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(qū)或匯水區(qū)稱為流域，流域內(nèi)所有河流、湖泊等各種水體，組成脈絡(luò)相通的水網(wǎng)系統(tǒng)，稱為水系。自然狀態(tài)下的河湖水系由水流自由發(fā)展而成，是經(jīng)過自然演變后形成的具有自然性和完整性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。河、湖、沼澤、濕地、地下水、地表水、環(huán)境是水系網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，長期自然的推進過程形成了各個節(jié)點之間的連通關(guān)系。俗話說“水往低處流”，水系的流向、形態(tài)、流域面積、河網(wǎng)密度等特征與地形、氣候關(guān)系密切。流域的河流形態(tài)、水系結(jié)構(gòu)、調(diào)蓄能力以及景觀特征等受水系分叉、河網(wǎng)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(huán)形成的載體，是流域生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，更是人類經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐［2］。河湖水系的生態(tài)系統(tǒng)不僅是自然物種繁衍、多樣性演進最為適宜的環(huán)境，更是人類社會文明發(fā)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(fā)展進程中，人類的生產(chǎn)活動也不斷影響著河湖水系的連通格局，社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和用水需求的不斷增加，使得自然形成的河湖水系已經(jīng)演變成自然-人工復(fù)合水系，環(huán)境特征多樣，生態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)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(qū)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(gòu)成了我國復(fù)雜的河網(wǎng)水系。河流大多順地勢自西向東流入海洋，絕大多數(shù)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(nèi)陸河水系大都發(fā)育在封閉的盆地內(nèi)，大致可分為新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、青海、藏北五個內(nèi)陸河地區(qū)。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(qū)、東北湖區(qū)、蒙新湖區(qū)、青藏高原湖區(qū)、云貴湖區(qū)五大湖區(qū)，長江中下游平原和青藏高原是湖泊分布最為集中的區(qū)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(nèi)流河流域。

從生產(chǎn)生活方式、水土資源開發(fā)方式、人水關(guān)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(fā)展初期。由于遠古時期劇烈的地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(nèi)陸水系匯集成河，逐步演變?yōu)閺脑搭^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(tài)，具有自然緩慢、突變劇烈的特點。

（2）水系的發(fā)育和格局調(diào)整時期。古代是我國主要江河湖泊不斷發(fā)育、自然因素主導(dǎo)的水系格局不斷調(diào)整的時期，在自然營力的持續(xù)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?nèi)砸宰匀谎葑優(yōu)橹鳎饾u出現(xiàn)一些順應(yīng)自然規(guī)律的開發(fā)利用與人工干預(yù)。

（3）自然-人工復(fù)合水系格局的穩(wěn)定時期。在近代，隨著人類科技水平和生產(chǎn)能力的提高，河湖水系格局不斷與經(jīng)濟社會發(fā)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(shè)、河湖圍墾、水資源開發(fā)利用等活動，更加深入地影響河湖水系的演變，呈現(xiàn)出自然演變緩慢、人工干預(yù)增強的趨勢。河湖水系逐漸從連片、支葉形轉(zhuǎn)變成線帶狀、網(wǎng)格型的形態(tài)，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(fù)合水系結(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)致部分河湖嚴重萎縮，連通性減弱，水旱災(zāi)害頻發(fā)。現(xiàn)代人們開始注重人水和諧，堅持可持續(xù)發(fā)展治水理念，在多個方面對河湖水系連通產(chǎn)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(tài)環(huán)境保護與修復(fù)等功能為目的。

經(jīng)過漫長的自然演變和持續(xù)的江河開發(fā)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(fā)揮。

人類社會的發(fā)展與河湖水系及其演變密切相關(guān)。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(huán)境容量的大小，而且對生態(tài)環(huán)境和水旱災(zāi)害風(fēng)險產(chǎn)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(jīng)濟賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，水資源的時空分布不均，一些地區(qū)水資源承載能力不足，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展受限，加上人類用水方式的多樣化，各種水問題相繼出現(xiàn)。為了改善和解決這些水問題，人類采取一系列調(diào)配統(tǒng)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(shè)［4］。河湖水系的相互連通關(guān)系是流域內(nèi)各種水體的形態(tài)分布與連接狀態(tài)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(zhàn)略舉措［5］，旨在提高水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況和增強抵御水旱災(zāi)害能力。

近年來，關(guān)于河湖水系連通的研究不斷增多和深化，國內(nèi)部分學(xué)者做了一些探索性的研究，討論了河湖水系連通概念及內(nèi)涵，初步構(gòu)建了河湖水系連通概念框架和理論體系；一些學(xué)者對水系連通性概念及內(nèi)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(xù)性和水系的連通狀況［6］。這一概念強調(diào)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(xué)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(chǔ)上，維系、重建或新建滿足一定功能目標(biāo)的水流連接通道，以維持相對穩(wěn)定的流動水體及其聯(lián)系的物質(zhì)循環(huán)的狀況。其實，“脈絡(luò)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(zhàn)略尚有一定的差異。在總結(jié)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合河湖水系連通的戰(zhàn)略目標(biāo)、構(gòu)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(xiàn)水資源可持續(xù)利用、人水和諧為目標(biāo)，以改善水生態(tài)環(huán)境狀況、提高水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力和抗御自然災(zāi)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(huán)更新能力等手段，構(gòu)建蓄泄兼籌、豐枯調(diào)劑、引排自如、多源互補、生態(tài)健康的水系連通網(wǎng)絡(luò)體系；徐宗學(xué)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(lián)系，統(tǒng)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(xù)發(fā)展與人水和諧為原則，以水安全和流域生態(tài)健康為目標(biāo)，基于水循環(huán)理論，通過工程措施以及水庫閘壩調(diào)度等手段，建立河湖庫不同水體之間水力聯(lián)系的措施和行為”。

河湖水系連通本質(zhì)上是根據(jù)河、湖特性，統(tǒng)籌考慮連通區(qū)域的經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)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(xué)有效的連通，構(gòu)建脈絡(luò)相通的水網(wǎng)體系，實現(xiàn)人水和諧可持續(xù)發(fā)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(jié)合國內(nèi)外河湖水系連通的實踐經(jīng)驗，在河湖水系連通概念和內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，依據(jù)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(guān)分類原則和分類體系，總結(jié)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(wǎng)連通、多對象復(fù)雜連通。

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

（3）按連通空間尺度，可分為國家層面水網(wǎng)連通、流域?qū)用嫠W(wǎng)連通（跨流域連通、流域內(nèi)連通）、區(qū)域?qū)用嫠W(wǎng)連通（省級層面連通、市縣層面連通、城市內(nèi)部連通）。

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

（5）按連通目的和功能，可分為水資源調(diào)配型連通、生態(tài)環(huán)境修復(fù)型連通、水旱災(zāi)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(chǎn)力不匹配問題，最終實現(xiàn)人水和諧。其功能主要表現(xiàn)［14］為：合理調(diào)配水資源，保障人類的生存與發(fā)展，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，遵從自然規(guī)律，提高河湖健康保障能力，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的良好環(huán)境，應(yīng)對氣候變化和突發(fā)事件，提高抵御重大水旱災(zāi)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(tǒng)籌調(diào)配能力。我國水資源時空分布特點決定了其與大部分地區(qū)的人口、生產(chǎn)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(lián)系隨著河湖治理、河湖灘涂圍墾等而改變，流域、區(qū)域與行業(yè)之間用水競爭加劇，部分地區(qū)水資源承載能力不足，供水安全的風(fēng)險正在逐步加大，水資源供需矛盾日益突出。

根據(jù)水資源條件和生態(tài)環(huán)境的整體特點，開展河湖水系連通工程的建設(shè)，可以增加外調(diào)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(diào)劑的目的，從而增加當(dāng)?shù)氐乃Y源可利用量，提高供水保證率，以水資源的可持續(xù)發(fā)展支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

（2）改善水生態(tài)環(huán)境狀況。在經(jīng)濟快速發(fā)展地區(qū)，工業(yè)、生活污水排放量日益增大，河湖水體污染嚴重，水生態(tài)環(huán)境狀況惡化；另外，部分地區(qū)為開發(fā)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(lián)系，水體流速減緩，天然河湖、濕地的調(diào)蓄能力降低，水體自凈能力和水環(huán)境承載力降低；水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象加劇，生態(tài)自我修復(fù)能力下降，水質(zhì)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(shè)，可以加速水體流動，加快水體置換頻率，增加水環(huán)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(huán)境的目的，從而增強水環(huán)境承載能力，保障生態(tài)安全。

（3）增強水旱災(zāi)害抗御能力。洪澇和干旱災(zāi)害一直是我國主要的自然災(zāi)害，嚴重制約著我國社會經(jīng)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(fā)生頻率不斷增加。眾多湖泊、淀洼的調(diào)蓄能力大幅下降，中小河流淤積、堵塞和萎縮現(xiàn)象嚴重，部分河道的調(diào)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(qū)調(diào)配水源，維持水資源供給，有效降低洪澇災(zāi)害風(fēng)險，保障防洪和供水安全。河湖水系連通將成為提高徑流調(diào)控與洪水蓄泄能力、增強抵御水旱災(zāi)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(chǎn)生綜合效應(yīng)，發(fā)揮多種功能，一方面可以增加調(diào)蓄容積，有效減少洪澇災(zāi)害，恢復(fù)戰(zhàn)略應(yīng)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(zhì)，提高區(qū)域生物多樣性，恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境健康。除此之外，還有利于改善內(nèi)河航道，促進內(nèi)河航運更好的發(fā)展。

河湖水系連通的提出是解決我國水資源短缺、水環(huán)境惡化、水災(zāi)害頻發(fā)等問題的一個重大舉措，是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的治水新思路。同時，河湖水系連通工程也是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，仍需繼續(xù)深入研究，不斷豐富其理論，并結(jié)合工程實踐，因地制宜、合理調(diào)度，才能更好地發(fā)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(fā)展與河湖水系連通及其功能息息相關(guān)，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(fā)利用河湖水系到后來的逐漸改造河湖水系，更好地服務(wù)于人類的社會經(jīng)濟發(fā)展，河湖水系的功能不斷改變，從傳統(tǒng)的供水、防洪、排澇、抗旱、航運、軍事等單功能的開發(fā)利用向統(tǒng)籌水資源調(diào)配、兼顧水生態(tài)環(huán)境修復(fù)等多功能綜合利用轉(zhuǎn)變。

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

（1）遠古時期。河湖水系初成，處于天然演變狀態(tài)，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(zāi)害的能力，只能擇水而棲，被動地適應(yīng)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(huán)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(fā)育、自然因素主導(dǎo)的河湖水系格局逐漸形成并不斷調(diào)整。人類逐水而興，河湖水系發(fā)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(fā)展的還有嚴重的水旱災(zāi)害，人類為了生存和發(fā)展，不斷地與洪水作斗爭，采取人工措施進行干預(yù)，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(fā)起步階段，只是一些順應(yīng)自然規(guī)律的開發(fā)治理與人工干預(yù)。

（3）近代時期。河湖水系不斷調(diào)整，自然-人工復(fù)合河湖水系格局逐步穩(wěn)定并形成。伴隨人類科技水平和生產(chǎn)能力的提高，對河湖水系格局與經(jīng)濟社會發(fā)展格局相匹配的需求也越來越高，防洪建設(shè)、河湖圍墾、水資源開發(fā)等活動頻發(fā)，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(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水力發(fā)電、航運、河流生態(tài)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(diào)水措施，用于污水稀釋、改善生態(tài)環(huán)境和維持湖水穩(wěn)定。

（4）現(xiàn)代時期。現(xiàn)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(wù)的同時，面臨的壓力不斷增加，水資源與水環(huán)境承載能力不足，河湖功能與作用發(fā)生改變。在水資源利用方面，倡導(dǎo)以人為本、人水和諧的可持續(xù)發(fā)展理念，由注重水系開發(fā)利用向注重水資源調(diào)配和生態(tài)保護發(fā)展，由注重水量向水量-水質(zhì)-水生態(tài)相結(jié)合發(fā)展，由局部向跨流域、跨區(qū)域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)管理發(fā)展［16］。河湖水系除了滿足人類的基本生活生產(chǎn)用水外，河湖水系連通工程等水利措施的建設(shè)，完善了防洪工程體系，優(yōu)化了水資源配置，同時也保護了水生態(tài)環(huán)境。人類通過實行最嚴格的水資源管理，來保障經(jīng)濟社會發(fā)展的安全、健康、可持續(xù)用水。

河湖水系參與了水的循環(huán)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(yè)用水、水力發(fā)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(huán)境、治理水污染、改善水環(huán)境等，無不體現(xiàn)著與人類經(jīng)濟社會發(fā)展的密切聯(lián)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(fā)揮其功能，為人類社會可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。