(gè)水資源二級(jí)區(qū)中，除金沙江石鼓以上(評(píng)價(jià)等級(jí)都為優(yōu))二級(jí)區(qū)外，其余二級(jí)區(qū)的評(píng)價(jià)結(jié)果都發(fā)生了不同程度的變化：金沙江石鼓以下、漢江、嘉陵江和宜賓至宜昌的評(píng)價(jià)等級(jí)由良變?yōu)榱肆英窈土英颍会恒?、湖口以下干流和烏江的評(píng)價(jià)等級(jí)由中變?yōu)榱肆英窈土英?；太湖水系的評(píng)價(jià)等級(jí)由中變?yōu)榱肆英?；宜昌至湖口、鄱?yáng)湖水系的評(píng)價(jià)等級(jí)由差變?yōu)榱肆英蠛土英?，洞庭湖水系的評(píng)價(jià)等級(jí)由劣Ⅰ變?yōu)榱肆英簟?/p>

圖8 考慮全部攔河建筑物的區(qū)域整體法評(píng)價(jià)結(jié)果

可以看出，數(shù)量巨大的小型攔河建筑物對(duì)于區(qū)域整體河流連通性的破壞是顯著的。在評(píng)價(jià)等級(jí)發(fā)生較大變化的8個(gè)二級(jí)區(qū)中：金沙江石鼓以下、岷沱江二級(jí)區(qū)主要由小型水庫(kù)、小型水電站導(dǎo)致；漢江、湖口以下干流二級(jí)區(qū)主要由小型水庫(kù)、小型水閘導(dǎo)致；太湖水系二級(jí)區(qū)主要由小型水閘導(dǎo)致；小型水庫(kù)在嘉陵江、烏江和宜賓至宜昌二級(jí)區(qū)河流縱向連通性的惡化中起主導(dǎo)作用。為了恢復(fù)長(zhǎng)江流域各二級(jí)區(qū)的河流縱向連通性，應(yīng)科學(xué)評(píng)估小水電的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，率先合理退出小水電[41]。

4 討 論

根據(jù)前述分析，長(zhǎng)江流域大部分主要河流的阻隔系數(shù)法和最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，但漢江、長(zhǎng)江干流在2種方法下的評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大，且均是最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)結(jié)果差于阻隔系數(shù)法。以漢江為例，圖9展示了漢江在2018年攔河建筑物的分布情況以及基于阻隔系數(shù)法、最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)結(jié)果。由于漢江河長(zhǎng)較長(zhǎng)，無大型水閘、橡膠壩，僅分布有5座大、中型水庫(kù)和2座小(1)型及以上閘壩式水電站，故在阻隔系數(shù)法下評(píng)價(jià)等級(jí)為良。但7座攔河建筑物的分布較為分散，上、中、下游皆有分布，導(dǎo)致最長(zhǎng)連續(xù)河段不足漢江總河長(zhǎng)的1/3，故在最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法下評(píng)價(jià)等級(jí)為差，反映出梯級(jí)水電開發(fā)對(duì)于魚類等水生生物連續(xù)生境的顯著破壞性。因此，從不同的保護(hù)對(duì)象及需要重點(diǎn)說明的問題出發(fā)，應(yīng)考慮綜合采用阻隔系數(shù)法、最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法等不同方法。

圖9 漢江2018年攔河建筑物分布情況及2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)長(zhǎng)江流域相關(guān)規(guī)劃，金沙江、雅礱江和大渡河未來還將繼續(xù)推進(jìn)梯級(jí)水電開發(fā)，其中，金沙江水電基地和大渡河水電基地目前已基本完成了中、下游的梯級(jí)水電站建設(shè)，雅礱江水電基地目前只完成了下游的梯級(jí)水電站建設(shè)。以雅礱江為例，2018年雅礱江按照阻隔系數(shù)法的評(píng)價(jià)等級(jí)為良，按照最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法的評(píng)價(jià)等級(jí)為中，未來中游兩河口等水電站、上游阿達(dá)等水電站建成后，雅礱江的縱向連通性會(huì)受到進(jìn)一步影響。為了給以魚類為典型代表的水生生物留有足夠大的連續(xù)生境，降低梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)河流縱向連通性的影響，在未來進(jìn)行梯級(jí)水電站規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，應(yīng)將與相鄰攔河建筑物間的距離、河流是否保留有足夠長(zhǎng)的連續(xù)河段、干流開發(fā)建設(shè)后是否有足夠的支流替代生境等納入考慮范疇，并配備升魚機(jī)、魚道等設(shè)施。

5 結(jié)論與展望

以長(zhǎng)江流域作為研究區(qū),采用阻隔系數(shù)法、最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法和區(qū)域整體法,對(duì)長(zhǎng)江流域近60年河流縱向連通性的時(shí)空演變特征進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

在時(shí)間維度上，近60年來長(zhǎng)江流域境內(nèi)主要河流的縱向連通性呈明顯的下降趨勢(shì)，其中縱向連通性惡化最顯著的時(shí)期是2000—2018年。在空間分布上，縱向連通性評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的主要河流集中在岷沱江、嘉陵江和洞庭湖水系3個(gè)水資源二級(jí)區(qū)內(nèi)。

區(qū)域整體法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，2000—2018年是長(zhǎng)江流域二級(jí)區(qū)河流縱向連通性整體惡化的時(shí)期，長(zhǎng)江流域西部地區(qū)的區(qū)域整體連通性較東部地區(qū)受攔河建筑物的破壞較輕。與大中型水利工程相比，小型水利工程對(duì)區(qū)域整體河流縱向連通性的破壞更大，建議合理有序退出長(zhǎng)江流域小水電。

本文采用的3種評(píng)價(jià)方法各有側(cè)重：阻隔系數(shù)法體現(xiàn)的是攔河建筑物數(shù)量和阻隔特征對(duì)單條河流縱向連通性的影響；最長(zhǎng)連續(xù)河段占比法體現(xiàn)的是攔河建筑物分布位置對(duì)單條河流連續(xù)生境的破壞；區(qū)域整體法體現(xiàn)的是區(qū)域內(nèi)攔河建筑物總數(shù)、阻隔特征對(duì)區(qū)域整體河流縱向連通性的影響。為了更加全面地反映河流縱向連通性的變化，可以綜合參考不同方法的評(píng)價(jià)結(jié)果。