1 绪论

1.1 河湖连通工程由来及功能演变

1.1.1 河湖水系自然演变与格局

地表水与地下水分水线所包围的集水区或汇水区称为流域，流域内所有河流、湖泊等各种水体，组成脉络相通的水网系统，称为水系。自然状态下的河湖水系由水流自由发展而成，是经过自然演变后形成的具有自然性和完整性的网络系统。河、湖、沼泽、湿地、地下水、地表水、环境是水系网络的节点，长期自然的推进过程形成了各个节点之间的连通关系。俗话说“水往低处流”，水系的流向、形态、流域面积、河网密度等特征与地形、气候关系密切。流域的河流形态、水系结构、调蓄能力以及景观特征等受水系分叉、河网密度、河流分级等自然因素影响，有明显的地域特点［1］。

河湖水系是地表水资源的主要存储空间，是水循环形成的载体，是流域生态环境的重要组成部分，更是人类经济社会发展的支撑［2］。河湖水系的生态系统不仅是自然物种繁衍、多样性演进最为适宜的环境，更是人类社会文明发展和进步最为活跃的地方，人类依河而生存，逐水而兴旺。在社会的发展进程中，人类的生产活动也不断影响着河湖水系的连通格局，社会经济的快速发展和用水需求的不断增加，使得自然形成的河湖水系已经演变成自然-人工复合水系，环境特征多样，生态结构复杂，除包括河流、湖泊、湿地等自然水体外，还包括人工修建的闸坝、堤防等水工程形成的水库、渠系、蓄滞洪区以及人工河道、人工湖泊等人工水体。

我国幅员辽阔，江河湖泊纵横分布，流域面积在100km²以上的河流有2万多条，水域面积在1km²以上的湖泊有3000多个，大大小小的河流湖泊构成了我国复杂的河网水系。河流大多顺地势自西向东流入海洋，绝大多数河流分布在外流河流域，主要水系包括长江、黄河、淮河、海河、珠江、松花江和辽河；内陆河水系大都发育在封闭的盆地内，大致可分为新疆、甘肃、内蒙古、青海、藏北五个内陆河地区。湖泊分布主要取决于湖水的补给条件，按地理位置划分，主要分为东部湖区、东北湖区、蒙新湖区、青藏高原湖区、云贵湖区五大湖区，长江中下游平原和青藏高原是湖泊分布最为集中的区域。按湖水的含盐度划分，可分为淡水湖和咸水湖，其中淡水湖面积占全国湖泊总面积的45%，主要分布在外流河流域附近，咸水湖则主要分布在内流河流域。

从生产生活方式、水土资源开发方式、人水关系以及连通状况等角度，李原园等［3］将我国河湖水系格局的演变进程划分为四个时期，见表1.1。

（1）河湖水系的形成和发展初期。由于远古时期剧烈的地质结构运动，我国形成了西高东低的三级阶梯地势，阶地隆起为水流提供了巨大的势能，使得一些互不连通、相互独立的内陆水系汇集成河，逐步演变为从源头到入海口、自西向东的总体流势。此时河湖水系受自然因素影响完全处于天然演变状态，具有自然缓慢、突变剧烈的特点。

（2）水系的发育和格局调整时期。古代是我国主要江河湖泊不断发育、自然因素主导的水系格局不断调整的时期，在自然营力的持续作用下，我国主要河湖水系的连通格局基本形成，该时期的水系演变仍以自然演变为主，但逐渐出现一些顺应自然规律的开发利用与人工干预。

（3）自然-人工复合水系格局的稳定时期。在近代，随着人类科技水平和生产能力的提高，河湖水系格局不断与经济社会发展格局相匹配，人类活动通过改变河流边界条件、水沙条件，对河湖水系频繁实施防洪建设、河湖围垦、水资源开发利用等活动，更加深入地影响河湖水系的演变，呈现出自然演变缓慢、人工干预增强的趋势。河湖水系逐渐从连片、支叶形转变成线带状、网格型的形态，水面面积缩小，河湖水系的水动力减弱，河流淤积加重，自然-人工复合水系结构复杂。

（4）水系连通方式不断丰富、格局逐步完善的时期。该时期河湖水系格局直接受人类活动影响，人类在利用河湖水系时，给水资源带来巨大的压力负荷，导致部分河湖严重萎缩，连通性减弱，水旱灾害频发。现代人们开始注重人水和谐，坚持可持续发展治水理念，在多个方面对河湖水系连通产生影响，河湖水系连通工程多以防洪抗旱、航运、水资源配置和水生态环境保护与修复等功能为目的。

经过漫长的自然演变和持续的江河开发治理，目前我国已形成以七大江河等自然水系为主体、人工水系为辅的河湖水系及其连通格局，河势基本得到控制，河湖功能得以发挥。

人类社会的发展与河湖水系及其演变密切相关。河湖水系及其连通状况不仅决定了水资源格局和水资源承载能力与环境容量的大小，而且对生态环境和水旱灾害风险产生重要影响。

1.1.2 河湖连通工程类型与功能

1.1.2.1 河湖水系连通的概念

水是生命之源，是一切生物赖以生存和社会经济赖以发展的物质基础。然而，水资源的时空分布不均，一些地区水资源承载能力不足，区域经济发展受限，加上人类用水方式的多样化，各种水问题相继出现。为了改善和解决这些水问题，人类采取一系列调配统筹水资源的行为或活动，其中包括河湖水系连通工程的建设［4］。河湖水系的相互连通关系是流域内各种水体的形态分布与连接状态的综合描述，人们逐渐意识到河湖水系连通的重要性。2009年，水利部部长陈雷首次提出河湖水系连通这一重大战略举措［5］，旨在提高水资源统筹调配能力、改善生态环境质量状况和增强抵御水旱灾害能力。

近年来，关于河湖水系连通的研究不断增多和深化，国内部分学者做了一些探索性的研究，讨论了河湖水系连通概念及内涵，初步构建了河湖水系连通概念框架和理论体系；一些学者对水系连通性概念及内涵在一定程度上进行了界定，探讨了水系连通性的重要意义及评价方法。

2005年，长江水利委员会编写的《维护健康长江，促进人水和谐》研究报告中，首次提出了水系连通性概念，并将水系连通性定义为：河道干支流、湖泊及其他湿地等水系的连通情况，反映水流的连续性和水系的连通状况［6］。这一概念强调了河流、湖泊在水系连通性中的重要作用。张欧阳等［7］进一步研究讨论指出，水系连通性包含两个基本要素：一要有能满足一定需求的保持流动的水流；二要有水流的连接通道；夏军等［8］从科学范畴定义水系连通性为：在自然和人工形成的江河湖库水系基础上，维系、重建或新建满足一定功能目标的水流连接通道，以维持相对稳定的流动水体及其联系的物质循环的状况。其实，“脉络相通”便是水系的连通性，这一定义客观地解释了河湖水系连通，但与目前水利部为解决日益严重的水问题而提出的河湖水系连通战略尚有一定的差异。在总结相关研究的基础上，结合河湖水系连通的战略目标、构成要素，窦明等［9］、李宗礼等［10］给出了河湖水系连通概念的进一步解析，即以实现水资源可持续利用、人水和谐为目标，以改善水生态环境状况、提高水资源统筹调配能力和抗御自然灾害能力为重点，借助水库、闸坝、泵站、渠道等各种人工措施和自然水循环更新能力等手段，构建蓄泄兼筹、丰枯调剂、引排自如、多源互补、生态健康的水系连通网络体系；徐宗学等［11］提出将通过自然营力或工程措施建立河湖水系之间的水力联系，统称为水系连通，目前所提到的河湖水系连通往往指后者，定义为“以可持续发展与人水和谐为原则，以水安全和流域生态健康为目标，基于水循环理论，通过工程措施以及水库闸坝调度等手段，建立河湖库不同水体之间水力联系的措施和行为”。

河湖水系连通本质上是根据河、湖特性，统筹考虑连通区域的经济社会、生态环境等各方面的水情、工况和需求，通过自然与人工手段进行科学有效的连通，构建脉络相通的水网体系，实现人水和谐可持续发展［12］。

1.1.2.2 河湖水系连通的类型

河湖水系连通实践古已有之，结合国内外河湖水系连通的实践经验，在河湖水系连通概念和内涵的基础上，依据河湖水系连通的主要影响因素，参照李宗礼等［13］、窦明等［9］、夏军等［8］提出的有关分类原则和分类体系，总结河湖水系连通的主要类型有以下几种：

（1）按连通对象，可分为河河连通、河湖连通、河湖与湿地连通、河湖与城市水网连通、多对象复杂连通。

（2）按连通区域和水系特点，可分为缺水区（北方平原区、北方丘陵区、西北干旱区）连通、丰水区（南方丘陵区、西南高原区、松嫩平原区）连通、河网区（长江中游河网区、下游河网区）连通。

（3）按连通空间尺度，可分为国家层面水网连通、流域层面水网连通（跨流域连通、流域内连通）、区域层面水网连通（省级层面连通、市县层面连通、城市内部连通）。

（4）按连通时间尺度，可分为长期连通（又称常态连通）、短期连通（又称非常态连通，如季节性连通、年度性连通、应急性连通）。

（5）按连通目的和功能，可分为水资源调配型连通、生态环境修复型连通、水旱灾害防御型连通、综合效益型连通。

1.1.2.3 河湖水系连通的功能

河湖水系连通的目的是解决我国水资源条件与生产力不匹配问题，最终实现人水和谐。其功能主要表现［14］为：合理调配水资源，保障人类的生存与发展，实现水资源可持续利用，遵从自然规律，提高河湖健康保障能力，保障经济社会可持续发展的良好环境，应对气候变化和突发事件，提高抵御重大水旱灾害能力。细化河湖水系连通功能，形成具体的功能体系［15］，如图1.1所示。

图1.1 河湖水系连通的功能体系

（1）提高水资源统筹调配能力。我国水资源时空分布特点决定了其与大部分地区的人口、生产力布局以及土地等其他资源不相匹配。河流上下游、干支流的水力联系随着河湖治理、河湖滩涂围垦等而改变，流域、区域与行业之间用水竞争加剧，部分地区水资源承载能力不足，供水安全的风险正在逐步加大，水资源供需矛盾日益突出。

根据水资源条件和生态环境的整体特点，开展河湖水系连通工程的建设，可以增加外调水量，同时可以将已建的水利工程连通起来，达到丰枯相互调剂的目的，从而增加当地的水资源可利用量，提高供水保证率，以水资源的可持续发展支撑经济社会的可持续发展。

（2）改善水生态环境状况。在经济快速发展地区，工业、生活污水排放量日益增大，河湖水体污染严重，水生态环境状况恶化；另外，部分地区为开发利用水资源，修建大量闸坝，改变或阻隔了河湖水系原有的水力联系，水体流速减缓，天然河湖、湿地的调蓄能力降低，水体自净能力和水环境承载力降低；水体富营养化现象加剧，生态自我修复能力下降，水质型缺水严重。

在严格控制污染物排放的前提下，通过河湖水系连通工程的建设，可以加速水体流动，加快水体置换频率，增加水环境容量，达到稀释水体、降低污染物浓度、提高水体自净能力、改善水环境的目的，从而增强水环境承载能力，保障生态安全。

（3）增强水旱灾害抗御能力。洪涝和干旱灾害一直是我国主要的自然灾害，严重制约着我国社会经济的正常运行，加之气候变化和人类活动的影响，极端事件发生频率不断增加。众多湖泊、淀洼的调蓄能力大幅下降，中小河流淤积、堵塞和萎缩现象严重，部分河道的调蓄、输水、排水等功能受到严重影响。

河湖水系连通不仅为洪水提供畅通出路，维护洪水蓄滞空间，而且能够为干旱地区调配水源，维持水资源供给，有效降低洪涝灾害风险，保障防洪和供水安全。河湖水系连通将成为提高径流调控与洪水蓄泄能力、增强抵御水旱灾害能力的有效途径。

总体而言，河湖水系连通工程的实施，可以将不同水系连通起来产生综合效应，发挥多种功能，一方面可以增加调蓄容积，有效减少洪涝灾害，恢复战略应急水源，提高供水保障；另一方面可以促进流域污染治理，改善河湖水质，提高区域生物多样性，恢复水生态环境健康。除此之外，还有利于改善内河航道，促进内河航运更好的发展。

河湖水系连通的提出是解决我国水资源短缺、水环境恶化、水灾害频发等问题的一个重大举措，是实现水资源可持续利用的治水新思路。同时，河湖水系连通工程也是一项复杂的系统工程，仍需继续深入研究，不断丰富其理论，并结合工程实践，因地制宜、合理调度，才能更好地发挥其功能，有效解决水资源问题。

1.1.3 河湖水系功能演变

河湖水系格局的自然演变伴随着河湖水系功能的演变，影响河湖水系及其连通状况演变的主要因素有自然因素和人为因素两方面，其中人类社会的生存发展与河湖水系连通及其功能息息相关，相互影响、相辅相成。人类从逐水而居到逐水而兴，由开始的开发利用河湖水系到后来的逐渐改造河湖水系，更好地服务于人类的社会经济发展，河湖水系的功能不断改变，从传统的供水、防洪、排涝、抗旱、航运、军事等单功能的开发利用向统筹水资源调配、兼顾水生态环境修复等多功能综合利用转变。

我国是世界上河流水系最为发达和人为开发最早的国家之一，中华民族文明发展的每一个阶段都与河流水资源的开发密切相关。

（1）远古时期。河湖水系初成，处于天然演变状态，完全受自然因素影响控制，人类生活主要以渔猎采摘为生，基本没有抵御自然灾害的能力，只能择水而栖，被动地适应和屈从自然。这个时期的河湖水系功能单一，主要为人类提供生存的环境和水资源，满足人类基本生存用水需求。

（2）古代时期。主要江河湖泊不断发育、自然因素主导的河湖水系格局逐渐形成并不断调整。人类逐水而兴，河湖水系发挥了重要作用，其功能除了供水外，还有灌溉、航运、军事等。伴随水系发展的还有严重的水旱灾害，人类为了生存和发展，不断地与洪水作斗争，采取人工措施进行干预，河湖水系起到了防洪、排涝的作用。此时河湖水系的利用还处于开发起步阶段，只是一些顺应自然规律的开发治理与人工干预。

（3）近代时期。河湖水系不断调整，自然-人工复合河湖水系格局逐步稳定并形成。伴随人类科技水平和生产能力的提高，对河湖水系格局与经济社会发展格局相匹配的需求也越来越高，防洪建设、河湖围垦、水资源开发等活动频发，河湖水系的边界条件和水沙条件不断被改变。河湖水系不仅要满足人类的基本生活用水需求，还有更高的工农业生产、水力发电、航运、河流生态用水等的需求。此外，还有为了缓解水资源供需矛盾采取的调水措施，用于污水稀释、改善生态环境和维持湖水稳定。

（4）现代时期。现代河湖水系格局直接受人类活动影响，连通方式不断丰富，水系格局逐步完善。河湖水系在为人类服务的同时，面临的压力不断增加，水资源与水环境承载能力不足，河湖功能与作用发生改变。在水资源利用方面，倡导以人为本、人水和谐的可持续发展理念，由注重水系开发利用向注重水资源调配和生态保护发展，由注重水量向水量-水质-水生态相结合发展，由局部向跨流域、跨区域统筹协调管理发展［16］。河湖水系除了满足人类的基本生活生产用水外，河湖水系连通工程等水利措施的建设，完善了防洪工程体系，优化了水资源配置，同时也保护了水生态环境。人类通过实行最严格的水资源管理，来保障经济社会发展的安全、健康、可持续用水。

河湖水系参与了水的循环过程，是水资源的重要载体，在自然界中为动植物和人类提供了水源，是社会不可或缺的一部分。伴随人类从早期改造河湖水系到后来治理河湖水系，河湖水系功能也不断演变，从供水、灌溉、军事、航运到工业用水、水力发电、防洪、抗旱，再到稀释污染的自净化功能、为生物提供栖息环境、治理水污染、改善水环境等，无不体现着与人类经济社会发展的密切联系。在今后人水和谐的人类用水治水理念下，河湖水系将更好地发挥其功能，为人类社会可持续发展服务。