印度栋格珀德拉河的环境流量需求

［印度］ B.K.H.库马拉 等

1 概述

世界河流的流量越来越大程度受如下因素影响:堰坝的截流、取水(用于农业和城市供水)、排水回流、航行中维护用水、抵御洪水的建造物。这些人为干预已在极大程度上改变了河流的径流状态，主要是径流量减少和影响流域的多样性和季节性。另一方面，量化和合理配置水资源的方法已相对成熟。

生态系统功能的衰退会导致社会上和经济上都付出代价，受影响的人们大部分来自贫困地区。认知生态系统服务功能的价值并做相应的投资，将能有效保护居民的日常生活，确保人们将来得到收益，挽救巨大损失，有助于实现可持续发展目标，否则可能会严重危害这些功能的效果。

“环境流量”是指为保护生态系统结构、功能和依赖于其的种群所需要的水量。这些流量需求由长期可供水量和其动态变化综合决定，并建立在环境、社会和经济评估的基础之上。环境流量描述了能保持淡水和港湾生态系统功能以及依赖于这种生态系统功能的周围居民日常生活的水流的水量、水质和流速。

研究的主要目的是对栋格珀德拉河现有流量状态和环境条件作出评估，并评价其环境流量是否得到保障，同时还讨论了保障环境流量的潜在益处或者结果。研究还旨在解析环境流量的变化对鱼类群落的影响水平。

2 研究区域

栋格珀德拉河是克里希纳(Krishna)河的最大支流，在与干流交汇处年径流量为147亿m3。此河跨越国际边境，从发源地卡纳塔克邦流经531km到入河口。栋格珀德拉河流域(TBSB)面积超过48827km2，主要是在其临边的卡纳塔克邦(38790km2)和安得拉邦(9037km2)(以上数据来源于卡纳塔克邦水资源部)。栋格珀德拉河汇入克里希纳河，克里希纳河最终流向孟加拉湾。

3 材料与方法

监测环境流量的影响可基于物理变量(流量、水力学、地貌学)、化学变量(水质)、生物变量(动植物群落)、生态变量(生态系统过程的测量结果)或这些变量的组合。但由于测量所有的变量不太可行，所以有必要识别并选出最敏感的变量。

许多早期关于环境流量评估的应用都集中于单一物种，其结果就是环境流量被设定为保持这种生物在临界水平下的栖息。然而，不考虑其他生态系统组分而调控流量可能导致不能获得生态系统的过程和生物群落的交互作用，而这种作用对产生和维持目标生物的栖息是非常关键的。近期在环境流量评估方面的进步反映了这一认知，环境流量评估方法也逐渐采纳了这种整体的研究方法。

学者金和布朗(2010年)在对非洲和东南亚的个例研究中跟踪了这一发展，绝大部分基础研究已经完成。他们描述了“综合流域流量评估”，这可以在很大程度上描述河流未来的发展和潜在变化趋势。在描述的个例中，研究者用在发展中国家的综合流域提出的10条原则来指导如何将环境流量评估和综合的流域管理整合起来。

波夫等人描述了一种新的模型，即“ELOHA”模型，模型中阐述了这一设想，他们留意到流量－生态之间的关系和模型未必仅仅适用于单一河流，也有望应用于特种水文类型的河流，如有自然独特的河流流态的枯河或雪融河。

由于时间和数据有限，该研究用两种评估方法，即生物物理评估与社会经济评估法评估了研究区域的环境流量。

3.1 生物物理评估

研究分析了栋格珀德拉河大坝30 a来的入流和出流，并与法国渔业法限定的方法和坦南特环境流量评估方法做了比较，获得了河流一段时期内物理状态的细节。利用水文变化指标(IHA)和全球环境流量计算(GEFC)软件评估了栋格珀德拉河的环境流量状态。

1984年法国淡水渔法规定，通过河流断面的流量应为河流所经支流平均流量的1/40与新支流均流量的1/10两者中的最小值。

坦南特方法是该研究利用的另一种方法。它通过对美国中西部州的数百条河流进行数据计算来确定维持一个河流健康环境的最小流量，由此该方法得到发展。将占年平均流量(MAF)的百分比进行分类，以标示为鱼类提供不同质量的生境，如10%是贫瘠的生境，30%是适中的生境，60%是绝佳的生境。

研究中，利用IHA软件来评估栋格珀德拉河的环境流量需求，此软件可以计算每年最大洪峰流量和最小流量以及持续时间，并能预测未来一段时间内上述参数的平均值和其变化情况。因为存在诸如建设大坝或与水陆利用相关的渐变这些影响，利用比较分析法来量化描述这些模型应用于栋格珀德拉河时如何变化。

研究还利用了另一个程序软件，即GEFC来评估栋格珀德拉河的环境流量状态，GEFC是可以快速评估环境流量的软件。GEFC中的环境流量评估技术利用的是步长为月的天然或不规律的流量状态及其响应的流量持续曲线(FDC)，即流量累计分布函数。环境流量研究的目的是维持生态系统平衡，或者使其升级为某种规定的或协商的条件，即环境管理级别(EMC)。环境管理级别越高，维持生态系统所需要的水量就越多，需要保存的流量多样性就越多。GEFC软件中用了6种EMC级别，范围从“未做调整”到“严重调整”不等。每一种EMC级别都由其独一无二的FDC表示。

3.2 社会经济评估

流域沿岸分布着渔民群落和鱼类的主要交易市场。这些群落的家庭数量在4～100之间。小规模的渔民群落更容易受影响，被迫沿着流域迁徙。研究收集了第一手和第二手来源的数据，第一手数据来源于关键的被调查者，即直接关联人(渔民家庭和被渔民雇佣的劳动力)或间接关联人(中介贸易者)。第二手数据的来源包括渔业部、卡纳塔克邦渔业发展公司和渔业合作协会。

研究于2008年1～6月在栋格珀德拉河流域开展，数据来源于对周边106个渔民的调查，这些渔民是按照两个标准，即水源和社会经济状况从渔民样本中随机挑选的，还对其中30个人进行了采访和集中讨论。由于时间和资源有限，进行大规模的取样调查是不现实的。此次调查本质上更加宽泛，以期收集栋格珀德拉河流域渔民对于渔业更广泛的想法。样本的代表性得到保证，被调查者来源于不同的鱼类来源——水库:多数和少数;水箱:多数和少数;私人池塘;由政府部门租出去的河流流域。男性和女性均在被采访之列。

4 结果与讨论

城市人口和乡村人口都在增长，这给自然资源增加了更多的压力。早至20世纪60年代，为了方便取水灌溉，在栋格珀德拉河下游的左右两岸设了12个堰，栋格珀德拉河的天然流量状态被彻底改变。早期种植半干旱作物的农业类型现在已变成在整个流域中都种植耗水量较多作物的农业类型。农业现在是栋格珀德拉河流域的主要产业，在该研究区域中，农业耗水量急剧增加，地下水开采量也急剧增加。在整个流域中，地表水和地下水都能满足不同地区居民的饮用水需求，不同城镇每人每天用水量(LPCD)从70～135 L不等。当地城区污水直接进入水系或者农田，沿河周围流域村庄的主要饮用水来源于地下水，地下水由小型供水系统提供。

历史流量数据分析结果显示，近年来河流流量急剧下降，导致农业以及栋格珀德拉河下游的用水者处于危急状态。栋格珀德拉河的年平均流量状态显示出该河1 a内的流量变化不成比例。但是，河流流量在所有季节都随着时间的流逝而下降。研究结果清楚表明河流流量在近年来不断变化，年平均流量也在减少，其数值从1978年的1853 m3/s降到了2004年的42 m3/s。

栋格珀德拉河在1978～1979年和1980～1981年间的环境流量比较适中，是1981～1986年平均流量的1/10。1976～1977年环境流量较小，1978～1979年和1980～1985年比较适中。1985～1986年平均流量较小。1986～1991年环境流量较小，1991～1994年和1997～2001年比较适中。2001～2005年平均流量较小。未能满足栋格珀德拉河下游的最小环境流量要求。

栋格珀德拉河在9～10月和12月的环境流量适中，而在5～7月和11月较小，不能满足下游所需的最小流量需求。1～4月，栋格珀德拉河由于有下游(安德拉邦)保证，河流状态绝佳。有趣的是，在非季风期间，尽管入流为零，而出流却非常高(与下游用水户的承诺有关)。早至20世纪70年代时，栋格珀德拉河的天然流量状态被彻底改变，水库的利用率很高，从早期种植半干旱作物的农业类型转为种植耗水量较多作物的农业类型。栋格珀德拉河的环境流量需求用3种不同的水文方法来评估。基于坦南特方法，低流量季节的环境流量需求为9～65 m3/s，这样才能保持较为适中的流量，从而维持较好的状态。

研究中，栋格珀德拉河上游和下游的流量持续曲线清晰显示出，河流的自然流量状态有很大程度的波动，由于流量下降，自然流量状态在下游急剧改变。相对于下游段来说，上游的河水流量更为平缓，上游和下游的流量持续曲线随时间变化很大，下游的基流指数也有所减少。在很多年份河流没有基流，这说明河流中流量为零。

已知数据证明，栋格珀德拉河下游已被零流量严重改变，其下游的环境流量已改变了其自然流量，通过对栋格珀德拉河上游和下游的环境流量状态进行比较，发现上游和下游的环境流量状态由于珀德拉(Bhadra)水库工程和栋格(Tunga)大坝的零流量已被严重改变。

4.1 河流流域的生态系统服务

水生生态系统，比如河流，给人类提供各种各样的好处，包括“商品”，如纯净饮用水、鱼类、纤维等，还包括“服务”，如水的提纯、防洪减灾、娱乐机会等。健康的河流及其相应的生态系统对人类存在固有的价值，这种价值可体现在文化特别是在本土文化意义方面。对鱼或者其他水生生物的影响是水质好坏的重要指示之一，鱼类死亡是水体污染，特别是工业污染引起的一类严重问题，工业污染一般发生在夏季，因为夏季水体流量减少和稀释作用变小。在栋格珀德拉河流域，1 a平均发生3～4起死鱼事件。1984年，栋格珀德拉河下游发生了大规模的死鱼事件，卡纳塔克邦污染控制委员会(KSPCB)指出，工业污染物的随意排放是引起鱼类死亡的首要原因，并禁止相关工厂排放污染物。由于矿业开采活动，河流泥沙承载量增加，流量减少。

由于难以识别和量化，生态系统服务的固有价值经常被忽略。直到现在，在卡纳塔克邦记录的属于9个目27个科84个属的201种淡水鱼中，有40种鱼处于濒危状态，需要采取紧急措施来保证这些鱼类的存活。卡纳塔克邦内陆水体中记录的淡水鱼种系统以贾亚拉姆(Jayaram)1999年所作的研究为基础，其中有84种鱼(分属8个目14个科)属栋格珀德拉河的特有鱼种。卡纳塔克邦的淡水鱼产量大约为12万t/a，而预计潜在产量为26万t/a。为了增加内陆鱼类产量以满足日益增长的需求，卡纳塔克邦渔业部已加大了对生长快的印度鱼种和外来鱼种的养殖量，印度鱼种有卡特拉魮鲤鱼(Catla catla)、南亚野鲮鱼(Labeo rohita)和麦瑞加拉鲮鱼(Labeo rohita)，外来鱼种有鲤鱼(Cyprinus carpio)、白鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和草鲤鱼(Ctenopharyngodon idella)。这些引进的鱼种都能很好适应不同的淡水水体。外来鱼种的引入在一定程度上引起了本地鱼群量的减少，包括野鲮属(Labeo)、鲮属(Cirrhinus)、刺鲃属(Puntius)、鲶鱼(Catfish)和鳢(Murrels)。私人企业家养殖的非洲鲶鱼会威胁到整个本地鱼群的生存，特别是当早期没采取正确措施时(来自渔民经验)。养鱼业除了提供工作岗位、收入来源和生活保障外，还为农村的发展提供了良好的前景，以及廉价的富含蛋白质食物。

生态系统为人类提供一系列服务，环境流量所提供的服务，要么是流量本身(带来大量沉积物和控制盐度)直接提供的，要么就是生态系统功能间接提供的。自然水流状态改变对河流生态系统和其中的物种有着非常广泛的渗透和损伤效应，生态效应也与水流改变有关。许多物种都高度依赖于横向和纵向的水力连通性，这种水力连通性很容易被水流改变所打破，河流系统中外来和引入物种的入侵也能因水流改变而加快。由生态系统功能产生的生态系统服务范围取决于当地文化、社会经济和技术背景。因此，生态服务并不完全由生态系统功能的情况决定，也由从中得到益处的人类的独创性决定。

4.2 零流量带来的社会经济影响

相对以前来说，渔民现在对渔业的依赖水平有所降低，因为大多数渔民都觉得捕鱼并不划算。渔民认为脆弱的生态系统提高了捕鱼的投资成本和他们对中间人的依赖性。由于从捕鱼中获得的收入较少且不确定，从事其他各种各样职业的现象变得十分普遍。渔民职业多样化的原因如下:捕鱼量少、歉收季节和淡季。

在现场研究中，许多渔民表达了对农田中日益增长的化肥用量的关心，河流中一些河段已经被污染，影响了大约75个村庄。47%的人认为水体污染影响了他们的收入和导致了鱼类死亡，而26%的人声称存在有健康问题，9%的人认为水体污染导致他们收入减少、鱼类死亡，对人类健康不利。44%的渔民认为治理河流是政府的责任，而20%的渔民认为是污染者的责任。

由于存在各种各样的限制因素，尽管有改善的空间，栋格珀德拉河流域的鱼产量在一段时期内还是有所减少。虽然栋格珀德拉河有最大的流域面积，但其当地和周边的市场还是得从邻邦进口鱼。原因包括:市场出售的小鱼质量不好;政府监管不力导致非法捕鱼现象增加;政府许可的鱼苗产量远远低于实际需求且缺乏基础设施的支持;淡季河流零流量;工业污染和缺乏责任感的爆破作业等。由于各方面的阻挠和干预，人们的抱怨通常不能引起注意，不了了之，或者没能转化成实际行动。

5 结论

在研究区域附近河流中发现了水流状态改变所产生的瞬时影响，在此地观察到农民使用的无机肥量增加，因此他们的土地变得富营养化。河流沿岸的地下水位有所下降，河水水质渐渐恶化，这预示着多样性因素的减少。农业及工业的用水需求给沿河流域水资源增加了压力。由于流量减少，流域发生了一系列带有负面后果的事件。在沿河的许多地方，森林覆盖率明显减低。研究区域内的淡季，在河床上进行农业活动十分普遍。研究还清楚表明河流流量逐年波动，在季风时期，流量保持适中状态。大坝的利用率高，值得一提的是，在非季风时期，水库的入流为零，而出流却非常高。

栋格珀德拉河大坝周边的村落受到负面影响，表现为当水库大量放水时，下游一些地区洪水泛滥。大坝放水所引起的雨季洪水，每年都破坏庄稼，淹没周围村庄，尽管流域上游的洪水比下游的洪水情况好得多。

周围的居民受干旱季节水位不规律的波动所影响，其特征为水位超高或超低或急剧变化，高达2 m的巨浪曾引起了河堤的严重侵蚀。干旱季节花园被洪水冲垮，还有许多干旱季节的活动如捕鱼受到严重干扰。栋格珀德拉河的水质已严重恶化，然而，周围的居民认为水质问题源于可能已被有害物质污染的栋格珀德拉河大坝。河水已变得混浊且发臭。河水不规律的起伏波动已严重影响了周围的那些生命过程依赖于栋格珀德拉河的天然节律的植被、鸟类、爬行动物和许多水生生物。

河水水文状况和水质的变化严重影响到本土鱼种、鱼类生境和河边的渔业。由于捕鱼量锐减，高度依赖于捕鱼以获得食物和经济收入的村民受到了严重影响，所有的鱼种都受到了影响，显然，大鱼受影响更为严重，鱼病发生率也有所提高。

水生生物已形成一定的历史演变规律，如它们的繁殖时间与水体天然流动状态直接响应，水流的改变会使水生生物的生殖失调。河流流域的特有现象非常多，不管是陆地生态系统的物种、两栖类还是水生生态系统的物种。农业与工业的用水需求给沿河流域水资源增加了压力。由于流量减少，流域发生了一系列带有负面后果的事件。虽然想让一条河流处于原始状态是不可能的，但是有必要通过有规律地调配河流下游的最小需水量，使河流保持一个相对原始的状态。