摘要：文章介绍了美国迄今为止规模最大的河流恢复工程——基西米河生态恢复工程的概况，该工程是按照生态系统整体恢复理念设计的工程．文中分析了进行河流恢复的目的以及工程设计原则．基西莱河生态恢复工程的经验告诉我们，按照传统的水利工程设计方法造成河流渠道化，会对河流生态系统带来诸多负面影响；为减轻对于河流生态系统的压力采取的河流恢复工程措施，又会付出很高的代价．我国的水利工程建设应避免重走西方国家的弯路，改进水利工程规划设计方法，实现人与自然的和谐．

关键词：生态系统 河流恢复工程 生态系统整体恢复 基西米河 美国

基西米河的生态恢复工程是美国迄今为止规模最大的河流恢复工程，从规划论证阶段至今已经经历20余年。它也是按照生态系统整体恢复理念设计的工程．从20世纪70年代开始科学工作者就对基西米河渠道化工程引起生态系统的退化进行了长期的观测研究，同时组织了论证与评估，研究如何采取工程措施和管理措施对于河流生态系统进行修复．自1984年开始进行试验性建设，1998年正式开工，工程将延续到2010年结束。基西米河生态恢复工程的经验告诉我们，按照传统的水利工程设计方法造成河流渠道化，会对河流生态系统带来哪些负面影响，为减轻对于河流生态系统9压力采取的河流恢复工程措施，又会付出多高的代赞。我国正处在水利水电建设高潮，大批新建工程正在兴建，为了避免走弯路，西方国家的经验教训值得我们思考与借鉴。

1  改造前基西米河的自然状况

1．1  基本自然状况

    美国基西米河(Kissimmee)位于佛罗里达州中部，由基西米湖流出，向南注入美国第二大淡水湖——奥基乔比湖，全长166km，流域面积7800km2．流域内包括有26个湖泊；河流洪泛区长90km，宽1．5-3km，还有20个支流沼泽，流域内湿地面积18000hm2。

1．2  历史上基西米河地貌形态的多样性

    历史上的基西米河地貌形态是多样的．从纵向看，河流的纵坡降为0。00007，是一条“辫子”状的蜿蜒型的河流．从横断面形状看，无论是冲刷河段或是淤积河段，河流横断面都具有不同的形状．在蜿蜒段内侧形成沙洲或死水潭和泥沼等，这些水潭和泥沼内的大量有机淤积物成为生物良好的生境条件．原有自自然河流提供的湿地生境，其能力可支持300多种鱼类和野生动物种群栖息．这些生物资源的多样性是由流域水文条件和河流地貌多样性提供的．

    在20世纪50年代建设堤防堤防以前，由于平原地貌特征及没有沿河的天然的河滩阶地，河道与洪泛区（包括泥沼、死水潭和湿地)之间具有良好的水流侧向联通性．洪泛区是鱼类和无脊椎动物良好的栖息地，是产卵、觅食和幼鱼成长的场所．在汛期干流洪水漫溢到泛洪区，干流与河汊、水潭和泥沼相互联通，小鱼游到泛洪区避难．小鱼、无脊椎动物在退水时从洪泛区进于流．另外，原有河道植被茂盛，植被的遮阴对于融解氧的温度效应起缓冲作用．

1．3水文条件

    在对河流进行人工改造之前，河流的水文条件基本上是自然状态的．年内的水量丰枯变化形成了脉冲式的生境条件．据水文资料统计，平均流量从上游的33m3/s到河口的54m3/s．历史记录最大洪水为487m3/s，平均流速为0.42m/s．在流量达到40—57m3/s河流溢流漫滩时，流速不超过0.6m/s．

    在人工改造前，洪水在通过茂密的湿地植被时流速变缓，又由于纵坡缓加之蜿蜒性河道等因素，导致行洪缓慢。退水时水流归槽的时间也相应延长．在历史记录中有76％的年份中，有77％面积的洪泛区被淹没．退水时水位下降速率较慢，小于0.03m/d．每年的洪水期，各种淡水生物有足够的时间和机会进行物质交换和能量传递．洪水漫溢后，各种有机物随着泥沙沉淀在洪泛区里，为生物留下了丰富的养分．

    由于河流地貌形态的多样性和近于自然的水文条件，为河流生物群落多样性提供了基本条件．原有自然河流提供的湿地生境，其能力可支持300多种鱼类和野生动物种群栖息．

2水利工程对生态系统的胁迫

2．1水利工程建设概况

    为促进佛罗里达州农业的发展，1962年到1971年期间对在基西米河流上兴建了一批水利工程．这些工程的目的：一是通过兴建泄洪新河及构筑堤防提高流域的防洪能力；二是通过排水工程开发耕地．工程包括挖掘了一条90km长的C-38号泄洪运河以代替天然河流，运河为直线型，横断面为梯形，尺寸为深9m、宽64—105m。运河设计过流能力为672m3/s．另外，建设了6座水闸以控制水流．同时，大约2/3的洪泛区湿地经排水改造．这样，直线型的人工运河取代了原来109km具有蜿蜒性的自然河道．连续的基西米河就被分割为若干非连续的阶梯水库，同时，农田面积的扩大造成湿地面积的缩小(图1)．
 

2．2  水利工程对生态系统的胁迫

    从1976年到1983年，进行了历时7年的研究．在此基础上对于水利工程对基西米河生态系统的影响进行了重新评估．评估结果认为水利工程对生物栖息地造成了严重破坏．这种对于生态系统的干扰在生态学中称为“胁迫”．主要表现在以下方面．

    (1)自然河流的渠道化使生境单调化．直线型的人工运河取代了原来具有蜿蜒性的自然河道，人工运河的横断面为简单的梯形断面．原来由深潭与沙洲相间，急流与缓流交错的多样格局，可以支持多样化的生物群落．渠道化以后河流的生境变得单调，生物群落种类明显减少．新开挖的人工运河把河流变成了相对静止的具有稳定水位的水库，水库的水深加大，出现温度分层现象，深层水的光合作用微弱，生物生产力下降．

    (2)水流侧向联通性受到阻隔．建设了人工运河后，堤防又把水流完全限定在运河以内，洪水漫溢到滩区已经没有可能性．运河的兴建切断了河流与洪泛区的侧向水流联通性，隔断了干流与河汊、滩区和死水潭的联系，使得河流附近水流旁路湿地的营养物质过滤和吸收过程受到阻碍。这主要表现为：一是鱼类和无脊椎动物失去了产卵、觅食和避难的环境；二是干流携带的有机物质无法淤积在洪泛区，而这些物质正是淡水生物所不可缺少的养分．新建的运河行洪能力强，减少了行洪时间，平均从ll.4d减少到1．1d．这不仅使淡水食物网中能量传递和物质交换的机会减少，而且急剧的退水速率会造成fc量鱼类因水中溶解氧缺乏而死亡．

    (3)溶解氧模式变化造成生物退化．由于运河为  宽深式渠道，其表面积与体积之比要小，曝气率低．运河水深加大，出现分层现象，水深大于1m处溶解氧明显降低．原有河道植被茂密具有遮阴功能，对于溶解氧的温度效应起缓冲作用．而人工运河完全暴露在阳光下，水中溶解氧含量低．另外，人工运河为直线型，水流平顺，对水流的干扰和掺混作用能力弱．这些因素都使运河的溶解氧含量下降．溶解氧含量低的水体会使水生生物“窒息而死”．

    (4)通过水闸人工调节，使流量均一化，改变了原来脉冲式的自然水文周期变化．自然状态的水文条件随年周期循环变化，河流廊道湿地也呈周期变化．在洪水季节水生植物种群占优势．水位下降后，水生植物让位给湿生植物种群，是—种脉冲式的生物群落化模式，显示出一种多样性湖特点．而流量均—化使生境条件单调．

    (5)原有河道的退化．渠化显著地改变了水位和水流特点，使得2100hm2的洪泛区湿地消失，严重影响了鱼类和野生群落．原来自然河道虽然被保存下来，但是由于主流转入人工运河，使得原有河道流量大幅度减少，引起河床退化．大量水生的植物如睡莲、莴苣、水葫芦等阻塞了这些的自然河段．

    以上这些综合结果是生境质量的大幅度降低．据统计，保存下来的天然河道的鱼类和野生动物栖息地数量减少了40％．人工开挖的C-38运河，其栖息地数量比历史自然河道减少了67％．其结果是生物群落多样性的大幅度下降．据调查，导致减少了92％的过冬水鸟，鱼类种群数量也大幅度下降．
3  河流恢复工程

3．1  河流恢复工程概况

    基西米河被渠道化建成以后引起的河流生态系统退化的现象引起了社会的普遍关注．自1976年开始对于重建河道生物栖息地进行了规划和评估，经过7年的研究工作，提出了基西米河的被渠道化的河道的恢复工程规划报告，并经佛罗里达州议会作为法案审查批准．规划提出的工程任务是重建自然河道和恢复自然水文过程，将恢复包括宽叶林沼泽地、草地和湿地等多种生物栖息地，最终目的是恢复洪泛平原的整个生态系统．为进行工程准备1983年州政府征购了河流洪泛平原的大部分私人土地．

    在工程的预备阶段，于1984至1989年开展了科研工作，重点是研究回填人工运河的稳定性以及对于满足地方水资源的需求问题，采用一维及二维数学模型分析和模型试验相结合的研究方法．模型试验采用的模型尺寸为Ob和33m宽的水槽，垂直比尺为1：40，水平比尺为1：60，为定床试验．模拟范围为人工运河、原有保留河道和洪泛平原．模型试验结果与现场河道控制泄流试验(最大流量为280m3／s)的实测数据相对照．

3．2  河流恢复主要工程项目

    (1)试验工程．1984-1989年开展的试验工程位于水库B，为一条长195lan渠道化运河．重点工程是在人工运河

[1] [2] [3] 下一页