1.2 国内外研究现状

基于河流健康的水库生态调度，是随着可持续发展理论的发展出现的新概念，是水库调度发展的最新阶段。目前，国内外学术界对“生态调度”还没有给出明确的定义[18b][39a]。参照国内外相关研究，水库生态调度，是以河流健康为理念，通过运用先进的调度技术和手段，统筹考虑防洪、兴利与生态因素，在满足水库下游河流生态和库区水环境保护要求的基础上，充分发挥水库的防洪和兴利（发电、灌溉、供水、航运、旅游等）效益，尽量减小水库建设带来的不利影响，保障河流健康可持续发展。

本书就水库生态调度研究所涉及的生态学基础理论以及水库生态调度模式为研究重点，从以下4个方面对国内外的相关研究进行系统综述：①河流生态系统及其河流健康研究；②水库对河流生态系统影响研究；③河道内环境流量研究；④水库生态调度模式研究。

1.2.1 河流生态系统及其河流健康研究

1.2.1.1 河流生态系统理论研究

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的主要通道[46]，河流生态系统是地球生态系统中的一个典型生态系统，具有生态系统的基本特性。概念和模式在河流生态系统的恢复中一直起着重要的作用。自1980年后，在河流生态学范畴内，相继提出了一系列的概念和理论，这些理论为河流生态系统修复以及水库生态调度提供了理论基础。

Vannote et al.（1980）[47]首先提出了河流连续体概念（River Continuum Concept），该理论是河流生态系统重要概念之一，指出在天然河流系统中，生物种群形成一个从河源到河口的逐渐变化时空连续体，包括河流地理空间、空间的连续，注重河流生态系统中生物因素及其物理环境的连续和系统景观的空间异质性。河流连续体概念强调河流沿纵向的变化，忽视了与洪泛平原河流有关的横向和垂直的范围及功能，后来，Junk et al.（1989）[48]提出洪水脉冲概念（Flood Pulse Concept），补充和完善了河流连续体概念，主要强调洪水对河道、洪泛平原生态系统的影响。在此基础上，Ward（1989）[49]将河流生态系统描述成四维系统，包括纵向（上游—下游）、横向（洪泛区—高地）、垂向（河道—基底）和时间（每个方向随时间的变化）分量，并强调河流生态系统的连续性和完整性，更加注重流域与河流生态系统的相互关系。

自然因素和认为因素导致河流生态系统的中断，如大坝建设，从而导致河流上下游生态系统的结构和功能发生变化，包括物理、化学以及生物特性等，在此基础上，Ward et al.（1983）[50]提出了序列不连续体概念（Serial Discontinuity Concept），强调大坝（干扰）对河流生态系统的影响，随后，该理论得到了进一步发展和应用[51]。随着人类对河流管理的日益加强，主要出于洪水控制目的修建大量的防洪堤，阻断河流主河道与洪积平原的相互联系。此外，还有地带分布概念（Zonation Concept）[54]、营养螺旋概念（Resource Spiraling Concept）[55]、河流水力概念（Stream Hydraulics Concept）[56]、河流生产力概念（Riverine Productivity Model）[57]、流域等级概念（Catchment Hierarchy Concept）[58]等，这些概念都丰富和发展了河流生态系统基本理论。

生物多样性理论（Biodiversity）、空间异质性理论（Heterogeneity）以及中度干扰假说（Intermediate Disturbance Hypothesis）都是生态学研究中极为重要的概念。生物多样性强调生物遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性[59][60]；空间异质性强调生境多样性，是作用于生物多样性的重要基础[61]；中度干扰假说认为中等程度的干扰能维持高多样性[62]。董哲仁（2003）[63]论述了生物群落与生物环境的统一性，指出河流形态多样性是流域生物群落多样性的基础。

1.2.1.2 河流健康研究

河流生态环境的恶化以及过去河流管理理论方法的落后，促使了河流健康理论的产生和发展，成为研究河流可持续发展和水生生态多样性的热点，并成为河流恢复和管理的目标与方向[64]。河流健康是伴随生态系统健康概念出现的一个新概念[65]。河流健康概念明确提出，仅有10多年的历史，其理论和方法还很不成熟，各专家学者对河流健康内涵的理解也不完全一致。表1-1列举了国内外主要一些学者对河流健康内涵的理解。

目前国际上对河流健康没有统一的概念，缺乏明确的定义。河流健康概念被首先提出是在1972年美国《清洁水法》中，在该法案中为河流健康设定了一个标准，既物理、化学和生物的完整性，其中完整性指维持生态系统的自然结构和功能的状态。许多学者以此为基础，认为河流健康即维持河流生态完整[33]。不过随着对生态系统健康概念理解的深入，越来越多的学者认识到不考虑社会、经济与文化的生态系统健康讨论是不全面的，河流健康概念中应该包括人类价值[66][67]，认为河流健康是河流生态系统能维持自身结构的完整性，并能维持正常的服务功能和功能满足人类社会发展的合理需求，在健康的概念中涵盖了生态完整性与对人类的服务价值。这种体现人类价值判断的河流健康理解逐步得到认同。最近，有学者提出了健康工作河流[27a]、河流系统健康[35]、流域生态系统健康[68]等概念，进一步拓宽了河流健康的内涵。

其中河流生态系统健康概念主要从生物物理的生态观点来考虑，强调河流生态系统的自然属性健康，核心是评价河流生态系统健康程度、维持生态系统健康机理和管理措施。河流健康概念相对于河流生态系统健康概念，突破生态学领域的限制，考虑人类价值观、人类对河流的利用等对河流环境的影响，河流健康概念更具实践性和实用性，它产生于人们对河流管理工具的新要求，也将服务于河流管理。流域生态系统健康概念认为健康的河流生态系统是健康流域的基础，流域看作一个社会—经济—自然复合生态系统，将人类健康和社会经济因素考虑在内。

我国学者在河流健康的认识上，更注重河流自身生命和功能的健康，强调人与自然和谐。就目前来说，河流处于生态健康状态，即指河流生态系统不仅能保持化学、生物及物理上的完整性，而且能维持其对人类社会提供的各种服务功能，健康的河流是河流的社会功能与自然功能能够取得平衡的河流。因此，河流健康是基于河流管理而提出的一种评价河流状况的概念，用以综合评判河流生态系统结构和功能的整体状态，并为河流管理提供决策。

近20多年来，河流健康状况评价研究已经在很多国家开展，其中以美国、澳大利亚、英国、加拿大和南非等一些国家的评价实践最具有代表性，同时也形成了一系列各具特点的评价方法[30][34][35a][65a][72]。表1-2列举了主要国家的河流健康评价方法。

大体上看，河流生态系统健康评价方法众多，根据评价内容可分为4个方面：物理—化学评价；栖息地评价；水文评价；生物评价；从评价原理上，主要分为两类[90]：一类是预测模型（Predictive Model）方法或称多元变量统计分析方法（Multivariate Statistical Methods），如RIVPACS和AusRivAS等；另一类方法称为多指标方法（Multimetrics Index），如IBI、REC、ISC、RHS、RHP等。

预测模型法主要通过单一物种对河流健康状况进行比较评价，并且假设河流任何变化都会反映在这一物种的变化上，因此，一旦出现河流健康状况受到破坏，但并未反映在所选物种变化上的情况，这类方法就无法反映河流真实状况，具有一定的局限性[31]。多指标评价法是不同生物组织层次上多个指标的组合，比如ISC方法综合反映了河流水文学、形态特征、河岸带、水质及水生生物5个要素共计19项指标[91]，能够及时地反映河流健康的变化，其结果更加全面、客观，然而多指标评价法存在评价过程复杂、资料不易收集等缺点。

自20世纪90年代以来，我国已经开始关注从河流健康状况视角保护河流，在河流健康评价指标体系、河流健康评价方法学、河流的可持续管理等方面开展了一定的工作[65b][71][73][92]。但是，我国的河流保护工作中仍主要侧重于借助物理、化学手段以及少量生物监测评价河流水质状况。有关河流健康的研究还处于起步阶段，还有许多工作要做，如在生物评价方面，还没有系统的观测或监测资料；在水文和水质评价方面，虽然已有资料和经验积累，但缺乏与生物、生境联系方面的观测和科研成果；在生物栖息质量评价方面，未能提出系统的评价方法。因此，从系统健康的角度认识河流状态尚待进一步深入。

1.2.2 水库对河流生态系统影响研究

1.2.2.1 国外研究

国外大坝生态效应的研究刚开始是研究大坝对洄游鱼类的影响[98]。20世纪40年代，美国的资源管理部门就已经开始关注由于大坝建设而导致的渔场减少问题[99]。20世纪50年代以来，国内外学者围绕着大坝修建引起的生态问题开展了大量的研究。1965年曾召开过水库对环境影响的国际讨论会，会后出版了《人工湖》论文集。1978年美国大坝委员会环境影响分会出版的《大坝的环境效应》（Environmental Effects of Large Dams）一书总结了20世纪40～70年代大坝对环境影响的研究成果，主要包括大坝对鱼类、藻类、水生生物、野生动植物、水库蒸发蒸散量、下游河道、水库和下游水质等方面的影响以及水库有益效应问题[99a]。这些研究主要集中在大坝对水体物理化学性质、生物个体、种群数量、河道变化等较小时空尺度方面产生的影响，缺乏群落、生态系统等大尺度方面以及各种效应之间的关联。2000年11月，世界水坝委员会完成了题为《大坝与发展：一种新的决策框架》的“全球审议报告”，这是世界上有关针对大坝在达到促进发展目的方面的成败经验的第一份世界性、综合性的独立评估报告，报告中详述了大坝的生态影响[5c]。

在国内外相关研究过程中，形成了大坝生态影响分析框架，将生态系统作为一个整体进行了研究。河流的物理、化学、生态特征是流域许多因素综合作用的结果，在河流筑坝蓄水后，河流将产生一系列复杂的连锁反应改变河流的物理、生物、化学因素[2a][23a][100][101]。Petts（1984）[10a][102]系统的总结了大坝对河流生态系统的影响，并根据对河流生态系统的影响等级，划分为3个层次结构，如图1-1所示。第一层次是大坝修建后对河流下游物质输送（如泥沙、悬浮物、养分等）、能量流动、河流水文情势、水量变化、水质的影响。第二层次是河流的物质输送和能量流动发生变化后，对河道结构如河流形态、河道形态、河床质组成和河流生态系统结构和功能（种群数量、物种数量、栖息地）的影响。第三层次的影响主要是对鱼类、无脊椎动物、鸟类和哺乳动物的影响，综合反映了第一和第二层次影响引起的变化。以此理论为基础，国内外学者对大坝修建对河流生态系统影响进行了大量研究。

Ligon et al.（1995）[103]认为大坝通过改变河流的水流、泥沙、营养物质、能量和水生物，也就是改变了河流的重要的生态过程，并从地貌学角度阐述了大坝对坝下河流生态系统的影响。

Richter et al.（1996）[104]提出了一种水文指数法（IHA）用于分析大坝对水文改变程度研究，进而对生态变化进行研究，该方法已经被国内外学者大量运用。

Bunn et al.（2002）[105]认为水库引起的水流情势改变是影响河流系统生态可持续性的最重要因素，以此为基础，从4个方面研究了改变的河流水流情势如何影响河流水生生物多样性，主要包括：栖息地的变化和丧失，生命历史过程和繁殖的破坏，河流纵向和横向连续性的丧失，外来物种的入侵。

Poff et al.（2002）[106]认为水库对河流生态系统结构和功能的影响主要表现在3个方面：改变了水库下游的水流和泥沙通量，同时也改变了生物地球化学循环以及河道内和河岸带生境结构动力系统；水温改变，影响了水生生物生存；阻隔了上下游营养物质交换。

Nilsson et al.（2005）[7a]分析了全球水库建设对各大河流生态系统的影响，认为大坝建设引起的生态问题相对其他人类活动较为严重。

Mumba et al.（2005）[107]分析了赞比亚南部的喀辅埃河流上大坝完全改变了下游洪泛区的水文情势，洪泛区面积大量减少，导致重要的野生生物群落生境改变。

Magilligana et al.（2005）[108]采用IHA方法分析了美国21个水文站大坝建坝前后水文各特征参数的变化情况，在此基础上分析了水文情势改变的生态影响。

Black et al.（2005）[109]以近自然河流为参考状况，提出了DHRAM方法，该方法可用于评价水库蓄水对河流水文情势的影响，并且可以对水文改变进行分级，进而研究了对水生生物的影响。

Graf（2006）[110]研究了美国大坝建设对坝下水文和地貌的影响，采用IHA方法分析了水文情势变化，进而分析了河流地形的变化以及对河岸带生态系统的影响。

Nichols et al.（2006）[111]研究了澳大利亚南部的梯级水库对河流生态系统的影响，从等级理论出发，分别分析了水文流量变化、河道地形变化以及水生生物变化情况。

Shieh et al.（2007）[112]利用中度干扰假说评估大坝建设对河流环境的影响，采用HEC-HMS和HEC-RAS软件分析了水力参数如流量、流速、水深、水面宽度以及泥沙通量；并且采用IHA和IHabA评价了大坝建设前后流量和生境变化情况，最后采用RVA方法定量分析了水文和生境改变程度。

可见，国外在研究水库对河流生态系统影响中，对河流水文情势影响研究较多，说明了河流水流情势是河流生态系统的重要“驱动者”，该理念已经在许多文献中体现，减少对河流水流情势的影响也就减轻了水库对河流生态系统的影响。

1.2.2.2 国内研究

过去国内基于此理念研究水库生态影响的文献相对较少，但是近几年许多学者也进行了一定的研究，下面简单介绍一下研究情况。

在水库对河流生态系统影响研究中，对河流水文情势影响研究方面做了较多工作，在我国各大河流研究中均有所体现，例如余志堂等（1981）[113]研究了丹江口水利枢纽工程建坝前后水文条件的变化，建坝以后坝下江段流量的周年变化幅度缩小，坝下江段水位也较为稳定，周年变幅很小。李锦绣等（2003）[114]对三峡大坝兴建后库区的水文情势分析指出，库区水体的平均深度增加，库区的水流速度锐减，库区水体的滞留时间较建坝前增加了4倍，库区坝前的透明度明显升高，浊度则明显下降，坝前库区的年平均含沙量明显下降。李春晖等（2004）[115]分析了黄河干流大型水库的蓄水变化及其对径流的影响，结果表明：水库的修建改变了上下游水文站点实测径流量的逐月相关系数；水库下游汛期实测径流量占全年径流量的比例减小，非汛期增加；水库的削峰效应与入库流量和水库运用方式有关；大型水库的运用改变了黄河干流水体交换周期等。

在水库对生态影响研究方面，余志堂等研究表明，丹江口水利枢纽兴建以后，由于坝下江段水温降低，导致该江段鱼类繁殖季节滞后20d左右，当年出生幼鱼的个体较小、生长速度变慢。常剑波（1999）[116]研究认为葛洲坝水利枢纽修建以后，中华鲟上溯至金沙江下游产卵场的通道被阻断，尽管现在能够在坝下江段自然繁殖，但由于产卵场范围较建坝之前大大缩小，其种群数量已明显下降。张春光等（2001）[117]研究了葛洲坝和三峡水利工程对长江胭脂鱼资源的影响，认为该工程阻碍了部分到中下游成长发育的胭脂鱼返回上游，导致长江上游胭脂鱼资源量的下降。毛战坡等（2005）[23b]综述了大坝建设对河流生态系统的影响，分析了建坝对河流水文特性、生源要素、水生态系统结构和功能的影响。刘树坤（2006）[118]指出水库下游水温变化不仅对生态环境带来不利影响，同时对水中的生物有机体也会带来影响，特别是对下游鱼类的影响。麻泽龙等（2006）[119]综述了梯级水库对生态环境影响的进展情况。姚维科等（2006）[99b]综述了大坝的生态效应：概念、研究热点以及展望。于国荣等（2006）[120]大坝的影响区域划分为上游区、回水区、库区、坝区、消能区和惯性区等水力过渡区，并对各区内的水文水力特征、空间结构、物质结构和能量结构的变化及其生态进行了分析。马颖（2007）[26a]从生态水文学角度，分析了葛洲坝、丹江口、三峡水库等大型水利工程对长江水文要素的影响；杨宇（2007）[121]和蔡玉鹏（2007）[122]从生态水力学角度，分析了三峡水库建库后葛洲坝下游中华鲟产卵场生境要素变化情况，并提出了保护措施；裴海峰（2007）[123]从水质角度，分析了三峡水库蓄水后宜昌江段水质因子变化情况以及对中华鲟产卵的影响。

根据以上研究可知，我国学者在水库生态影响方面也进行了一定的研究，取得了一定成果，我国在大型水利工程建设前，非常关注工程建设产生的生态环境效应，如三峡大坝的建设，从20世纪50年代起就开始可行性论证工作，对有关的地质、地理、水文、土壤、水生生物、鱼类资源、湖区环境、河口环境等都进行了调查研究，积累了丰富的基础资料，对三峡工程可能的生态环境效应也做了大量的研究工作。尽管如此，由于大坝对生态环境的影响是长期的、缓慢的、潜在的和极其复杂的，因此要深入认识大坝修建后的河流生态响应，必须紧密结合河流径流过程、沙量变化和水温变化的特点，找出河流径流过程、沙量变化和水温变化与河流生态系统中重要动植物响应之间的关系，揭示它们之间的内在联系，因此还有很多方面要深入进行研究。

1.2.3 河道内环境流量研究

1.2.3.1 国外研究

河道内环境流量研究始于20世纪40年代的美国西部，到了20世纪70年代，由于相关法律法规的颁布以及建坝高潮的到来，河道内环境流量的研究也相应地发展迅速。20世纪80年代，澳大利亚、英国、新西兰和南非等国在该方面的研究开始出现。而在东欧、拉美、非洲和亚洲，该方面的研究相对较少[124]。

目前，与环境流量（Environmental Flow）有关的概念很多，由于世界各国对此概念理解的差异以及针对的具体情况不同，出现了河道内流量需求（Instream Flow Needs）、生态流量（Ecological flow）、最小可接受流量（Minimum Acceptable Flow）、生态可接受流量（Ecology Acceptable Flow）、生态径流、生态需水、环境需水、生态环境需水、低流量等不同的概念类型，但实际内容都是一致的，即特别强调了要给生态环境以一定量的水，以便维持系统的生态平衡和生物多样性等[125]。对于环境流量，很多学者从不同角度给出不同的说法，迄今为止，国内对环境流量仍没有形成一个公认的定义。

在河道内环境流量研究中，有将近50个国家开展了相关研究，大概有200多种研究方法，大致可归为四大类：水文学法、水力学法、栖息地模拟法和整体分析法[124a]。图1-2为国内外环境流量方法使用情况。

水文学方法，又称作标准设定法或快速评价法，是最简单、最具代表性的一类方法。该类方法主要以长系列的历史监测数据为基础，采用固定流量（年平均或日平均）百分数的形式给出环境流量推荐值，通过这些推荐值来表示维持河流不同生态环境功能的最小环境流量。该类方法应用最广泛，几乎应用到了世界上所有的地方，适合用于设定初级目标和国家性战略决策，至今仍然是应用最为广泛的方法[125a]。水文学法在环境流量法中所占比例最大，约占总量的30%，共有61种计算方法[128][129]，代表方法有7Q10法、Tennant法[130]、流量历时曲线法（Flow Duration Curve Methods）[131]、Texas法、NGPRP法、基本流量法（Basic FIow）以及RVA法[132]等。

水力学法包括23种方法，占环境流量法总数的11%，主要分布在北美洲、澳大利亚、欧洲和美国[133]。由于水力学法需要对河流的断面进行实地调查，才能确定有关的水力参数，使得该法操作起来比较困难，这也是20多年来，该法一直发展比较缓慢的一个原因。但是，该法可以为栖息地模拟法和整体法提供研究方法和手段，属于向栖息地模拟法和整体法过渡的方法，终将融合到这两种方法之中。其中比较典型的是R2CROSS法[134]和河道湿周法（Wetted Perimeter）[133a]。

栖息地模拟法强调水文、物理形态和生物信息的有机结合，并产生动态的水文和栖息地时间序列数据，能够用这些数据来验证不同的生态环境用水对目标生物生命周期和聚集习性的影响，最具科学性，但对数据要求太高。栖息地模拟法大约有58种方法，占环境流量法总数的28%，应用程度仅次于水文学法，代表方法有河道内流量增加法（Instream Flow Incremental Methodology, IFIM）[135][136]以及CASIMIR法。

整体法从河流生态系统整体出发，根据专家意见综合研究流量、泥沙运输、河床形状与河岸带群落之间的关系，使推荐的河道流量能够同时满足生物保护、栖息地维持、泥沙沉积、污染控制和景观维护等功能。因此，该类方法需要组成包括生态学家、地理学家、水力学家、水文学家等在内的专家队伍[137]。整体研究法的基本原则是保持河流流量的天然性、完整性、季节变化性。将水生生物生存繁衍、生物群落重新分布，河流生态结构破坏对应不同的流量。该类方法强调流域系统的整体性，符合流域综合管理的要求，是生态环境需水计算方法的巨大进步，但该法对数据的要求依然很高。目前，整体分析法有16种计算方法，只占环境流量总数的7.7%，较为典型的方法是南非的Building Block Methodology（BBM法）、澳大利亚的综合法（Holistic Approach）以及DRIFT（Downstream Response to Imposed Flow Transformations）法[140]。

根据对上述方法的评述可知，水文学法简单、方便，但考虑因素单一，准确性较差；水力学法虽然考虑了水力学因素，但所需参数需要实测，不易操作；生境模拟法将其重点放在一些河流生物物种的保护，而没有考虑诸如河流规划以及包括河流两岸在内的整个河流生态系统，由此计算出和推荐的流量范围值，并不符合整个河流的管理要求。表1-3比较了河道内环境流量评价方法。

因此，基于河流完整生态系统理论的整体分析法应运而生。随着整体分析法的发展，微观—宏观、宏观—微观两种方法的结合将是整体分析法将来发展的必然趋势。通常利用前一种方法来确定一种或多种河流修正流态，然后利用后一种方法对该流态引发的生态环境问题进行风险评价。无论是发达国家还是发展中国家，环境流量法的开发和应用越来越依赖于多学科理论。开发设计满足不同国家国情和水情特点的综合环境流量法是今后河流环境流量法发展的一个新趋势。

1.2.3.2 国内研究

我国河道内环境流量研究虽然较晚，但是发展很快，我国许多学者开展了大量研究，下面简单介绍一下国内研究进展情况。

李丽娟等（2000）[141]将河流生态环境需水量分为3部分：河流基本生态环境需水量、河流输沙排盐需水量和湖泊洼地生态环境需水量。以海滦河为例研究了河流系统生态环境需水。

严登华等（2001）[142]将河流水可划分为生态水、资源水和灾害水，认为河流系统的生态需水是指维持河流正常的生态结构和功能所需要的一定水质最小水量，包括河道系统和洪泛区两大系统的生态用水，并计算了东辽河流域河流系统生态需水量。

杨志峰等[125b][128a]研究河流生态需水的基本内涵，对评价方法进行了研究，提出了生态环境需水量分级和计算方法，并对黄淮海地区的生态环境需水量进行了评估。

于龙娟和夏自强（2004）[143]研究了河流生态径流内涵，认为天然条件下随机变化的水文过程不会对河流的物种和种群结构产生根本性的影响，而影响的只是生物量及物种种群大小的变化。在天然状态下，任何一种径流过程都是生态径流过程，并确定了生态径流过程的准则，生态径流不是一个常量，应保持天然条件下河流的水文特征。在此理论方法研究基础上，陈竹青（2005）[144]利用建立的逐月最小生态径流计算法和逐月频率法研究了长江中下游生态径流过程，为长江中下游生态安全提供保障。

徐志侠（2005）[131a]从径流与河床关系入手，研究了径流与河床形态分析法，用以计算河道最小非生物需水；从径流、河床和生物关系着手，研究最小生态需水计算方法——河道生物空间最小需求法；研究用鱼类产卵所需流速估算河道鱼类产卵期适宜生态需水的方法。最后计算了颍河与涡河最小非生物需水、最小生态需水和适宜生态需水。

宋兰兰（2005）[145]采用水文指数法和湿周法计算了广东省河道生态环境需水。苏飞（2006）[146]研究了河道最小和适宜生态需水量计算方法，并且以辽河为例进行了计算。

英晓明（2006）[147]研究了IFIM计算方法，采用River2D模型计算了中华鲟产卵生境和流量之间的关系；杨宇（2007）[121a]采用Delft3D和River2D对中华鲟产卵生境和流量之间关系进行了对比，并且采用改进二维模型给出了中华鲟产卵适宜生态流量。

陈敏建等（2006）[148]构建了多参数生态需水（最小生态需水、适宜生态需水、洪水期生态需水）体系并分析其内涵，组成了能反映河流生态系统健康的流量等级，运用该计算方法计算了黄河流域中下游生态需水量。

吉利娜（2006）[149]对河道生态需水计算的水力学方法中的湿周法和流速法进行了深入研究，并用于南水北调西线工程流域。

樊健（2006）[150]探讨了基于生态目标的河流生态径流计算方法以及RVA法确定河流生态径流过程的计算方法，并以广东东江河源水文站断面为例，进行了实证研究。

郭文献等（2007）[151]采用改进河道湿周法以及生态流速—流量法分别计算了长江中下游河道最小和适宜生态流量，该结果为长江中下游河流生态环境保护提供参考。

根据以上研究可知，近几年来我国在河道环境流量研究方面也进行了大量研究，然而仍然有许多方面需要研究，首先，我国学者在河流环境流量的定义、内涵的理解上还存在较大差异，需要进一步研究，对河流环境流量的内涵进行界定；其次，我国关于河流环境流量评价方法的研究很大程度上采用国外的研究方法，然而每种研究方法存在一定的适用条件和不足，因此，需要根据我国河流的自身特点，提出适合的评价方法；第三，在研究内容方面，需要进一步加强，如河道流量与鱼类生息环境关系的研究，河道流量、水生生物与DO三者之间的关系研究，水生生物指示物种与流量之间的关系研究，水库调度考虑生态环境、生态环境水量优化分配的研究，环境生态用水与经济用水关系的研究等方面。

1.2.4 水库生态调度模式研究

1.2.4.1 国外研究

水库实行生态调度，即是在制定水库调度操作规程时，将生态需求作为水库调度的目标之一，具体来说就是要考虑水流受到调控后河流生态系统的变化，以及因此造成的不利探讨其调度和运行对河流生态系统的影响以及相应减缓不利影响的对策措施。国外研究资料中，类似“生态调度”的提法有re-operation，内容主要包括通过合理的技术手段管理河流流量、控制水温和沉积物输移，以改善鱼类和野生动物的环境状况等。下面论述国外水库生态调度研究进展情况。

Cardwell et al.（1996）[152]采用水库不同月最小水流情势方案研究了鱼类种群容量和供水缺水量之间的平衡。该规划模型通过改变原来月最小下泄流量单个定值的做法，采用了多种下泄流量方案。Hughes et al.（1998）[153]提出一种考虑河道内环境流量的水库模拟模型，运用该模型能够在水库规划阶段解决人类需水和水库下泄流量之间的矛盾。King et al.（1998）[154]研究了调整南非的Clanwilliam大坝在10月至次年1月黄鱼产卵期的下泄流量方式，人为制造洪水来增加鱼类的产卵量，同时考虑了水温对鱼类产卵的影响。

Susan et al.（2001）[155]针对美国科罗拉多河上的格伦峡大坝对河流生态系统的影响，采取加大春季洪水下泄流量以及分层取水的方法，满足下游栖息地的流量需要，分别于1996年和2000年进行春季泄洪试验，模拟建坝前的自然水文模式，达到输沙、恢复生境和保护鱼类等综合效果。Bovee et al.（2002）[156]提出综合水量平衡模型和洪水灾害曲线方法，模拟计算6种洪水泄水方案，用来恢复天然状况下的洪水脉冲事件，改变密西西比河流域上游的鱼类种群以及植物生存状况。Koel et al.（2002）[157]在美国的伊利诺斯河利用历时数据建立起河流天然水位模式与鱼类丰度的关系，在基于RVA方法分析的基础上，将获得的这种关系作为水库调度的标准。

Richter et al.（2003）[158]提出了一个生态可持续水资源管理规程，该程序包括6个步骤：①初步研究能维持河流生态系统完整性的关键点；②考虑到人类对水资源的利用当前以及未来情况，采用水文模拟模型研究人类活动（如水库建设）对河流水流情势的影响；③评价人类活动对河流生态系统的不利影响；④共同协商寻找解决问题的办法；⑤综合考虑人类和生态需要，指导水资源管理解决不确定性问题；⑥设计并且执行一个长期的生态可持续水资源管理规划。Richter et al.（2007）[4a]提出了通过水库生态调度（re-operation）来恢复河道环境流量，并且提出一个评价框架用于水库生态调度问题研究，该评价框架能够综合分析通过水库生态调度的生态效益。

Symphorian et al.（2003）[159]研究了津巴布韦奥斯本大坝生态调度问题，采用桌面模型评价环境需水量，进而在水库调度和水资源分配中考虑环境下泄流量。Ripo et al.（2003）[160]提出了年流量历时曲线框架，该框架能够提供水库的可分水量，同时保证河流相似的年流量历时曲线，有效地保证了维持河流生态系统的最小需水量。

Robinson et al.（2003）[161]认为具有洪水和流量脉冲的天然水流情势对河流生物多样性和生态完整性具有重要作用，并且研究通过水库调度，分别进行了3年洪水脉冲试验，分析大坝下游大型无脊椎动物的影响。

Shiau et al.（2004）[162]也曾利用RVA方法来分析台湾地区的水库对水文变化的影响，得出水库最佳调度方式来恢复河道的天然流态并满足人类对水的需要；Shiau et al.（2007）[163]以水文整体改变程度作为生态目标，采用一种动态妥协规划算法计算多目标调度问题，协调水资源利用在生态和人类需要之间的矛盾；在2007年另外一篇文献中，提出以水库供水缺水率和水文整体改变程度作为调度目标，采用多目标遗传算法求得最佳调度方案[164]。

Bednarek et al.（2005）[165]研究了通过修改田纳西河流大坝调度方式，来减缓其带来的不利影响，其中1991—1996年，田纳西河流域管理局（TVA）在其管理的20个水库通过提高水库最小下泄水量及水质，优化调整了水库调度运行方式。Harman et al.（2005）[166]研究了澳大利亚Thomson河流环境流量，建立一个水库模拟模型模拟下泄流量满足下游河道环境流量要求。

Suen et al.（2006）[167]以台湾北部的Shihmen水库调度为例，将水流情势的天然变化作为生态目标，利用模糊集方法进行量化处理，与经济目标一起构成多目标优化模型，利用多目标遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解，通过对水库的调度线进行优化处理，得出满足生态和满足人类需求的最佳调度方案。

Johnson et al.（2007）[168]提出采用修改大坝调度的方法减缓下泄水流水体过饱和对下游鱼类的不利影响，并对鱼类气泡病进行了相关研究。

Kerachian et al.（2007）[169]提出了考虑水质管理的水库—河流系统优化调度规则，该优化技术综合考虑了水质模拟模型（HEC-5Q）和随机遗传算法（VLGA）优化技术，并且用于伊朗中部的Ghomrud水库水质管理中。

Halleraker et al.（2007）[170]在研究挪威Surna河流上水库生态调度研究中，提出了采用水力—生境模型、IHA方法、中生境分析、水温模拟综合分析的方法评价环境流量，然后调整水库调度方案，以提高水库下游鲑鱼生境质量。

Dhar et al.（2007）采用模拟和优化结合的方法进行水库优化调度研究，保证水库下游水质要求，其中水质模型采用CE-QUAL-W2水质模拟模型，优化方法采用遗传算法（GA）进行求解。Chaves et al.（2003）[171]采用动态规划优化方法结合一维水质模型研究了水库多目标调度问题，该研究综合考虑了水库下游水质状况和供水目标，并且采用GA对水质模型参数进行了优化，同时采用该方法进行了灵敏度分析。

Godinho et al.（2007）[172]提出一个概念性模型，研究增加水库下泄流量满足水库下游洪泛区鱼类产量。Field（2007）[173]研究了美国萨克拉曼多的Folsom水库多目标生态调度问题，该研究考虑了发电、供水以及水库下泄水温3个目标，采用多目标进化算法和一维水库水温模型进行求解，取得了满意解。

根据对国外水库生态调度研究成果可知，以美国、澳大利亚为代表的一些国家，在水库生态调度研究实践方面相对较早，在生态调度研究内容方面主要包括：①解决水库库区污染物集聚、泥沙淤积以及水温层化问题；②解决水库清水下泄以及溶解氧过饱和问题；③解决水库下游鱼类产卵场生境、洪泛区以及河口生态问题。水库蓄水所带来的河流系统的生态问题十分复杂，解决其生态问题是建立在科学研究基础上的系统工程，不可能简单地依靠单项调度技术的操作一蹴而就。水库调度必须从河流系统整体出发，综合考虑水库引起的多方面问题，采用多学科结合研究、多管理部门参与的方式，制定科学合理的调度方案。

1.2.4.2 国内研究

国内在水库生态调度研究实践方面相对较晚，相比国外，河流生态问题没有引起有关管理部门足够的重视。国内在水库生态调度理论研究方面，近几年，许多专家学者已经进行了基本研究，对将来的水库调度措施研究起到了很好的指导作用。下面简单介绍一下研究现状。

在理论探讨方面，索丽生（2003）[174]提出水利工程的优化目标应该由惯常的“技术经济最优”改变为生态效益、经济效益、社会效益统筹兼顾，强调人与自然和谐共处。汪恕诚（2004）[175]提出了要积极探索水利工程有利于生态的调度和使用模式。禹雪中等（2005）[176]认为水利工程生态与环境调度可以分为环境调度和生态调度，环境调度以改善水质为主要目标，生态调度以水利工程建设运行的生态补偿为主要目标。蔡其华（2006）[40]提出了充分考虑河流生态系统，完善水库调度方式，并且针对三峡工程生态问题，提出了调度方式。董哲仁等（2007）[41]提出了水库多目标生态调度，讨论了多目标调度方法。程根伟等（2007）[177]提出三峡水库梯级的生态调度试验目标包括保持河流洪水节律、维持上下游输沙平衡、促进库区水量交换和实现防洪补偿调节4个方面。2005年12月在北京召开的《通过改进水库调度以修复河流下游生态系统》研讨会，探讨了通过改进水库调度和水利设施管理以修复河流下游生态系统和改善人类生活的可行性，这次会议的召开将水资源优化配置技术推向了一个全新的发展阶段。

在生态调度实践方面，贾海峰等（2001）[178]对水库调度和营养物削减关系进行了探讨，从而做到了防洪调度兼顾库区富营养化的控制。李嘉等（2005）[179]研究了通过增加水库下泄流量减少污染物浓度。邓云等（2006）[180]研究通过调整溪洛渡电站春季下泄水流方式，改变下泄水流水温，保护下游鱼类产卵繁殖。钮新强等（2006）[181]探讨了三峡工程生态调度问题，主要针对改善长江口咸潮入侵情势的调度及有利于“四大家鱼”产卵提出建议。谢敏（2007）[182]研究了针对河流水华现象的生态调度，并以丹江口水库为例研究水库调度对下游生态系统的影响。胡和平等（2008）[183]研究了基于生态流量过程线的水库生态调度方法，该研究以水电站年发电量最大为优化目标，以生态方案为约束，提出了水库优化调度模型，并将该模型用于黄河流域某子流域研究。

在各大流域，进行了相关生态调度方面的研究，其中黄河小浪底的水库调水调沙试验，利用人造洪峰输沙入海，减轻下游河道淤积，补偿生态流量[184]。另外，珠江流域实施了压咸补淡应急调水的全流域水库群生态调度[185]。长江流域在规划龙盘水电工程时，选定了发电的下泄流量不得低于生态基流300m3/s，以满足下游基本生态需水和景观要求；丹江口水电站为控制汉江下游水体富营养化，加大枯季下泄流量[40a]。

根据国内研究现状，可知：①水库生态调度的概念内涵理解还比较模糊；②在没有提出生态调度概念之前，过去一些研究学者已经进行了大量研究，但这些研究都是独立的，考虑生态问题比较片面单一，没有从河流生态系统整体去研究水库生态调度问题；③目前水库生态调度研究还处在理论探讨方面，在全国开展生态调度实践仍需要一定时间。因此，今后，我国应该大量开展相关研究，通过科学的论证和研究，探索出符合中国国情、有利于河流生态健康发展的水利工程生态调度模式，是未来必然的发展趋势。