1 緒論

1.1 河湖連通工程由來及功能演變

1.1.1 河湖水系自然演變與格局

地表水與地下水分水線所包圍的集水區或匯水區稱為流域，流域內所有河流、湖泊等各種水體，組成脈絡相通的水網系統，稱為水系。自然狀態下的河湖水系由水流自由發展而成，是經過自然演變后形成的具有自然性和完整性的網絡系統。河、湖、沼澤、濕地、地下水、地表水、環境是水系網絡的節點，長期自然的推進過程形成了各個節點之間的連通關系。俗話說“水往低處流”，水系的流向、形態、流域面積、河網密度等特征與地形、氣候關系密切。流域的河流形態、水系結構、調蓄能力以及景觀特征等受水系分叉、河網密度、河流分級等自然因素影響，有明顯的地域特點［1］。

河湖水系是地表水資源的主要存儲空間，是水循環形成的載體，是流域生態環境的重要組成部分，更是人類經濟社會發展的支撐［2］。河湖水系的生態系統不僅是自然物種繁衍、多樣性演進最為適宜的環境，更是人類社會文明發展和進步最為活躍的地方，人類依河而生存，逐水而興旺。在社會的發展進程中，人類的生產活動也不斷影響著河湖水系的連通格局，社會經濟的快速發展和用水需求的不斷增加，使得自然形成的河湖水系已經演變成自然-人工復合水系，環境特征多樣，生態結構復雜，除包括河流、湖泊、濕地等自然水體外，還包括人工修建的閘壩、堤防等水工程形成的水庫、渠系、蓄滯洪區以及人工河道、人工湖泊等人工水體。

我國幅員遼闊，江河湖泊縱橫分布，流域面積在100km²以上的河流有2萬多條，水域面積在1km²以上的湖泊有3000多個，大大小小的河流湖泊構成了我國復雜的河網水系。河流大多順地勢自西向東流入海洋，絕大多數河流分布在外流河流域，主要水系包括長江、黃河、淮河、海河、珠江、松花江和遼河；內陸河水系大都發育在封閉的盆地內，大致可分為新疆、甘肅、內蒙古、青海、藏北五個內陸河地區。湖泊分布主要取決于湖水的補給條件，按地理位置劃分，主要分為東部湖區、東北湖區、蒙新湖區、青藏高原湖區、云貴湖區五大湖區，長江中下游平原和青藏高原是湖泊分布最為集中的區域。按湖水的含鹽度劃分，可分為淡水湖和咸水湖，其中淡水湖面積占全國湖泊總面積的45%，主要分布在外流河流域附近，咸水湖則主要分布在內流河流域。

從生產生活方式、水土資源開發方式、人水關系以及連通狀況等角度，李原園等［3］將我國河湖水系格局的演變進程劃分為四個時期，見表1.1。

（1）河湖水系的形成和發展初期。由于遠古時期劇烈的地質結構運動，我國形成了西高東低的三級階梯地勢，階地隆起為水流提供了巨大的勢能，使得一些互不連通、相互獨立的內陸水系匯集成河，逐步演變為從源頭到入海口、自西向東的總體流勢。此時河湖水系受自然因素影響完全處于天然演變狀態，具有自然緩慢、突變劇烈的特點。

（2）水系的發育和格局調整時期。古代是我國主要江河湖泊不斷發育、自然因素主導的水系格局不斷調整的時期，在自然營力的持續作用下，我國主要河湖水系的連通格局基本形成，該時期的水系演變仍以自然演變為主，但逐漸出現一些順應自然規律的開發利用與人工干預。

（3）自然-人工復合水系格局的穩定時期。在近代，隨著人類科技水平和生產能力的提高，河湖水系格局不斷與經濟社會發展格局相匹配，人類活動通過改變河流邊界條件、水沙條件，對河湖水系頻繁實施防洪建設、河湖圍墾、水資源開發利用等活動，更加深入地影響河湖水系的演變，呈現出自然演變緩慢、人工干預增強的趨勢。河湖水系逐漸從連片、支葉形轉變成線帶狀、網格型的形態，水面面積縮小，河湖水系的水動力減弱，河流淤積加重，自然-人工復合水系結構復雜。

（4）水系連通方式不斷豐富、格局逐步完善的時期。該時期河湖水系格局直接受人類活動影響，人類在利用河湖水系時，給水資源帶來巨大的壓力負荷，導致部分河湖嚴重萎縮，連通性減弱，水旱災害頻發。現代人們開始注重人水和諧，堅持可持續發展治水理念，在多個方面對河湖水系連通產生影響，河湖水系連通工程多以防洪抗旱、航運、水資源配置和水生態環境保護與修復等功能為目的。

經過漫長的自然演變和持續的江河開發治理，目前我國已形成以七大江河等自然水系為主體、人工水系為輔的河湖水系及其連通格局，河勢基本得到控制，河湖功能得以發揮。

人類社會的發展與河湖水系及其演變密切相關。河湖水系及其連通狀況不僅決定了水資源格局和水資源承載能力與環境容量的大小，而且對生態環境和水旱災害風險產生重要影響。

1.1.2 河湖連通工程類型與功能

1.1.2.1 河湖水系連通的概念

水是生命之源，是一切生物賴以生存和社會經濟賴以發展的物質基礎。然而，水資源的時空分布不均，一些地區水資源承載能力不足，區域經濟發展受限，加上人類用水方式的多樣化，各種水問題相繼出現。為了改善和解決這些水問題，人類采取一系列調配統籌水資源的行為或活動，其中包括河湖水系連通工程的建設［4］。河湖水系的相互連通關系是流域內各種水體的形態分布與連接狀態的綜合描述，人們逐漸意識到河湖水系連通的重要性。2009年，水利部部長陳雷首次提出河湖水系連通這一重大戰略舉措［5］，旨在提高水資源統籌調配能力、改善生態環境質量狀況和增強抵御水旱災害能力。

近年來，關于河湖水系連通的研究不斷增多和深化，國內部分學者做了一些探索性的研究，討論了河湖水系連通概念及內涵，初步構建了河湖水系連通概念框架和理論體系；一些學者對水系連通性概念及內涵在一定程度上進行了界定，探討了水系連通性的重要意義及評價方法。

2005年，長江水利委員會編寫的《維護健康長江，促進人水和諧》研究報告中，首次提出了水系連通性概念，并將水系連通性定義為：河道干支流、湖泊及其他濕地等水系的連通情況，反映水流的連續性和水系的連通狀況［6］。這一概念強調了河流、湖泊在水系連通性中的重要作用。張歐陽等［7］進一步研究討論指出，水系連通性包含兩個基本要素：一要有能滿足一定需求的保持流動的水流；二要有水流的連接通道；夏軍等［8］從科學范疇定義水系連通性為：在自然和人工形成的江河湖庫水系基礎上，維系、重建或新建滿足一定功能目標的水流連接通道，以維持相對穩定的流動水體及其聯系的物質循環的狀況。其實，“脈絡相通”便是水系的連通性，這一定義客觀地解釋了河湖水系連通，但與目前水利部為解決日益嚴重的水問題而提出的河湖水系連通戰略尚有一定的差異。在總結相關研究的基礎上，結合河湖水系連通的戰略目標、構成要素，竇明等［9］、李宗禮等［10］給出了河湖水系連通概念的進一步解析，即以實現水資源可持續利用、人水和諧為目標，以改善水生態環境狀況、提高水資源統籌調配能力和抗御自然災害能力為重點，借助水庫、閘壩、泵站、渠道等各種人工措施和自然水循環更新能力等手段，構建蓄泄兼籌、豐枯調劑、引排自如、多源互補、生態健康的水系連通網絡體系；徐宗學等［11］提出將通過自然營力或工程措施建立河湖水系之間的水力聯系，統稱為水系連通，目前所提到的河湖水系連通往往指后者，定義為“以可持續發展與人水和諧為原則，以水安全和流域生態健康為目標，基于水循環理論，通過工程措施以及水庫閘壩調度等手段，建立河湖庫不同水體之間水力聯系的措施和行為”。

河湖水系連通本質上是根據河、湖特性，統籌考慮連通區域的經濟社會、生態環境等各方面的水情、工況和需求，通過自然與人工手段進行科學有效的連通，構建脈絡相通的水網體系，實現人水和諧可持續發展［12］。

1.1.2.2 河湖水系連通的類型

河湖水系連通實踐古已有之，結合國內外河湖水系連通的實踐經驗，在河湖水系連通概念和內涵的基礎上，依據河湖水系連通的主要影響因素，參照李宗禮等［13］、竇明等［9］、夏軍等［8］提出的有關分類原則和分類體系，總結河湖水系連通的主要類型有以下幾種：

（1）按連通對象，可分為河河連通、河湖連通、河湖與濕地連通、河湖與城市水網連通、多對象復雜連通。

（2）按連通區域和水系特點，可分為缺水區（北方平原區、北方丘陵區、西北干旱區）連通、豐水區（南方丘陵區、西南高原區、松嫩平原區）連通、河網區（長江中游河網區、下游河網區）連通。

（3）按連通空間尺度，可分為國家層面水網連通、流域層面水網連通（跨流域連通、流域內連通）、區域層面水網連通（省級層面連通、市縣層面連通、城市內部連通）。

（4）按連通時間尺度，可分為長期連通（又稱常態連通）、短期連通（又稱非常態連通，如季節性連通、年度性連通、應急性連通）。

（5）按連通目的和功能，可分為水資源調配型連通、生態環境修復型連通、水旱災害防御型連通、綜合效益型連通。

1.1.2.3 河湖水系連通的功能

河湖水系連通的目的是解決我國水資源條件與生產力不匹配問題，最終實現人水和諧。其功能主要表現［14］為：合理調配水資源，保障人類的生存與發展，實現水資源可持續利用，遵從自然規律，提高河湖健康保障能力，保障經濟社會可持續發展的良好環境，應對氣候變化和突發事件，提高抵御重大水旱災害能力。細化河湖水系連通功能，形成具體的功能體系［15］，如圖1.1所示。

圖1.1 河湖水系連通的功能體系

（1）提高水資源統籌調配能力。我國水資源時空分布特點決定了其與大部分地區的人口、生產力布局以及土地等其他資源不相匹配。河流上下游、干支流的水力聯系隨著河湖治理、河湖灘涂圍墾等而改變，流域、區域與行業之間用水競爭加劇，部分地區水資源承載能力不足，供水安全的風險正在逐步加大，水資源供需矛盾日益突出。

根據水資源條件和生態環境的整體特點，開展河湖水系連通工程的建設，可以增加外調水量，同時可以將已建的水利工程連通起來，達到豐枯相互調劑的目的，從而增加當地的水資源可利用量，提高供水保證率，以水資源的可持續發展支撐經濟社會的可持續發展。

（2）改善水生態環境狀況。在經濟快速發展地區，工業、生活污水排放量日益增大，河湖水體污染嚴重，水生態環境狀況惡化；另外，部分地區為開發利用水資源，修建大量閘壩，改變或阻隔了河湖水系原有的水力聯系，水體流速減緩，天然河湖、濕地的調蓄能力降低，水體自凈能力和水環境承載力降低；水體富營養化現象加劇，生態自我修復能力下降，水質型缺水嚴重。

在嚴格控制污染物排放的前提下，通過河湖水系連通工程的建設，可以加速水體流動，加快水體置換頻率，增加水環境容量，達到稀釋水體、降低污染物濃度、提高水體自凈能力、改善水環境的目的，從而增強水環境承載能力，保障生態安全。

（3）增強水旱災害抗御能力。洪澇和干旱災害一直是我國主要的自然災害，嚴重制約著我國社會經濟的正常運行，加之氣候變化和人類活動的影響，極端事件發生頻率不斷增加。眾多湖泊、淀洼的調蓄能力大幅下降，中小河流淤積、堵塞和萎縮現象嚴重，部分河道的調蓄、輸水、排水等功能受到嚴重影響。

河湖水系連通不僅為洪水提供暢通出路，維護洪水蓄滯空間，而且能夠為干旱地區調配水源，維持水資源供給，有效降低洪澇災害風險，保障防洪和供水安全。河湖水系連通將成為提高徑流調控與洪水蓄泄能力、增強抵御水旱災害能力的有效途徑。

總體而言，河湖水系連通工程的實施，可以將不同水系連通起來產生綜合效應，發揮多種功能，一方面可以增加調蓄容積，有效減少洪澇災害，恢復戰略應急水源，提高供水保障；另一方面可以促進流域污染治理，改善河湖水質，提高區域生物多樣性，恢復水生態環境健康。除此之外，還有利于改善內河航道，促進內河航運更好的發展。

河湖水系連通的提出是解決我國水資源短缺、水環境惡化、水災害頻發等問題的一個重大舉措，是實現水資源可持續利用的治水新思路。同時，河湖水系連通工程也是一項復雜的系統工程，仍需繼續深入研究，不斷豐富其理論，并結合工程實踐，因地制宜、合理調度，才能更好地發揮其功能，有效解決水資源問題。

1.1.3 河湖水系功能演變

河湖水系格局的自然演變伴隨著河湖水系功能的演變，影響河湖水系及其連通狀況演變的主要因素有自然因素和人為因素兩方面，其中人類社會的生存發展與河湖水系連通及其功能息息相關，相互影響、相輔相成。人類從逐水而居到逐水而興，由開始的開發利用河湖水系到后來的逐漸改造河湖水系，更好地服務于人類的社會經濟發展，河湖水系的功能不斷改變，從傳統的供水、防洪、排澇、抗旱、航運、軍事等單功能的開發利用向統籌水資源調配、兼顧水生態環境修復等多功能綜合利用轉變。

我國是世界上河流水系最為發達和人為開發最早的國家之一，中華民族文明發展的每一個階段都與河流水資源的開發密切相關。

（1）遠古時期。河湖水系初成，處于天然演變狀態，完全受自然因素影響控制，人類生活主要以漁獵采摘為生，基本沒有抵御自然災害的能力，只能擇水而棲，被動地適應和屈從自然。這個時期的河湖水系功能單一，主要為人類提供生存的環境和水資源，滿足人類基本生存用水需求。

（2）古代時期。主要江河湖泊不斷發育、自然因素主導的河湖水系格局逐漸形成并不斷調整。人類逐水而興，河湖水系發揮了重要作用，其功能除了供水外，還有灌溉、航運、軍事等。伴隨水系發展的還有嚴重的水旱災害，人類為了生存和發展，不斷地與洪水作斗爭，采取人工措施進行干預，河湖水系起到了防洪、排澇的作用。此時河湖水系的利用還處于開發起步階段，只是一些順應自然規律的開發治理與人工干預。

（3）近代時期。河湖水系不斷調整，自然-人工復合河湖水系格局逐步穩定并形成。伴隨人類科技水平和生產能力的提高，對河湖水系格局與經濟社會發展格局相匹配的需求也越來越高，防洪建設、河湖圍墾、水資源開發等活動頻發，河湖水系的邊界條件和水沙條件不斷被改變。河湖水系不僅要滿足人類的基本生活用水需求，還有更高的工農業生產、水力發電、航運、河流生態用水等的需求。此外，還有為了緩解水資源供需矛盾采取的調水措施，用于污水稀釋、改善生態環境和維持湖水穩定。

（4）現代時期。現代河湖水系格局直接受人類活動影響，連通方式不斷豐富，水系格局逐步完善。河湖水系在為人類服務的同時，面臨的壓力不斷增加，水資源與水環境承載能力不足，河湖功能與作用發生改變。在水資源利用方面，倡導以人為本、人水和諧的可持續發展理念，由注重水系開發利用向注重水資源調配和生態保護發展，由注重水量向水量-水質-水生態相結合發展，由局部向跨流域、跨區域統籌協調管理發展［16］。河湖水系除了滿足人類的基本生活生產用水外，河湖水系連通工程等水利措施的建設，完善了防洪工程體系，優化了水資源配置，同時也保護了水生態環境。人類通過實行最嚴格的水資源管理，來保障經濟社會發展的安全、健康、可持續用水。

河湖水系參與了水的循環過程，是水資源的重要載體，在自然界中為動植物和人類提供了水源，是社會不可或缺的一部分。伴隨人類從早期改造河湖水系到后來治理河湖水系，河湖水系功能也不斷演變，從供水、灌溉、軍事、航運到工業用水、水力發電、防洪、抗旱，再到稀釋污染的自凈化功能、為生物提供棲息環境、治理水污染、改善水環境等，無不體現著與人類經濟社會發展的密切聯系。在今后人水和諧的人類用水治水理念下，河湖水系將更好地發揮其功能，為人類社會可持續發展服務。