构建河流生态流量监测系统的思考

2018.1中国水利

构建河流生态流量监测系统的思考

2袁王鹏远3袁吴淼4

(1.中国水利水电科学研究院水电可持续发展研究中心，100038,北京;2.环境保护部环境工程评估中心，100012,北京；

3.中国长江三峡集团有限公司，100038,北京;4.河海大学水文水资源学院，210098,南京）

陈

昂

温静雅

摘要：生态流量是河流生态保护与修复的关键指标之一，是河流开发规划、建设项目环评及河流生态修复研究

\\

与实践的重要技术指标，对于保障河流生态系统健康及坝下河段水生态系统完整性具有重要意义。我国河流生 态流量实践过程中，存在监测系统不完善、监测目标不明确、监测指标科学性不足等问题，一定程度上限制了生 态水文响应关系的建立。基于国内外生态流量监测系统研究与实践的主要问题，提出了构建河流生态流量监测 系统的几点思考，重点为监测系统构建时需考虑的方法和指标，旨在提高监测系统在设计、实施和监测等环节的 有效性，实现河流生态系统可持续发展，主要建议有：明确合理监测目标，制定具体监测计划，选取适宜量化指标， 设计有效监测手段，优化监测管理措施。

关键词：生态流量;监测系统曰生态修复曰适应性管理

Establishment of river ecological flow monitoring system//Chen Ang,Wen Jingya,Wang Pengyuan,Wu Miao

Abstract： Ecological flow, as one of the key indicators for river protection and restoration, can be used for planning,

environmental impact assessment and study on river ecological restoration. It plays a significant role in safeguarding health of ecosystem and aquatic system integrity. There are several problems such as incompletion of current monitoring system, lacking of targeted river monitoring and good indicators in practice, which restrict the establishment of ecological and hydrological relation, to a certain extent. Based on researches and practices on ecological flow monitoring both home and abroad, the focus of this study concentrates on methods and indicators for the development of monitoring system. The study aims at enhancing the effectiveness of monitoring system in planning and project implementation so as to realize sustainable development of river ecosystem. Several suggestions are proposed such as defining the monitoring target in a reasonable manner, formulating specific monitoring plan, selecting suitable and quantitative indicators, designing effective monitoring methods, and optimizing monitoring tools.

Key words: ecological flow; monitoring system; ecological restoration; adaptation management 中图分类号:X171.4+TV 文献标识码：B 文章编号院1000-1123(2018)01-0007-04

一、国内外河流生态流量

响评价研究中的热点问题，生态流量 监测是实践管理过程中的难点问题。 过去30年，全球许多国家开展了生 态流量研究与实践，如

发展。

生态流量监测需要政府主管部 门、企业、科研院所和公众的共同参 与，建立生态流量长效监管机制，保 障生态流量泄放与监测，为“三条红 线”实施和水资源分配提供决策依 据。目前，生态流量监测方面的理论 成果相对较少，作为河流生态保护与 修复的关键指标，生态流量监测设计 不能脱离整个河流生态系统监测体 系，一般作为整个系统的一项监测指 标。国内外河流生态系统监测机制主

监测实践

河流筑坝较大程度影响了坝下 河段水生态系统，大坝阻隔作用对鱼 类洄游造成一定威胁，筑坝后下泄一 定的生态流量可保障下游生态用水 需求，通过模拟或下泄天然流量过 程，保护下游水生态系统维持在稳定 状态，逐渐恢复河流生态系统健康。 下泄生态流量的确定原则和保障措 施一直是水库工程建设项目环境影

收稿日期

Richter提出恢

复河流生态需要一定的流量与泄放 过程，Arthington提出通过建立关键 水文过程的生态响应关系确定生态 流量。为保障生态流量泄放，许多国 家都制订了生态流量监测管理规范 并开展长期监测，不断调整优化流量 泄放过程，确定不同流量的生态效 应，实现经济效益与生态效益的统筹

= 2017-11-21作者简介:陈昂，中国长江三峡集团公司与清华大学联合培养博士后,主要研究方向为生态水文学、环境影响评价。 基金项目：中国博士后科学基金资助项目（2016M592404)遥

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要有三种：①长效监测，通过长期开 展流域生态系统监测，分析流域生态 要素长期变化趋势，评估宏观尺度的 生态系统变化，如流域土地利用变化 的水文响应;②运行调度监测，通过 监测生态系统目标用水需求及满足 程度，分析工程运行效果，评估中观 尺度的生态系统变化，如湿地补水 量、航运水位需求是否满足；③生态 调度监测，通过监测针对具体生态目 标的生态调度过程及响应，分析生态 目标关键影响因素及影响过程，评估 微观尺度的生态系统变化，如针对 “四大家鱼”产卵繁殖的生态调度试 验。河流生态系统的宏观尺度变化涉 及多种影响因素的相互作用，如土地 利用变化、气候变化、人类活动影响 等，因此分析识别宏观尺度流量变化 的生态系统响应存在一定困难，一般 为中观或微观时空尺度、针对特定目 标的河流生态流量监测。

生态流量监测系统研究相对较 少，生态流量监测方案评估存在不 足，监测效果评估、生态效益核算存 在一定困难，除栖息地质量、栖息地 有效性等指标外，其他可操作性的评 价指标较少，多以水生生物完成关键 生活史过程的流量需求、维持河流连 通性或栖息地生产力的最小流量需 求等指标为主。我国在生态流量监测 管理方面以《关于加强水电建设环境 保护工作的通知》(环发〔2005〕13号） 为起点，在《关于印发水电水利建设 项目水环境与水生生态保护技术政 策研讨会会议纪要的函》（环办函 〔2006〕11号）中提出了生态流量监控 系统的技术措施和建议，后续又发布 了叶关于进一步加强水电建设环境保 护工作的通知》(环办〔2012〕4号)和 《关于深化落实水电开发生态环境保 护措施的通知》(环发〔2014〕65号）， 明确提出需确定蓄水期及运行期生 态流量泄放设施及保障措施;实践方 面对不同流量的生态响应监测还处 于起步阶段，仅在一些大型工程开展

水

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了探索研究，如长江三峡水利枢纽工 程开展的以刺激“四大家鱼”和中华

鲟产卵繁殖为目标的生态调度，黄河 小浪底水利枢纽工程开展的以泥沙 输送为目标的调水调沙试验，虽然案 例探索取得一定成效，但全国层面、 流域层面的生态流量管理与监测，还 存在很多亟待改进的地方。尽管有学 者提出了基于流量变化对生物影响 的评估框架，重点评估栖息地质量变 化，但对于政府主管部门的宏观管理 和企业的落实运行，需要更直观、有 效的监测评估框架。

生态流量监测实践受多方面因 素影响，如监测站点的选择、河流生 态系统模型的概化。生态流量监测目 标可以分为两个层次:一是保障生态 流量泄放的基本目标，落实生态流量 泄放措施与监测生态流量泄放过程曰 二是优化生态流量泄放过程的改进 目标，监测日常运行调度与生态调度 的生态响应，可为优化监测方案、改 进管理决策提供支撑。为保障筑坝河 流生态流量，澳大利亚墨累一达令河 流域实施了生态流量监测，涵盖了流 域内27条主要河流，但其系统设计 存在三个难点:一是关键水生生物和 生态系统功能用水需求不断增加，同 时许多地区的基础资料相对匮乏增 加了决策难度；二是统筹考虑社会、 经济和生态用水需求，未能满足全部 生态目标需求;三是很难在短期内实 现生态流量泄放的生态效益，需要开 展运行调度的长期监测，并通过生态 调度监测不断优化泄流过程，才能实 现社会、经济和生态系统协调发展。

为推进落实我国生态流量保障 措施与监测体系，亟须完善河流生态 流量监测，并对建立河流生态水文响 应关系提出了更高的数据要求，通过 梳理分析国内外相关文献和实践成 果，本文提出了关于构建河流生态流 量监测系统的几点建议，为生态流量 监测系统构建、生态流量宏观决策与 管理提供依据。

二、 明确合理监测目标

生态流量监测目标的确定是整 个监测系统运行的基础，可为确定不 同层级准则和监测计划提供依据，包 括设计监测方案，制定监测计划，选 择监测指标、方法和手段，改进监测 方案等。生态流量监测目标主要有两 类：第一类是恢复生态流量组分，由 于筑坝后的水文节律发生变化，通过 恢复受影响的关键流量组分可逐步 恢复生态流量，如通过恢复洪水过程 修复漫滩湿地，避免河岸带生态系统 退化;通过恢复涨水过程刺激鱼类产 卵，恢复鱼类生物多样性和栖息地生 产力。第二类是保护生态流量组分， 对由于取用水、引调水等造成河流流 量减小、生态退化，河流水文节律没 有受到明显影响的情况，需要通过维 持生态流量组分完整性保障河流生 态系统健康。宏观尺度的顶层设计决 定了各准则层的具体指标框架和生 态系统特征，生态流量监测目标确定 后，应以目标为指导，分别确定不同 层级准则，建立各层级评价指标及具 体含义，通过自下而上各准则层基本 指标的量化为目标提供评估依据，例 如:确定了河流一河岸带生态系统恢 复目标后，便可建立维持或恢复河岸 带湿地生态系统健康的具体指标，如 淹没时间。

监测目标的确定涉及对社会、生 态等多个系统的潜在影响，为保障监 测系统运行，目标制定时需要利益相 关方共同讨论，才能优化各层级设置 和分级指标。同时，应结合河流生态 系统概念模型描述其动态变化，建立 不同监测要素的生态系统响应关系， 科学合理确定监测目标。

三、 制定具体监测计划

生态流量监测计划是监测系统 正常运行的基础，分长期方案和短期 方案两部分。长期方案是生态流量监 测系统运行的长期目标，直接推动实

施长效监测与运行调度监测曰短期 方案一般时间较短，推动生态调度 监测实施，用于确定特定生态目标流 量需求，通过短期方案目标实现，改 善生态调度监测指标和短期方案监 测计划，优化长效监测与运行调度监 测指标。

制定监测计划时需参照河流生 态系统及监测目标需求，设计监测计 划的层次结构，同时选择不同层级的 量化指标。有效的监测计划设计一 般应充分收集河流生态系统资料信 息，建立各准则层的确定依据，选取 适宜量化指标作为准则层评估依据， 分阶段、分层次完成监测，同时充分 考虑潜在影响及其相互作用。其中，

McDonald-Madden 等设计的 SMART 丰旲型（Specific，Measurable，Attainable， Relevant,andTime-bound)改进了 监测

方案设计，提高了管理评估效果，建 立生态系统SMART模型后，可以确 定维持生态系统特定状态的流量需 求，如通过栖息地法或其他方法建立 流量组分与生态保护目标的关系。但

SMART模型实践需要确定生态响应

目标变化范围，也面临一些困难，生 态系统要素间的复杂作用影响了对 目标变化范围的预测精度，需要开展 适应性监测解决评估中的困难。

监测站点选择时，应选择资料序 列较好的站点，由于气候变化、人类活 动等影响，天然流量过程不宜作为监测 计划的恢复目标，一般将特定历史时期 的流量状态作为恢复目标，一方面历 史监测数据可为描述特定时期河流生 态系统提供依据，同时长序列的数据 也可用于分析时空变异程度。缺乏历 史数据将影响生态水文响应系统的确 定，流量恢复过程非线性特征也增加了 制定监测计划的难度，有效的监测计划 应达到流量恢复或保护的目的，不应对 河流生态系统造成进一步破坏。澳大利 亚已开展了一些无脊椎动物评估计划， 如AUSRIVAS，RivPACs，通过识别河 流生态系统临界指标阈值，用生产力

模型或贝叶斯模型预测指标变化，避 免流量增加或减小到临界值。

同时， 为提高生态水文响应关系 确定依据，应在指标响应时间内设计 影响前一后监测计划，分别监测生态 调度前后数据，避免其他因素对监测 指标造成影响，监测时间和频率等在 一定程度上由调度目标决定。在刺激 鱼类产卵繁殖的调度监测计划方面， 应在产卵期内设计足够的监测次数。King

等人为评估墨累河流量变化对

鱼类产卵和补充群体的影响，设计了 为期6个月的监测计划，每两周监测

一次，并在鱼类产卵期后4个月时间 内监测其补充群体。对于鱼类种群丰 度监测，一般有3个关键时期：①生 态调度后1~2周，鱼类种群短期内不 会受到其他影响，同时可等效地评价 湿地状况；②生态调度后6周，对比 1耀2周的区别，反映了鱼类的短期响 应;③产卵期末，对比1耀2周的区别， 反映了产卵期的响应。由于生态系统 自身的复杂性，预测特定流量的生态 响应存在一定误差，只能通过积累管 理经验改善未来预测精度，需要开展 生态流量适应性管理。

四、选取适宜量化指标

指标选取时应结合监测计划不 同准则层需求，以河流生态系统概念 模型为基础，识别关键生态影响，选

择具体可量化的指标。河流生态系统 概念模型可为监测目标确定及适宜 指标选取提供理论框架，是解释生态 系统复杂作用过程的有效手段，可用 于分析生态系统状态和过程，定量描 述生态目标对流量的响应程度，如量 化鱼类栖息地状态一压力一响应模 型(Pressure-State-Response,PSR)。分 层选择指标时需确定关键指标，如可 以选择多种指标描述维持或恢复生 物多样性、功能多样性，但在SMART 模型应用时需选择关键指标。

生态流量监测系统有效指标是 研究的难点，研究表明生态流量组分

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和鱼类生长之间存在一定关系，一般 情况下，如果监测计划的各层评价指 标不合适，不仅难以改善流量目标， 甚至会出现河流生态系统退化的情 况。但目前描述生态水文关系的有效 指标较少，适宜量化指标选取有7个 主要原则:①科学分析生态系统功能； ②选取有效历史数据；③遵从系统性 原则，选取可预测的指标;④监测过程 可具体量化，具有明确的统计属性;⑤ 可操作性和普适性，不需要过多的专 业知识;⑥目标相关性，与现有管理目 标相关，可以确定阈值;⑦具有特定社 会、经济、文化或保护价值。

五、设计有效监测手段

监测结果有效性受监测误差、数 据精度及时效性等影响，一般主要是 监测手段引起的，包括监测误差和方 法误差。监测误差是由于无法观测整 个生态系统所有变量，以部分替代总 体的方式设计监测样本，导致监测结 果存在误差，无法准确描述系统真实 状态，监测误差可通过加密监测解 决。方法误差主要是没有标准化监测 方法引起的误差，生物监测受多种因 素影响，底质、流速、水深、透明度和 流量等参数都会影响生物种群变化。 为降低方法误差的影响，应建立监测 系统标准化监测方法，通过标准化监 测方法和数据采集技术，降低监测系 统的误差。

生态调度监测设计时，需建立生 态目标与河流生态系统概念模型的 对应关系，通过分析目标层级和指标 的关系，建立生态水文响应关系。监 测河流生态系统功能变化，可提高管 理措施有效性的预测精度。目前，大 多数生态流量监测主要关注效益，如 电站发电效益损失、下游生态效益评 估等，但从促进河流生态修复的角 度，重点是以建立和改善生态水文响 应关系为目标，监测河流生态系统功 能。除了监测生态调度是否达到目 标，即是否达到了预期生态效应之

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外，监测过程还关注调度措施发生和 不同层级指标的响应机制，凝练未来 生态响应改善的有效信息。监测应重 点关注关键时期的指标，同时考虑管 理需求、监测目标及其指标的响应时 间，如水质变化的响应时间较短，而 鱼类种群变化的响应时间相对较长。 生态目标寿命长短及生活史特征是 生物群落监测时应考虑的重要因素， 寿命短、补充群体大的物种一般生态 响应较快，相比于寿命长的物种更适 合短期监测。Robinson等人指出，大 型底栖生物多样性组成对常规洪水 过程的响应可能会延续几年，随着物 种组成变化栖息地不断调整，生物多 样性上升。考虑适当的响应时间，如 果对目标了解较少，确定合理监测时 间将会比较困难。

六、优化监测管理措施

生态流量监测系统的核心是生态 流量的适应性管理(ment,AMAdaptiveManage-

)，根据收集管理确定的生态

目标信息，监测生态系统对生态调度 等干预措施的响应，结合管理需求设 计信息反馈渠道与适应性管理措施， 可在一定程度上保障生态响应准确 性、提升措施有效性。墨累一达令河 流域的适应性管理成效显著，决策者 通过合作实施、监测和评估生态流 量，比较有效地干预监测案例包括防 止生物膜积累的泄流试验、刺激鱼类 产卵的脉冲试验和维持水鸟繁殖的 补水试验。

适应性管理可用于政府主管部 门决策，为促进不同部门协调管理、 责任划分、提高信息透明度和决策效 率提供技术支撑。通过适应性管理可 加强对河流生态系统动态响应机制 的理解，可提高预测精度，整个监测 系统管理过程允许重新评估管理效 果并改进，为适应可能出现的影响 (如一场洪水事件)提出改进措施，当 突发事件发生时，也可以通过动态监 测识别生态系统响应，适当调整流量

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实现预期目标。

七、结论

在河流生态系统已出现明显退 化的情况下，通过建立生态流量监 测系统保护和修复河流生态系统健 康是相对有效的手段，生态流量适 应性管理和有效性评估是未来研究 与实践的重点，由于不断改进优化 的监测目标与需求，需要不断细化 生态流量监测体系，基于文献综述 与生态流量监测实践总结，本文提出 了建立生态流量监测计划的必要性 及建议，结合河流生态系统概念模型 制定生态流量监测计划与具体设计 原则，有利于识别不同量级流量变化 的生态系统响应，完善生态流量监测 系统。

未来，应在建立自动测报和远程 传输系统的基础上，建立一套标准的 生态流量数据标准，保证所有监测计 划都可用同一种数据格式，包括总体 监测目标、生态用水类型和特征、目 标系统自然状况和监测变量等内容。 生态流量数据应由一个独立机构统 一管理，如借鉴墨累一达令河流域管 理经验建立流域综合管理机构，并提 供一定的数据服务。同时，以生态流 量监测结果及河流生态系统保护目 标的用水需求为决策依据，调整优化 工程生态流量泄放过程，并将泄放过 程纳入电网调度与水资源配置的统 筹考虑中，结合绿色水电认证等措施 优化监测系统运行成本。 ■

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引社会资本参与合作PPP项目，并使 合作能够持续发展的重要前提。绩效 考核指标的设置应注意以下问题： ①技术上的可行性。如果以现有技术 或未来可预见的技术进行水环境治 理，达不到指标的要求，则设置的指 标毫无意义。②经济上的合理性。当 技术上可行之后，就要考虑项目的投 入产出情况，经济上是否在政府财力 可承受的范围之内，同时又能让社会 资本明确看到潜在的收益。③公益性 和营利性目标的兼顾。绩效考核指标 的设定既应考虑政府的公益性目标， 也应关注社会资本的营利性目标，寻 求两者有效结合的平衡点。④水体的 理化指标与人的感官感受的一致性。 设置指标应考虑人的视觉、嗅觉等直 观体验。比如对黑臭水体的治理，其 最基本的指标应达到视觉上看不到 黑色、嗅觉上闻不到臭味。否则，不管 污染物的理化指标有多么明显的改 善，公众也不认为治理是成功的。

3.健全利益回报机制

对于水环境治理PPP项目中的 经营性项目，可采用使用者付费的模 式，通过制定合理的收费标准来建立 健全利益回报机制，吸引社会资本积 极参与。对于准经营性项目，政府应 给予补助，使社会资本能够获得合理 的利润。对于非经营性项目，只能采 取政府购买服务的方式，使社会资本 的投资获得适当的回报。同时，为提 高水环境综合治理效果，可以采用

“打包”的方式治理水环境，即把营 利性项目、准经营性项目、非营利性 项目整体打包成一个ppp项目进行 治理。如将水环境治理与周边土地 的开发一起打包招标。只有水环境 治理好了，周边土地才具有更高的 开发价值，社会资本自然会努力做 好治理工作。另外，这种整体打包的 模式还可有效降低政府的风险，发 挥社会资本的优势，提高项目的整 体效率。

4. 规范合同文本

为保证水环境治理PPP项目顺 利进行，在政府和社会资本之间建立 良好的合作规则，有必要规范水环境 治理PPP项目合同文本。水环境治理

的技术是否可行，参与合作的企业也 不知给项目定多少安全系数的情 况一

定多了，成本上升;定少了，怕

治理不达标。因此，成立技术专家组 作为第三方，为合作双方提供技术咨 询、技术指标设置等方面的专业化服 务具有重要的现实意义。

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PPP合同文本框架应包含项目基本情

况、双方的权利和义务及投资项目的

权属、投资金额、绩效目标与考核等 方面的内容。应重点阐述治理的操作 思路，具体涉及哪些内容，对于重点 核心内容应说明适合的情形及应注 意的问题等等。通过建立规范的合同 文本，指导和规范双方的合作，促进 水环境治理效果的提升。

5. 成立技术专家组

鉴于水环境治理的复杂性，有些 技术指标不仅政府部门有关人员难 以清楚认识，专业治理公司相关人员 也会遇到一定的困难。如生活污水， 其治理标准非常明确，但明确其技术 指标存在较大难度。在此情况下，可 能造成政府不知如何判断企业采用

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责任编辑张瑜洪

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