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水生态安全是一种全新的管理目标,水库水生态安全评估是针对水库水生态系统实施生态安全管理的重要基础。20世纪90年代以来,随着区域生态环境问题的凸显,国内外学者在区域生态安全评价相关领域开展了诸多研究,水环境领域的生态安全研究亦受到广泛关注。然而,由于水库生态系统的特殊性、系统性认识缺乏等限制,目前尚无水库型水体生态安全的有效评估方法。考虑到三峡水库的战略地位和生态安全保障的迫切性,以三峡水库为研究对象,开展三峡水库水生态安全评估研究具有重要意义。
本研究遵循“特征与问题分析—综合框架构建-单项方法研究-评估实践”的技术路线,以相关文献成果为借鉴,从水库形态大小、服务功能、水动力特征、水质特征4个方面分类总结水库的基本类型;从水库形态、水库物理-化学-生物环境、水库演变规律、水库时空异质性,以及水库生态系统管理等方面,系统阐述了水库水生态系统特征;从流域-水体之间相互反馈作用关系出发,识别梳理了水库水生态安全问题清单。
着眼于水库生态系统特征、问题和生态安全管理内涵,借鉴国外先进理念,研究提出了基于IROW的水库水生态安全评估技术框架。其中,构建了涵盖水库上游来水安全(I)、水库自身安全(R)、水库下泄水安全(O)、库区流域影响安全(W)4类方案要素的IROW概念框架:提出了涵盖67项初选指标的水库水生态安全评估指标体系;提出了基于时空参照状态法的水库评估标准确定方法;分析了水库水生态安全定量化评估数学模式、评估级别划分方式,明确了评估预处理和结果分析的关注要点。
以三峡水库水生态安全的I-R-O-W四类要素问题分析和优先关注问题甄别为基础,以上述技术框架为参照,研究提出了三峡水库水生态安全评估指标体系。指标体系涵盖了I—R-O-W4个目标方案、10项评估要素、14项评估指标,并逐一分析了各指标的涵义和计算方法。针对各项评估指标,逐一研究了其评估标准和评估级别划分,构建三峡水库水生态安全评估标准体系。其中,以资料调研、国内外对比为基础,重点分析了上游来水水量保证率、下泄水水量保证率的水量评估基数,单位面积污染物(CODcr、TN、TP)入库负荷标准,土壤侵蚀模数指标标准;应用时空参照状态法,重点研究了三峡水库干流子区、支流子区8项水质水生态指标的生态健康归一化标准参考值。
以上述成果为基础,开展了三峡水库水生态安全评估,包括单项指标分析、IROW单项方案分析以及综合评价。研究结果显示:①三峡水库干、支流生态健康综合指数(EHCI)分别为49.74和58.22,健康状态中等;三峡库区相对资源承载力为1273万人,目前呈较严重超载状态。②三峡水库水生态安全综合指数ESRI为3.64,总体处于基本安全水平,水库自身生态安全状况已然受到影响,库区流域人类活动对流域生态系统的胁迫和干扰较为显著,三峡上游来水安全、下泄水安全状况相对较好,满足当前设计的安全保障要求。③三峡水库水华影响指数、饮用水源地达标率的评分值低,反映了水库自身安全层面的关键问题及其影响;相对资源承载力超载率、消落带利用强度的评分值低,反映了库区流域超载、消落带无序管理对水库水生态安全的威胁。④从I-R-O-W单项方案分指数与综合指数的对比来看,三峡水库水生态安全整体上更多地受到库区流域人类活动的胁迫。研究证明了论文所提出的水库水生态安全评估技术框架的适用性,为三峡水库科学管理奠定了基础,为我国大型水库水生态安全评估提供了示范借鉴。