水库效应对水文地理影响

水库水文效应首先表现在对水文地理条件，即水象网的影响。水库兴建后，湖泊率与水网密度普遍增大，库区原有森林、耕地、草场、沼泽、村落、道路等发生淹没和浸没，水体水文地理特性渐次由河流型向湖泊-河流型和湖泊型转变。同时,地区内淡水贮量明显增多。在干旱地区尤为突出，水库实际上成为唯一的常年性淡水水体。其次是河流天然水文过程发生急剧变化。水库建成后，河川水文情势变化十分复杂。大体可以把水库影响的区域分为3个部分:。

库区

库区的水文过程和水量平衡特性与天然湖泊近似，回水楔以上仍具有天然河流特性。库区水文情势主要取决于大坝造成的壅水，并表现为水位显著上升，形成广阔的水面；其次还取决于由开发目标所决定的各种调节形式及运行制度。库区水位随泄放水量而发生周期性变化。水库所在河流的径流情势发生时程再分配，这种变化取决于水库的调节程度。水库一般多具有多年、年、季及月、日等调节方式，水库的调节程度(调节系数)愈高，水位变化愈缓和；反之，则变化急剧。库区由于水面辽阔，蒸发量有明显增加趋势，库区降雨、渗漏、气候、水动力学、热力学等因素也都有不同程度的变化。

下游影响区

下游影响区是受水库影响较剧烈的地区。水库下游的水文过程主要取决于水库的调节程度、开发目标和运行方式，世界上没有无调节作用的水库。由于水库的调节作用，下游河谷的水位及流量变化基本上受人工控制，原有天然河道水流特性大部分丧失，而成为半人工河流。洪水期间，水库削减洪峰，滞蓄洪水总量的作用非常显著。如果把受调节后的下游水文过程还原,则可看出,还原前后的水文过程反映了两种截然不同的情势，前者属人工情势，后者为天然情势（见图[四川升钟水库1981年7月洪水过程线]）。正是这种特性,使水库具有防洪功能。水库对河流洪水仅具有滞蓄作用，主要是进行时程再分配，洪水进入水库后，洪水波展平，流速变小，洪峰削减，洪水被滞蓄在水库中，通过水库调节后再陆续泄放到下游河道中。

引水区和受水区

此外，水库泥沙运动同河流有很大差异。一般来说，进入水库的泥沙有90～95%将淤积在水库中，使水库水下地形发生变化。水库泥沙的异重流现象对水库运行具有重要影响。水库下游由于来沙量骤减，河床侵蚀－沉积平衡发生明显变化，多数水库下游冲刷和侵蚀活动加剧，河岸和河底趋于不稳定状态。入海河流，由于河流上兴建水库，常常造成入海泥沙量减少，可引起三角洲和海岸线后退。引水区和受水区水文条件的变化，主要取决于引水量、引水距离及引水方式。规模较大的引水，对引水沿线及受水区水文条件将产生较强烈的影响。

1965年，在英国伦敦和加纳的阿克拉召开的国际讨论会，首次讨论了水库对环境的影响。1971年在美国罗克韦尔城召开的第二次国际水库讨论会，以及1973和1976年举行的第11和第12届国际大坝讨论会，对推动水库水文效应的研究起了重要作用，会后汇编的文集具有一定的影响。

水库是由人工改建或修建水工建筑物而形成的、具有一定容积和一定用途（目标）的水量交换缓慢的水体。水库与湖泊有许多相似之处。水库既是一个自然综合体，又是一个经济综合体。它具有多方面的功能，例如调节河川径流、防洪、供水、灌溉、发电、渔业、航运、木材浮运、旅游、改善环境等，具有重要的社会、经济和生态意义。

1．对水资源利用的负面效应

可持续发展战略要求人类按照“公平原则”共享有限的水资源，保证流域上下游、干支流的不同区域都能获得平等发展的权利。尽管许多小型水库在农村灌溉、供水等方面发挥了重要作用，但在水资源合理、高效利用方面的负面效应也不容忽视。

中国水资源具有明显的有限性和短缺性。小型水库的大量兴建，常使水资源开发利用的力度超过了环境容量的允许范围，造成了区域间水资源利用“不平等”的负面效应。流域是整体性极强、关联度很高的区域，水资源等自然要素联系密切，上下游、干支流各地区间相互制约，相互影响。如上中游筑坝修库后过量取水，就有可能危及下游的灌溉，乃至工业和城镇生活用水。一些区域利用小水库取水的地利之便，浪费水资源；另一些区域则可能处于河道干涸、严重缺水的困境中。这样的例子已屡见不鲜。许多地方兴建的小型水库，难以实现水资源的科学合理调配，往往会加剧流域水资源的动态失衡。

同时还必须指出，小型水库的大量无效蒸发也极大地浪费了有限的水资源。众所周知，水面蒸发要大于陆面蒸发，在干旱、半干旱地区蒸发量的差值更大。此外，小型水库一般水深较浅，淹没面积相对较大。在英国，327座最小水库的库容相当于最大的科伊赫水库库容，但其淹没面积则为其3.5倍；南非422座最小水库的库容相当于卡里埃普水库的库容，总淹没面积是后者的2.22倍。这说明，在同等条件下，小型水库的水资源损失量往往会大于大中型水库。我国陕北地区的调查表明，许多小型水库长年蓄水不足，浅薄一层蓄水难以灌地、养殖，而蒸发与渗漏损失却很大，可达年径流量的50%～70%。

2．对生态环境的负面效应

可持续发展战略要求人类在开发利用水资源、建设水利工程的同时，必须维系良好的生态环境系统。大坝的建设把自然的、相互联系的河流系统分割为部分人工、部分自然控制的系统，破坏了水流的自然流态，从而对流域的生态环境系统产生或大或小的负面影响。这主要表现在：大坝阻断河流，淹没了上游土地，也改变了下游河道的自然径流规律，变更了这一区域生态系统的物质基础，影响了生物多样性；水流进入库区，流速变缓，导致库中的水温分层和库底含氧水平下降，影响了鱼类和水生生物的生长；大坝改变了河流中的泥沙输移规律，增大了库中泥沙沉积，减少了对下游河道及河口地区的泥沙及营养物质的输运，对水生物及其栖息地产生不利影响；大坝还阻断了鱼和其他水生生物的迁移路径，特别对洄游鱼类的繁殖产生了极大的危害。

河道自身也是需要用水维持的，一定的“河道内用水”，能保持河槽的相对稳定。在我国许多水资源严重短缺的地区，水库拦蓄影响了河道行水，以至不能满足河槽相对稳定的最低水量要求，造成下游河道萎缩，降低了行洪能力。 此外，拦河筑坝的人类活动改变了河流的水动力特性，影响了河流中污染物的迁移、扩散和转化，从而导致纳污能力的降低。在某种程度上，流动的河流改善水质的能力并不亚于污水处理厂。污染物在水体中的运动不是一般意义的稀释，它受物理、化学和生物作用，可以自然减少、消失或无害化。因此，充分利用河流的自净能力，是改善水环境、降低污染程度的重要措施。过度的人工拦蓄，造成北方河流无水断流，南方河流有水不动，严重破坏了河流的自净能力。如淮河流域1000多km的河道上，有大小闸坝4000多座，大小水库5000余座，非汛期河道中水难以流动，水体自净能力极低。

河流的生态环境系统是动力学的。只有河道中流动的水体才能维系良好的水环境质量和生物多样性。因此，水流运动调控能力较差的小型水库对生态环境的负面影响，必须引起高度重视。

3．对防洪安全的负面效应

可持续发展的战略要求人类与自然和谐相处，不能以人为建造的水利工程危及人类自身的安全。影响防洪安全的诸多因素当中，最为严重的是病险水库。水库的溃决具有突发性和灾难性，后果十分严重。与国家投资兴建的大中型水库相比，我国大量的小型水库设计标准偏低，施工质量较差，加之工程管理与运行维护经验不足、经费欠缺，随着工程逐渐老化，安全隐患日益增多。据统计，中国现有病险小型水库总数达4.2万余座，平均病险比例高达53.3%。其中，部分小型水库已做除险加固，但仍难以完全脱险；另有2.7万余座小型水库亟待除险加固，对我国的防洪安全造成极大威胁。每到汛期，小型水库出险、溃坝事故时有发生。据1954～2001年的统计资料，我国垮坝失事的各类水库中，小型水库占垮坝总数的99.3%。由此可见，小型水库对防洪安全的负面效应十分突出。

中国小型水库在防洪安全方面存在的主要问题有：防洪标准低，泄洪能力不足，一些水库甚至无泄洪设施，极易造成漫顶破坏。施工填筑等隐患，使大量小型水库的土坝坝体及坝肩渗流严重，危及坝体稳定。设计不合理，坝体体型单薄，坝坡过陡，不能满足抗震稳定的要求。缺乏安全监测设施，预警预报系统不健全，一旦发生险情难以及时处置。管理机构不健全，安全责任不明确，运行管理和工程维护经费不足，技术管理人员缺乏等。所有这些问题的产生，都与多年来形成的期望“以较少投入就能从小型水库中获取很大农业产出回报”的思想观念有关。

小型水库的防洪调洪效益是十分有限的。据调查，中国小型水库的溢洪道一般不设闸门控制，包括中型水库也有很多未设闸门调控。再加上设计标准不高，防洪库容有限，汛期小型水库的防洪作用难以发挥。此外，淤积造成有效库容逐年减少，也极大影响了小型水库的防洪效益。据统计，我国华北、西北地区的漫坝失事率远高于其他地区，主要是水土流失侵占防洪库容所致。随着中国经济社会的发展，许多小型水库下游风险区人口、经济等都比当年建库时有较大幅度的增长，一旦溃坝，所造成的社会、经济和环境损失不可估量。在所有的这些损失中，人员伤亡的负面影响最为严重。因此，设法降低水利工程潜在风险对公众生命威胁是最重要的。从这一角度分析，小型水库在防洪安全方面负面效应是不可低估的。

小型水库的建设和运行对社会、经济和环境产生的负面影响，正逐渐被人们所认识。为了克服这些负面影响，必须认真地研究相应的对策。如：水行政主管部门严格控制新建小型水库的立项，在规划设计阶段严格审查其可能带来的负面影响；对已建小型水库采取一些必要的补救措施，包括病险水库的除险加固，合理的水资源调度调控以及节水、环保配套措施的制订、落实等。

水库是人类直接控制、开发河流的最普遍形式，必然要历经规划、建设、管理、运行和最终废弃(或拆除)的全过程。因此，水库被拆除的问题是不可回避的，它是河流科学研究和管理政策的一个基本方面。就中国的情况而言，随着工程的老化、负面效应的凸现，逐步拆除一些经济效益差、安全没有保证、生态环境影响恶劣的小型水库，应是必然趋势。小型水库的某些负面效应往往难以采取补救措施解决，拆除应是合理有效的解决办法。对具体的小型水库做出拆除的抉择可能是困难的，因为它会妨碍一些人或地方社区从小水库供水、灌溉中得到的好处。因此，水行政主管部门必须从全局的高度出发，统筹兼顾，给予决策指导。

为了更科学地做出拆除某些小型水库的决策，可以考虑采用运筹学的理论，以优化决策的模式进行分析。通过建立目标程序，进行技术经济论证，考察“保留”或“拆除”某一具体小型水库的必要性和合理性。在这一决策模式中，可以选择经济指标作为主要目标，同时必须考虑防洪安全、生态环境等方面的约束条件。就中国的小型水库来说，大多数目标单一，以农业灌溉、供水为主，经济效益不佳，难以通过自身的经营活动获得维持正常运行所必需的经费。许多小型水库经营性资产比例过大，资产沉积严重，经营十分困难。特别是随着建库时间的增长，出现了一些新的情况：

当初兴建水库时的某些需求，如防洪、灌溉等，通过其他途径已能获得满足。因此，这些小型水库已无进一步开发利用价值，其社会和经济效益不能发挥。某些小型水库泥沙淤积严重，防洪库容和兴利库容都大为减少，有的渗漏严重，难以采用经济合理的补救措施。这些都影响了小型水库继续保留的价值。随着水库的老化，或遭遇洪水、地震等自然灾害，工程的除险加固和维修费用大大增加，以致超过水库“保留”所能产生的社会经济效益。在大多数情况下，小型水库拆除的经费要少于除险加固的经费，而且能省去此后的维护和监测费用。据美国的经验，大坝拆除的费用往往只是安全修复的1/2～1/5。一些小型水库即便投入巨资进行安全修复也只能做到暂时脱险，不久又会出现新的病险。综合这些因素，全面考察小型水库的各种效益，将有利于在“保留”或“拆除”问题上做出选择。此外，还有两个约束条件在进行决策时应予考虑：

①防洪安全必须得到保证。随着一些小型水库下游地区的经济发展和人口增长，其设防标准需要提高。特别是从增强风险意识、注重人的生命安全角度出发，对难以满足防洪允许风险标准的小型水库，必须给出合理可行的措施。②生态环境影响必须给予重视。小型水库对生态环境的负面效应难以用经济指标定量考察，但拆除大坝所产生的生态环境效益则是显著的，包括恢复了更多的自然状态水流、温度和泥沙输移条件。恢复了的河流自然状态，将促进生物种群的恢复，提供各种水生物在河流中迁移的条件；同时也促进河流自净能力的增加，提高河流系统的纳污能力。

中国在建设小型水库及评估其影响方面，已积累了较多经验，但在拆除小型水库并评估其后果方面的经验相对较少。这里还有一些问题亟待深入研究解决。与新建水库类似，拆除一座水库也同样需要进行规划决策和工程设计两方面的工作。

1．规划决策

为了使具体的小型水库拆除决策建立在科学的基础上，必须综合考察经济、社会和环境等方面的影响。这一过程应该是系统的，也是开放的。

首先应该明确目的和宗旨，明确决策的基础和任务。要考虑个案具体情况，确定拟拆除水库的主要问题，要广泛收集必要的背景材料和相关信息，如水库的运行现状、运用效益、安全评估、环境影响等；要对“保留”和“拆除”水库的后果分别进行评估，考虑“短期”“中期”和“长期”的影响，需给出系列、可测度的指标；采用系统工程的方法，进行最终的规划决策。

在这些程序中，关键是资料收集和可能后果的评估。这里有许多问题需要解决，如可测指标的选择、定量，能考虑现在与未来的综合评估体系的建立等。

2．工程设计

具体如何拆除大坝，使得拆坝带来的负面效应最小，也是值得深入研究的问题。在大坝拆除过程中，水库中泥沙向下游的泄放，可能危及野生生物和生态环境。据美国的经验，并不是所有大坝的拆除都是成功的，这主要涉及坝后泥沙处理问题。

因此，为了拆除一座小型水库，泥沙的处理等具体工程问题就需要精心设计。通常，泥沙问题的处理可有3种方法，即河流冲蚀、机械挖除、固置原处。其中，河流冲蚀所需经费最少，但可能在一段时间内产生较大的生态环境影响，机械挖除所需经费较多，但相对影响较少

水库建成后对库区及周围地区的地质地貌(特别是诱发地震)、气候、地下水、土壤、生物及生态系统、社会经济、文化、卫生防疫等多种自然和经济要素都会产生不同程度的影响，广义的水文效应应当包括对上述诸方面的影响。2100433B

1965年，在英国伦敦和加纳的阿克拉召开的国际讨论会，首次讨论了水库对环境的影响。1971年在美国罗克韦尔城召开的第二次国际水库讨论会，以及1973和1976年举行的第11和第12届国际大坝讨论会，对推动水库水文效应的研究起了重要作用，会后汇编的文集具有一定的影响。

水库建成后对库区及周围地区的地质地貌(特别是诱发地震)、气候、地下水、土壤、生物及生态系统、社会经济、文化、卫生防疫等多种自然和经济要素都会产生不同程度的影响，广义的水文效应应当包括对上述诸方面的影响。

水库水文效应首先表现在对水文地理条件，即水象网的影响。水库兴建后，湖泊率与水网密度普遍增大，库区原有森林、耕地、草场、沼泽、村落、道路等发生淹没和浸没，水体水文地理特性渐次由河流型向湖泊-河流型和湖泊型转变。同时,地区内淡水贮量明显增多。在干旱地区尤为突出，水库实际上成为唯一的常年性淡水水体。其次是河流天然水文过程发生急剧变化。水库建成后，河川水文情势变化十分复杂。大体可以把水库影响的区域分为3个部分:

库区

库区的水文过程和水量平衡特性与天然湖泊近似，回水楔以上仍具有天然河流特性。库区水文情势主要取决于大坝造成的壅水，并表现为水位显著上升，形成广阔的水面；其次还取决于由开发目标所决定的各种调节形式及运行制度。库区水位随泄放水量而发生周期性变化。水库所在河流的径流情势发生时程再分配，这种变化取决于水库的调节程度。水库一般多具有多年、年、季及月、日等调节方式，水库的调节程度(调节系数)愈高，水位变化愈缓和；反之，则变化急剧。库区由于水面辽阔，蒸发量有明显增加趋势，库区降雨、渗漏、气候、水动力学、热力学等因素也都有不同程度的变化。