水库运行管理中的生态维护与环境保护

摘要：研究聚焦水库运行管理中的生态维护和环境保护问题，分析指出水库生态环境面临水质污染与富营养化、生物多样性下降、生态系统功能退化等主要问题。针对这些问题，提出水质保护与污染控制、生物多样性保护与恢复、生态修复工程实施等生态维护关键措施，以及生态调度理论与实践、岸线分区与空间管控、动态监测与适应性管理等环境保护与生态调度策略。强调水库运行管理中的生态维护和环境保护是系统工程，需要多维度综合施策，促进水库管理向多功能生态系统管理转变，实现经济效益和生态效益的协调提升。

关键词：水库管理；生态维护；环境保护；生态调度；可持续发展

一、引言

随着经济社会发展和水资源需求增长，水库建设和运行规模不断扩大，其对生态环境的影响日益凸显，水库运行管理中的生态维护和环境保护已成为当前水资源管理领域的重要课题。传统水库管理往往以工程效益最大化为中心，而忽视生态系统的完整性和可持续性，导致水质恶化、生物多样性下降、生态系统功能退化等问题，造成水库管理的严重后果。水库运行管理面临的核心挑战是如何在保障水库基本功能的同时，保持水域生态健康，实现人水和谐。

一、水库生态环境面临的主要问题

1.水质污染与富营养化

水库水质污染主要来源于工业废水、农业面源污染和生活污水排放，污染物包括重金属、氮磷营养物质、农药残留等，这些污染物在水体中不断累积，造成富营养化现象，造成藻类大量繁殖，形成水华，破坏水体生态平衡。据研究，水库蓄水后水流减缓，更易造成营养物质滞留，部分支流库湾位置水体频繁发生水华现象。

2.生物多样性下降

水库的兴建改变了自然河流的延续性，造成水生物阻隔效应，尤其是洄游性鱼类，造成种群减少甚至局部灭绝，同时也会造成水塘作业水位波动，使沿岸地带的栖息环境被淹没或暴露，对底层栖息生物及沿岸植被的生存造成影响。生物多样性的下降趋势因过度捕捞和丧失栖息场所等因素而进一步加剧。

3.生态系统功能退化

水库调度往往以满足人类需求为主，忽视了生态需水规律，导致下游河道生态流量不足，湿地萎缩，生态系统服务功能下降。此外，水库岸线的硬质化改造、自然植被的清除等也削弱了水域生态系统的自我调节和净化能力。

二、水库生态维护的关键措施

1.水质保护与污染控制

在水库运行管理中实施水质保护与污染控制需要构建全方位的综合治理体系。西宁市湖长制实施方案中强调要严守"三条红线"制度，通过建立入库排污口动态管理台账，开展"查、测、溯、治"专项行动，对工业点源实施"一企一管"监控。三明市东牙溪水库项目通过建设6.5千米隔离防护设施、修复17座生活污水处理站、新建26亩人工湿地等措施，使入库水质从Ⅳ-Ⅴ类提升至Ⅲ类标准。针对农业面源污染，宜宾市翠屏区推行"人放天养"生态养殖模式，严格控制化肥农药使用，建立"以水养鱼、以鱼净水"的生态循环。同时，水库管理需要运用现代技术手段，如东牙溪水库建设的水环境智慧监管平台，集成富营养化预报、水质预警和应急响应系统，实现预测、预报、预警一体化监管。在长效机制方面，西宁市实行"一库一策"管理方案，将水质达标率纳入领导干部考核，建立生态补偿机制调动各方参与积极性。通过这些措施的系统实施，可以有效控制污染物入库总量，改善水库水生态环境，实现水质保护与污染控制的协同治理。

2.生物多样性保护与恢复

对水库运行管理中的生物多样性保护和修复的实施，需要采取系统的办法。针对水生物保护，应建立多层的水生物保护区网络，如在洞庭湖建立了6.67万公顷的江豚自然保护区，通过核心区、缓冲区、实验区的严格划定，为珍稀物种提供栖息空间。科学增殖放流是修复鱼类资源的有效手段，通过投放412.38万尾鱼苗，玉屏县阳河特有鱼类保护区让水域重现" 鱼翔浅底" 生态景观。对于洄游性鱼类，可采用先进的鱼类过流设施设计，如国能集团大渡河龚嘴水电站建设的水下生态走廊1563米，可实现过流鱼类过流过流过海。通过竖缝式鱼道解决高坝阻隔问题。在植被恢复方面，密云水库实施400余亩湿地修复工程，栽植苦草、芡实等水生植物28万平方米，并按照水位高程线配置菖蒲、香蒲等植物，形成多层次植被带。同时要建立生物入侵防控体系，包括加强引种管理、开展外来物种监测和建立快速响应机制。西南大学提出的基于功能群的植被恢复框架，通过识别耐淹木本植物等功能群，可优化三峡库区植被恢复策略。这些措施需要配合严格的执法监管，如玉屏县建设的远程监控系统覆盖260公顷水域，24小时监控非法捕捞行为，以及公众参与机制，如洞庭湖开展的社区宣传教育活动，共同构建水库生物多样性保护的长效机制。

3.生态修复工程实施

在水库运行管理中实施生态修复工程需要采取系统性、科学性的综合治理措施。根据圭塘河流域生态修复工程经验，应采用"分段—分层—控点"的规划管控方法，将水库划分为不同功能区精准施策。具体措施包括：构建人工湿地系统，如长沙市雨花区在圭塘河入流口建设的1公顷生态滤池，通过植物和微生物的协同作用可去除70%的氮和60%的磷污染物；实施生态护坡工程，海南红岭灌区采用的生态土石笼袋护坡工艺相比传统方法降低成本40%，建设时间减少1/3，同时实现岸线生态化。定期底泥疏浚应采用原位稳定消减技术，如圭塘河项目通过智能监测系统动态掌握底泥污染状况，实现精准疏浚和资源化利用。

水源涵养林建设需要根据水位高程配置植被，如密云水库实施的400亩湿地修复工程，按照不同高程栽植28万平方米的苦草、芡实等水草，形成多层次植被带。同时，建立三江平原应用的微地形地貌修饰技术等" 深水区- 浅滩- 生境岛" 复合生境，有效增强生物多样性，智慧管理方面可借鉴圭塘河工程水质模型、水文模型，通过流动监测车、在线监测平台等方式实现实时预警。

实施"一库一策"方案时，应像长沙市那样引入国际机构编制专项规划，并成立综合治理指挥部统筹各部门力量。通过"生态+旅游+产业"多元融合模式，如圭塘河项目带动周边土地升值 1000 万元/亩，年创造经营收入 4000 万元，实现生态效益与经济效益双赢。最终形成政府主导、科技支撑、公众参与的生态修复长效机制，水库生态系统的健康稳定性得到全面提升。

三、环境保护与生态调度策略

1.生态调度理论与实践

生态调度作为水库运行管理中平衡经济社会效益与生态保护的关键技术，已在我国主要流域形成系统化的理论体系和实践模式。从理论发展来看，生态调度经历了从单一目标到多目标协同的演进过程。20世纪80年代方子云提出的水库生态调度雏形强调通过改变运行方式改善生态环境，而董哲仁在2003年进一步将其定义为在满足防洪、发电等传统功能的同时兼顾生态系统需求的调度方法。当前最前沿的"流域水系统"理论则将水文-水质-水生态-水工程视为有机整体，如淮河流域建立的分布式水质-水量-水生态耦合模型，通过编码连接实现多过程动态模拟。

实践层面形成了三种典型模式：一是以三峡水库为代表的生物繁殖促进型调度，2011-2024年间通过人造洪峰（流量日均涨幅1080-3180m³/s，水位日涨0.43-1.3m）累计创造鱼类产卵量超1000亿粒，2024年监测到胭脂鱼等珍稀物种自然繁殖；二是福建试点实施的生态基流保障型调度，通过闸坝联合调控确保下游最小生态流量；三是珠江压咸补淡、黄河调水调沙等特殊功能型调度。三峡集团提出的"一二三四"工作法最具代表性：贯穿生态调度主线，依托水文与生态双预报，统筹防洪、发电、航运三任务，实施四季精细化调度。

技术实现上需突破三大关键：多目标优化模型构建（如淮河流域建立的包含397个子流域的调度系统）、生态阈值确定（长江中游确定四大家鱼繁殖需水温20-24℃）、智慧化决策支持（三峡采用的"预报-预警-预演-预案"机制）。长江流域创新形成的"防洪优先于生态调度，生态调度优先于发电"的调度序列，以及梯级水库群联合调度模式（2024年协调17座水库同步实施生态调度），为全球大型水库生态调度提供了中国方案。

未来发展方向包括：建立生态调度国家标准（如黄河委2021年出台专项方案），研发生态-经济协同评价模型（参考莱索托MC-ESAM体系），以及构建基于数字孪生的智能调度平台。正如长江委强调的，需通过"产学研用"结合深化理论研究，将阶段性成果转化为长效制度，最终实现"确保长江不老"的生态愿景。

2.岸线分区与空间管控

在水库运行管理中实施岸线分区与空间管控需要构建科学化、精细化的管理体系。根据水利部《关于加强河湖水域岸线空间管控的指导意见》要求，水库岸线应划分为保护区、保留区、控制利用区和开发利用区四类功能区。以龙河口水库为例，其266.19公里岸线中保护区占比达92.03%，保留区占4.27%，控制利用区仅占3.7%，未设开发利用区，体现了保护优先原则。各分区实施差异化管控：保护区严禁建设影响保护目标的项目，仅允许必要的防洪、取水设施建设；保留区原则上禁止开发，确需建设的重大基础设施需严格论证；控制利用区限制开发密度，要求既有项目优化整合；开发利用区则需控制开发强度，新建项目须符合生态环保要求。

在空间管控方面，建立"双线控制"机制：临水边界线作为开发利用"高压线"，原则上禁止项目逾越；外缘边界线作为管理红线，进入该区域的开发行为必须符合功能区划要求。济南市济阳区还创新采用"管理范围+控制带"模式，在法定管理范围外探索设置陆域延伸控制带，防止"贴线开发"。管控措施包括：严禁风雨廊桥等变相房地产开发，禁止水库内建设光伏电站，库区耕地需退出主河槽等敏感区域。黄山市通过多部门联动审批机制，对岸线建设项目实行规划许可、环评、水保等全流程监管。

智慧化监管是重要支撑手段。各地正推动岸线利用项目"上图入库"，利用遥感监测、移动巡查等技术实现动态监管。西宁市将岸线管控纳入湖长制考核，建立"区-镇-村"三级责任体系。实践表明，科学的岸线分区管控可以有效平衡保护与开发，如龙河口水库通过严格分区，使92% 的岸线得到绝对保护，同时预留3.7% 弹性空间用于必要的基础设施，这种模式值得在全国水库推广。

3.动态监测与适应性管理

当前水库管理正经历从传统人工模式向智能化、数字化的深刻变革。以江苏溧阳大溪水库为例，通过部署智能清淤船、自动巡航无人机和AI识别系统，实现了对库区淤积、违规行为的精准管控，巡检效率较传统人工方式提升7倍。这种变革的核心在于构建"天-空-地-水-工"五位一体的监测体系，如深圳某水库布设的3000+智能传感器网络，能实时捕捉重金属超标等水质异常，触发应急响应时间缩短至分钟级。数字孪生技术成为关键支撑，庄里水库通过融合BIM模型与物联网数据，构建的调度预演系统可模拟2000年一遇洪水情景，优化决策方案。生态调度方面，三峡水库创新的人造洪峰技术（流量日均涨幅最高3180m³/s）累计促进鱼类产卵超1000亿粒，同时运用ROC曲线法量化评估调度效果，误差较传统方法降低50%。在安全监测领域，万宾科技研发的GNSS监测一体机配合振弦式渗压计，实现了中小型水库坝体毫米级形变和渗流的实时预警。江苏全省推行的"四全四预"管理模式，通过935座水库的北斗监测全覆盖和49座大中型水库的雷达组网，在今年梅汛期成功预警多轮强降雨过程。

这些实践表明，现代水库管理已形成"感知-分析-决策-执行"的闭环体系，如珠江水利科学院研发的动态监管系统，其声波水位计测量精度达±0.1mm，配合边缘计算实现数据延迟<200ms，在全国17省部署超3万套。未来随着水利一号卫星组网（规划6颗星座）和AI算力提升（2026年达1000TOPS），分钟级全域态势感知将成为新常态。

五、结语

水库运行管理中生态维护、环境保护是多方面工作的综合，包括水库水质、生物、调度、管理等多方面综合施策，管理过程中要重视水库生态的整体性，从单一功能管理向多功能生态系统的整体性管理转变，随着对生态理念的深化和技术的进步，水库也将更好地实现经济效益和生态效益的协同提升。

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