1.2 国内外研究进展

1.2.1 城市化对水系水文及水资源影响研究进展

以人口数量增长急剧、经济发展迅速、土地利用变化超常和人工建筑密集为特征的城市化加速发展对城市水系的自然水文循环造成严重的干扰、破坏，不仅变一元水循环为二元水循环，而且发生淡水资源短缺、洪涝灾害频繁、水体污染、河道断流、湿地萎缩、荒漠化扩展、地下水超采、海水入侵、水土流失以及水系结构和生态系统破坏等问题。这些城市化对水系水文及水资源影响问题既是限制国家和区域可持续发展的关键性因子，又是水文科学问题，早已引起世界专家、学术组织和政府的关注。

20世纪60年代发达国家快速城市化给城市水系带来了一系列复杂的水文生态问题，城市下垫面改变对城市小气候、城市降水、城市产汇流、雨洪过程及其分布、水土流失以及对城市水系水质的影响等。针对这些水文生态问题，联合国教科文组织1971年推出了著名MAB计划，提出加强开展城市水系生态研究。从20世纪70年代中后期起，美国、苏联等发达国家就对城市规模、经济增长、人口变化等因素对生态和环境造成的影响进行了研究与评价，到90年代，人类活动对城市水文、生态和环境的胁迫效应和自然生态系统的响应机制成为现代国际城市水文生态领域研究的主要内容，兴起和发展了许多新学科和方法论。1971—1975年美国在圣路易斯做了大量的大城市气象观测实验和研究，得出城市对降水量的分布有影响，夏季降雨次数、总雨量和大暴雨的平均雨强都明显增加，雷雨发生次数增多^［36］。Atkinson、Parry和Harnack等对伦敦、雷丁、华盛顿等城市的研究表明城市热环境是增加城市降水的重要因素。刘俊分析了1952—1998年城市降水资料，得出在同一纬度上城区较周边县区多年平均年降水量偏多9.58%。洪亚华对杭州市研究得出城区不仅降水量增加，而且降水日数也逐渐增加。城市化造成的大气污染不仅致使城区降水污染物增多，而且形成酸雨。张学真针对西安市城市大气污染成分的变化对城市降雨酸性值产生的影响进行了研究，得出西安市春冬季节酸雨出现频率大，夏秋季节酸雨出现频率小的结论。

城市化土地利用发生改变不仅影响城区降水，而且影响城市下垫面产汇流及城市洪灾。城市化极大程度地改变了土地利用方式，建筑物、广场和道路等不仅硬化了下垫面，而且还减少了农田、绿地和水域面积，挤占了城市水系空间。硬化的下垫面增加不透水面积，在很大程度上阻止了降水向土壤的渗透，削弱或切断了地下水和城市水系基流补给来源；同时增多了暴雨时地表径流，增大了城市下水管网排水及城市防洪排涝压力。1998年底我国城市建成区的平均绿化覆盖率只有26.6%，人均公共绿地面积仅为6.1m²，大多数城市的人均占有绿地面积不足4m²，低于我国规定的人均绿地国家标准7～11m²，更远远低于国际标准50～60m²。北美洲安大略环境部对城市化前后降水、径流、入渗和蒸发进行研究，天然流域的蒸发量占降水量的比例达40%，入渗地下水量所占比例为50%；城市化后流域降水量增多，但渗入地下部分减少，只占降水量的32%，填洼量减少，蒸发减少为25%，而产生的地面径流增大，同时地表径流有43%排入地下水道迅速排走。美国水土保持局考虑土壤的下渗特性、土壤的前期含水量和土地利用方式等3种土壤因素与降水因素来确定径流总量，提出用降水径流计算方法来计算径流系数（SCS法），这种径流系数求解方法被广泛应用，国内应用该方法具有代表性的是贺宝根等，利用多个城市的实测暴雨径流资料，采用不同方法修正SCS法，使这种方法更适用城市径流系数求解。城市化后下垫面改变，大量水系空间被填埋、被街区住宅区等硬化面代替，径流系数几乎翻倍增大，大量滞水空间的消失使城市汇流和入河径流量大幅度增加，洪峰汇流时间缩短，加剧了城市水涝灾害的频繁发生。杨士弘对北京市郊区和城市大雨的径流系数进行研究，发现郊区径流系数在0.2以下，城区径流系数一般为0.4～0.52；陈云浩和吴林祖等对多个城市降雨径流进行研究，发现南方城市城市化前后地表径流系数明显改变，1960—1965年间地表径流系数平均0.33，最大次降水径流系数0.41；而1991—1993年雨期径流系数3年平均值为0.62，最大次降水的径流系数达0.82。杭州市20世纪90年代城建面积是60年代的2倍，在同等降水强度下，90年代地表径流量会增大到60年代的4倍，城市洪灾概率大幅度升高。Lepold研究当城市有20%的面积由下水道排水和不透水盖层时，溢岸洪水的发生频率将增加一倍，汇流量将增加0.6倍。1970年罗伯特和克林格曼采用流域模型论证了城市硬化面积分别为0%、50%、100%时对单位线的作用和城市洪水过程。Z.Tang，B.A.Engel等预测了城市化模式对流域径流的影响，通过模拟得出，如果采用非蔓延扩散的城市增长方式，城市土地利用面积比例从4.0%增加到8.0%会导致径流量增加5%；如果采用蔓延扩散增长方式，城市用地比例增加到11.5%，径流量就会增加12%。文立道等对北京市城市化研究发现在通惠河乐家花园站以上流域内，径流系数已超过0.50，洪峰流速由20世纪50年代的0.40m/s左右增至90年代的0.65m/s左右。高俊峰等研究发现城市化前后在相同降雨类型条件下，1996年流域下垫面的产水量比1986年多1.018亿m³。城市化下垫面硬化等变化导致径流糙率相对减少，下渗通量和壤中流减少，汇流速度加快，地表产流量增加，基流减少，地下水位降低；城市洪水过程的影响主要表现为使洪峰及洪量增大，过程线峰型尖瘦，陡涨陡落，洪峰频率及其分布形式发生变化。

城市化不仅影响城市降雨和径流分割产汇流，而且影响城市水循环，变一元自然水循环为二元水循环。城市中大规模的人类取水排水活动形成了与天然“坡面—河道”主循环相耦合的“取水—供水—用水—耗水—排水”的社会水循环，构成了二元水循环，王浩、王建华、黄强、蒋晓辉和齐青青等对人类活动构造的二元水循环进行了深入研究，研究表明我国北方的许多流域侧支循环通量甚至超过了主循环的实测通量。杨凯等利用上海市中心气象站和周边9个郊区气象站1970—2000年蒸发资料进行研究，得出20世纪90年代以后市区蒸发量总体明显下降，这与郊县蒸发量变化趋势相背离，城郊蒸发的差异及变化与区域下垫面状况关系密切。丹利用1960—2009年北京地区20个气象台站的观测资料，分析了北京城区和郊区蒸发皿蒸发量的变化趋势和特点，得出近50年北京地区蒸发量有明显减小趋势，城区值-88.1mm/10a，郊区值-76.0mm/10a，受城市化影响，相对湿度、日照时数、最低气温、气温日较差和平均风速的变化对城区蒸发量的变化有显著影响。

城市化对城市水文影响的后果就是水资源短缺、水环境污染和城市洪灾严重。城市化除了影响城市降水、径流分割、蒸发之外，还通过社会水循环影响城市水资源的水量和水质。社会水循环是指自然水循环过程中受人类活动的影响，通常把人类活动影响或参与的这部分水循环过程称为社会水循环。社会水循环是自然水循环服务人类社会的有效拓展。人类参与社会水循环的主要表现分为给水过程和排水过程两大部分：给水过程是自然水的提取、加工、供应和使用过程，它是水从自然界流入到人类社会的入口；排水过程是将水从人类社会经过收集、处理，然后排放到自然界的出口。我国是世界上水资源紧张的国家之一，特别是城市水资源，20世纪末每年用水缺口达到5.8亿m³，城市化更加剧城市水资源紧张。城市人口增多、规模扩大，城市用水需求量会随之增加，城市建设中地表的硬化导致雨水入渗量减少，地下水得不到充分补给，城市生产和生活对城市水体的污染，都导致城市本身可利用水资源减少，城市不合理的地下水开采造成地下漏斗群。城市人口增加，经济快速发展，用水量急剧上升，落后的城市污水处理能力导致城市生活污水和生产废水排放量的增加，城市水系成为污水的排放渠道。据统计2004年我国有80%的城市污水未经处理就直接排入水域，90%以上的城市水域污染严重，近50%的城市供水水源达不到卫生饮用水标准、城市鱼虾绝迹，部分湖泊富营养化严重。随着水处理技术的提高和经济实力的增加，城市生活和工业点源污染可以得到有效控制，但是城市非点源污染成为城市水体污染的主要污染源。早在20世纪60—70年代，国际上很多专家学者对非点源污染就已经开始关注并研究，80—90年代研究进展迅猛，研究不仅涉及非点源污染的特征、负荷、地域范围机理以及相关的影响因子等，而且更涉及研究技术手段——野外调查与监测、土地利用方式分析、数学模型、遥感与地理信息系统等，21世纪以来研究趋向于城市非点源污染管理政策和控制方法方面。城市地表径流早在20世纪90年代初就被美国EPA列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源，城市产汇流产生的非点源污染被列为主导污染源的占18%以上。随着生活点源和工业点源的有效控制，我国城市非点源污染也已成为水体污染的主要因素之一。城市化程度、土地利用特征、交通状况、人口密度和空气污染程度不同会使得城市径流污染主要成分构成和分布不同，降水淋洗空气中的污染物，特别是工业区及空气污染严重的城市，城市降水和径流都产生污水，降水甚至是酸雨。城市地表沉积物决定城市地表径流污染的性质，赵剑强等对西安城市道路路面径流水质的测试表明，城市道路降雨初期路面径流雨水污染物浓度COD_Cr高达1230mg/L、BOD高达204mg/L、SS高达2288mg/L，石油类高达161mg/L。现有研究成果表明城市土地覆被和空间格局是影响城市面源污染的关键性因素，不同土地利用方式所产生的城市面源污染的差别很大。

城市化下经济快速发展还增加了城市外引水资源、节水、水系生态修复工程等建设能力，以及水资源承载力的提高。为解决缺水城市和地区水资源紧张状况，国内外都进行了外调水工程。从20世纪80年代起我国陆续修建了数十项给城市供水的大型跨流域调水工程，如引滦入津、引黄济青、南水北调、东深供水工程等；调水工程在国外更不乏其例，大多分布在经济发达国家和地区或者降水不均匀地区，如美国加利福尼亚州北水南调工程、加拿大魁北克调水工程、伏尔加—莫斯科调水工程、巴基斯坦西水东调工程和澳大利亚雪山工程等，2005年经不完全统计表明世界上调水工程分布在24个国家，多达160多项。跨流域调水工程主要向缺水城市供水，提高城市水资源承载力。

1.2.2 水系生态健康研究进展

20世纪80年代末，由于大量人类非理性活动和生存需求，造成大量的水环境问题和水生态问题，水生生物频繁灭亡，为了合理开发利用水资源、保护水生态，河流健康的概念开始出现在文献报道上，且备受各国政府和学者广泛关注。澳大利亚在1993年最早启动国家河流健康计划（NRHP），通过相关研究构建了流域健康状况评价体系。同期，美国、新西兰、日本、英国、南非、加拿大等国也陆续开展了有关河流健康评价与恢复方面的研究。有人把河流健康阐述为河流生态系统健康，有人认为河流结构、形态和功能完善为河流健康，河流健康概念是仁者见仁智者见智，处于百家争鸣状态。Simpson等认为河流健康是指河流生态系统支持与维持主要生态过程，健康河流具有一定的种类组成、多样性，以及功能组织的生物群落无限接近受扰前状态，建议把河流受扰前的原始状态当做健康状态。Karr以河流价值作为参考，认为只要其当前与未来的使用价值不退化且不影响其他与之相联系系统的功能，就可认为此生态系统是健康的，与生态系统的完整性是否破坏无关。Fairweather认为健康河流生态系统不受损害的状态应包含公众对河流的环境期望，在定义河流健康时社会、经济和政治观点是必不可少的；持相似观点还有Norris等则认为河流健康应考虑人类福利要求。Meyer理解综合了前面两种观点，在健康的概念中涵盖了生态完整性与人类价值，认为健康的河流生态系统不但要维持生态系统的结构与功能，且应包括其人类与社会价值。我国严峻的水问题使得专家学者对河流健康领域更为关注，李国英指出黄河健康生命是在基本保障人类社会安全和经济发展的同时，其河川径流条件基本满足河流生态系统健康需要时的生命状态。维持好黄河的生命功能就维护住了黄河的健康生命，主要体现在水资源总量、洪水造床能力、水流挟沙能力、水流自净能力、河道生态维护能力等方面。孙治仁等认为健康的珠江具有3个基本特征：①具有良好的恢复能力和自我维持能力；②能满足原生生态系统基本的水需求；③具有相对稳定性，河流特征不发生突变，对人类和岸边生态系统不造成重大危害。文伏波认为河流在人类开发利用与自身对干扰所具有抵抗力和恢复力的共同作用下，能保持合理的自然结构状态，实现正常的水、物质及能量的循环及健全的功能，满足人类社会的可持续发展需求，最终形成人类对河流的开发与保护平衡的良性循环，这样的河流才是健康河流。刘昌明等认为河流健康反映的是人类对河流功能发挥的认可程度。高永胜认为河流生态健康是指人类干扰下河流生态系统不仅能保持化学、物理及生物完整性，还能维持其对人类社会提供的各种服务功能。庞治国等指出健康河流生态系统应该具有合理的组织结构和良好的运转功能，系统内部的物质循环和能量流动未受到损害，外界扰动能保持着弹性、相对稳定性和一定的恢复能力，能够满足所有受益者的合理目标要求；其内涵是动态变化的，在不同时间尺度和不同空间尺度具有不同涵义。张可刚等认为河流生态系统的能量流动和物质循环没有受到损害，系统对自然干扰的长期效应具有抵抗力和恢复能力，系统能维持自身的组织结构长期稳定，系统具有较强的社会服务功能等谓之健康河流生态系统。

董哲仁提出河流健康是一种河流管理的评估工具，其作用是建立相对基准点和评估准则体系，对于在自然力与人类活动双重作用下的河流生态系统状况进行动态监测与评估来研究河流发展趋势，通过适当管理措施促进河流向良性发展。南非于1994年发起了“河流健康计划”（RHP），选用七大类河流生境状况作为河流健康的评价指标，提供了建立在等级基础上可以广泛应用于河流生物监测的框架。英国河流生境调查法（RHS），通过调查背景信息和土地利用等六大类指标来评价河流生境的自然特征和质量，并判断河流生境现状与纯自然状态之间的差距。其中的不足在于部分用于评价的数据以定性为主，使得数理统计较为困难。澳大利亚的溪流状况指数法（ISC）构建了基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5方面的指标体系，将每条河流的每项指标与参照点对比评分，总分作为评价的综合指数。该法将河流状态的主要表征因子融合在一起，而为河流科学管理提供指导，其不足是缺乏对单个指标相应变化的反映，参考河段的选择较为主观。在河流健康评价指标体系建立与评价方法等理论研究方面，我国专家学者积极探索，成果丰硕。吴阿娜^［128］选择河流水文、河流形态、河岸带状况、理化指标、河流生物5类指标对上海市城市河流健康进行了评价研究。赵彦伟等针对黄河多泥沙问题，提出健康黄河要有一定的自我维持与更新能力，具有相对的生态完整性，河流生态过程基本能够延续，物质循环与能量流动未受严重损伤，关键生态组分如河漫滩、生物栖息地得以保存。张可刚等从河流水文学、物理构造特征、河岸带状况、水体污染状况以及水生生物等5个方面，提出了河岸抗冲性、河岸人口密度、国民经济取水率、娱乐项目、航运等14个河流健康评价指标。吴道喜提出的健康长江指标体系分3个系统，在生态环境保护系统层下设置水资源利用水平、河流完整性与稳定性、水生生物多样性3个状态层，在每个状态层下设置指标，如水资源利用率、生态需水量满足程度、水功能区水质达标率、输沙模数、水系连通性、水面率、河床稳定性、河岸稳定性、河岸植被覆盖率、生物完整性指数、珍稀水生动物存活状况定量或定性指标。王琳等用ISC法基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5个方面，建立了涵盖环境、水文、水利、生态、物理结构和社会功能等多方面的综合指标体系，在原评价指标体系的基础上，增加了公众态度、河流管理、防洪安全等社会指标。吴春华等提出了河流生态系统健康的生态特征指标、水资源状况指标、河流基本状况指标、功能整合性指标、社会政治环境指标、社会经济指标等共计45个具体指标。如何选取河流健康的基准状态是河流健康作为管理工具的四大关键问题之一，它取决于社会所追求的最优河流的价值。可以选取同一条河流历史上的自然状况作为理想参照系统，也有许多学者认为，在人类进行大规模经济活动前的自然河流是原始状态。普遍承认的基本观点是：自然系统优于人工系统，人类活动干扰前的自然状态优于干扰后的状况。刘晓燕认为河流健康的标准即是相应时期或河段的人类利益和其他生物利益的平衡或妥协，河流健康只能是相对意义上的健康，不同背景下的河流健康标准实际上是一种社会选择。张洪波等给出河流生态水文系统健康的五点标志。赵彦伟等对城市河流生态系统健康提出了包含物理结构与河岸带等5大要素的指标体系及其“很健康、健康、亚健康、不健康、病态”5级评价标准，明确各河流生态系统的健康状况及限制因子，为其保护、维育与修复提供了决策依据。综上所述，可以看出我国河流健康研究更注重人水关系探讨，重点在平衡利益冲突、满足人类社会需求等方面，加之水环境恶化问题普遍严重，河流健康评价仍主要是借助化学分析手段和少量生物监测评估的水质状况，较少从系统健康的角度认识河流健康，缺乏流域和水系案例研究，多是研究单条河流或湖泊为主。河流健康评价理论研究成果丰硕，而作为有效手段用于指导并完善河流管理的研究仍处于探索阶段，因此，选择不同典型自然地理区域，具体情况具体分析，构建体现地域特色和管理要求的河流健康理论与方法，广泛开展健康评价实践，是我国河流管理研究的重要方向之一。

总体而言，国外的河流健康评价多侧重于对河流生态状况的评价，是以河流生态系统作为评价的对象；国内的研究较晚，也主要侧重于借助物理、化学手段以及少量生物监测评估河流水质状况。但近年来，一些研究已经逐渐超出了河流生态健康的范畴，开始从河流系统健康的角度认识河流状态，进行河流健康评价，这意味着河流健康评价正在从河流生态系统健康向河流流域系统健康方向发展。这为流域水系水资源健康调控奠定了较好的基础。

1.2.3 水系生态健康调度研究进展

20世纪初，随着人类对河流开发利用力度的加大，在河流上修建了大量的水库和水电站，出于对修库建坝的需要，河川径流理论得到了快速发展，并开始应用经验的方法，充分利用水库进行洪水调节，从而开始了对于闸坝调度的研究。1926年，苏联莫洛佐夫提出水电站水库调配调节的概念，随后，以水库的调度图为指南的水库调度方法逐步发展形成。调度图调度具有简单直观、概念清晰以及可靠性高的优点，至今许多水库的调度仍采用这种方法。20世纪40年代，Masse又提出优化调度的概念，随后许多专家学者就此进行了大量的研究。同期，美国开始强调河川径流作为生态因子的重要性。从此，随着系统工程理论及优化模型的引入以及电子计算机技术及实时控制技术的迅速发展，闸坝调度理论和应用取得了长足的发展。

人们对生态调度的研究最先是从关注河流生态需水量开始的。在具体生态需水理论研究方面，1971年，Schlueter首先提出水利工程不但要满足人类对河流资源的利用要求，而且要同时注重维护和创造河流的生态多样性。1982年，Junk在研究Amazonian洪泛区的物种多样性时，第一次提出生态洪水脉冲的概念。在生态需水与闸坝调度相结合方面，Richter等指出恢复河流生态流量可以通过改变大坝运行规则来实现，并针对大坝的不同用途制定了与之相适应的生态调度准则。Hughes建立了满足生态需水的水库调度模型等。Johnson Brett等提出要减轻大坝对河流生态所产生的负面影响，满足下游河道的生态需水要求，起码在短期内人们应努力集中于改变现有的水库调度方式，通过合理的水库调度，使大坝对河流的影响尽可能地降到最低。2005年，墨尔本大学对河道最小生态流量及河流脉冲事件的优化调度进行了研究。

在生态调度实践应用方面，1937年，美国的农垦法明确提出，中央河谷工程（CVP）的大坝与水库“首先应用于调节河流、改善航运和防洪，其次用于灌溉和生活用水，第三是用于发电。”最近CVP对法规进行了修订，增加了满足鱼类与野生动物需要的内容。从1959年在伏尔加河上修建伏尔加格勒大坝时起，俄罗斯为确保大坝下游农业灌溉用水量、放水过程线及放水期限和鱼类产卵场淹水的需要，每年汛期需根据气象部门提供的水量预报以及对国民经济发展的情势预测，模拟春汛向大坝下游进行目的性放水，同时组织专家开展了放水可行性研究。1970—1972年南非潘勾拉水库通过水库调整闸坝生成人造洪峰，为鱼类产卵创造条件。到20世纪80年代后，以美国及欧洲等为代表的一些发达国家的管理和决策部门针对大坝对河流产生的诸多不利影响，在保证大坝航运、防洪、发电等原有重要功能的同时，对原来的水库调度运行方式进行调整，以达到改善区域水质、增强河流娱乐功能和为经济发展提供重要保证的目的。1978年卡特总统提出了改革水资源政策的咨文，指示改善现有工程的运行和管理，以保护江河用水。田纳西流域管理局（简称TVA）据此进行了系统的评价，制定了“保护鱼类、野生生物和有关适应河川水流的其他财富”的方针，并于1991—1996年，对其管辖的20个水库的调度运行方式进行了优化，通过提高水库泄流流量及水质，保证下游河道最小流量和水中的溶解氧浓度。1980年初开始，哥伦比亚政府认为考虑溯河产卵鱼类问题是流域管理的主要问题，提出了鱼类和野生动物保护项目。在这一背景下，大古力水坝（GCD）和其他水利工程的调度都集中在充分满足溯河鱼类产卵的寻址需求上。1983—1989年，美国的罗阿诺克河流管理委员会决定在每年的4月1日至6月25日的鲈鱼产卵期间，调整部分原水库运行方式，具体是将河流流量控制在建坝前日流量的25%～75%，并且保证每小时流量变化率不大于42m³/s，通过这一举措，发现罗阿诺克河内的鲈鱼数量明显增加。1987—1992年间，乌克兰德涅斯特罗夫水库为改善无机氮化合物对德涅斯特河河水污染较严重的情况，进行了若干次的生态性放水试验，实验结果表明，通过每年4月底到5月初加大水库的放水后，其河水水质得到显著改善，河流生态环境得到了逐步恢复。

20世纪90年代初，为改善科罗拉多河的生态状况，美国的格伦峡大坝开始实施适应性管理项目，即在科罗拉多河上开展河流流量实验研究。1991年，为增加Tal-lapoosa河的鱼种丰度，Thurlow大坝又实施了保证下游最小生态流量的运行法案，实践表明该法案的实施使该河鱼种丰度增加了2倍多。从1994年起，St.Mary河的St.Mary大坝通过对自然洪水过程的研究，将洪水逐渐消退的泄水模式引入到大坝的管理运行中，结果表明，新的大坝泄水模式的实施使一度因修建大坝而减少的河岸带树种——三叶杨和柳树大范围增加。1995年，日本政府为减轻大坝对下游河流的生态侵蚀，保护生物多样性，确保水循环健康运行，重构河川与地域关系，对大坝实行弹性管理，出台制订了《未来日本河川应有的环境状态》法案，并于1997年对其河川法进行了进一步的修改，将治水、疏水、保养、保全河川环境写进新的河川法。1996年，美国联邦能源委员会（简称FERC）要求水电站运行时要充分考虑到其对河流生态的影响，制定新的水库运行方案，尽可能地提高大坝最小泄流量，增加或改善鱼道，并考虑到周期性大流量泄流及陆域生态的保护等。

此外，巴西Tucurui水电站在满足大坝下游航运条件下，为避免水电站的建设和运行造成河流堤岸生态群落退化，同时避免水库溢流远高于以前纪录的情况出现，保护水库四周及堤岸斜坡稳定性，在其水库调度的规程中做了明确规定，要求水电站运行水位不能高于72.00m。在非洲的津巴布韦，研究人员运用Desktop模型估算Odzi河河流的生态需水流量，为该河上Osborne水库的水库调度提供水量调度指导。澳大利亚则针对水的可持续利用、恢复生态系统健康提出新的水分配方案。要求任何一个州或地区在进行水的分配前，都要对其所属地区进行“水依赖的生态系统”评价，同时要求水的分配方案必须要有一定的前瞻性，至少要考虑到5～10年之后可能出现的情况，并通过对一些数据的判断，重新调整地区的径流季节变化特征，使其达到最佳的生态状态。

在国外，人们对闸坝调度的认识和接纳也是一个逐步的过程，从单纯考虑防洪、发电、灌溉、航运等河流功能，到将河流生物种群需求、水质保护、下游生态基流保证和湿地改良等河流生态因素纳入其中，经历了一个漫长的时期。在这一过程中，人们逐渐地对河流生态系统的整体性及闸坝所产生的生态效应有了更深刻的认识，并通过若干的实践，使认识得到较好的验证，取得良好的实际效果。闸坝调度不再是以前简单的闸坝水位的控制问题，而是关系到全流域，特别是下游区域生态的重大问题。它的具体规程的制定需要政府管理部门、流域管理机构以及公众利益相关方共同参与、协调完成。

我国对闸坝调度的正式安排始于20世纪50年代后期，当时正值新中国成立后第一个水利建设的高潮。面对新建的众多大型闸坝工程，考虑到国家利益和人民生产、生活、生命安全的需要，开始对水库大坝进行水量调度，其重点是根据上级水利部门下达的水利任务，制作某水库的水量调度图，并根据调度图的分区流量控制蓄放流量。针对水库等闸坝建设产生的一系列生态问题的出现，近些年来许多专家和学者在借鉴国外研究成果的基础上，就如何利用闸坝等水利工程的合理调度对河流生态环境进行改善，做了大量研究和探索工作，但总体上仍停留在对理论的探讨和初步实践尝试阶段。曾祥胜等分别从满足鱼类产卵、繁殖所需的水文水力学条件角度，分析了在河流上筑坝修闸对鱼类生存所产生的影响，从而为管理者制定面向鱼类保护的闸坝生态调度方案提供了有力依据。傅春、董哲仁认为在健全的河流生态系统中，水体与生物群落是相互依存、相互影响的，提倡水利学应与生态学相结合，并提出生态水利的概念，建立了可持续利用的水资源数学模型。贾海峰等以北京密云水库为背景，研究和分析了水库调度与库区营养物削减之间的关系，提出了在控制水库富营养化过程中水库调度的具体措施。王好芳等根据大系统理论和多目标决策理论，通过对水资源配置目标的具体分析，建立了基于量和质面向经济发展与生态保护的多目标配置模型。禹雪中等结合水库、湖泊的生态与环境调度，从实施调度的必要性、国内外发展研究状况、关键技术和研究技术路线等方面进行了分析，提出了水利工程生态与环境调度研究的总体技术框架。

2005年12月，中国水利水电科学研究院联合美国自然遗产研究所、全球水伙伴（中国）共同组织召开了“通过改进水库调度以修复河流下游生态系统研讨会”，探讨如何通过改进现有的水库调度与水利设施的管理方式，修复已被日益破坏的河流下游生态系统，改善人类生活环境。水利部前部长汪恕诚曾在全国水利厅局长会议上指出，要建立有利于河流生态保护的水库调度运行方式，做好水利工作中的生态与环境保护工作，充分发挥闸坝等水利工程在保护生态过程中的作用。在随后进行的水利部科学技术委员会全体会议上，他再次强调要研究生态调度问题，水库生态调度的相关研究就此全面展开。

2006年，余文公等认为水库的调度运行方式对河流生态系统产生重大影响，他从水生态系统与水利工程和谐统一的角度，提出水库应建立生态蓄水位，以保证河流生态需水的需要，并以新疆大西海子水库和三峡水库为例，计算了其生态库容。吕新华在对调度现状进行对比分析的基础上，提出了建立基于河流流域生态健康的大型水利工程生态调度模式的对策。蔡其华指出现行水库调度方式存在的主要问题，提出完善水库调度方式的基本思路和对策。傅菁菁等提出在工程枢纽中应布置确保生态流量持续泄放的设施。董哲仁等分析了现行水库调度方法的不足，强调水库应实行多目标的生态调度，即在实现防洪、发电、灌溉、供水等社会经济多个功能目标前提下，尽可能满足河流生态系统的需求。郑志飞等在生态环境需水量研究的基础上，建立了考虑生态环境影响的黄河下游水库群优化调度模型，并针对黄河水流含沙量高的特点，开发了黄河下游水量水质与生态联合调度系统。艾学山等从自然资源的可持续发展利用角度，探讨了水库生态调度的概念及任务，并以经济效益、社会效益和生态效益所组成的综合利用效益最大作为目标函数，建立并求解了多目标生态调度模型。胡和平等以水电站年发电量最大为优化目标，以生态方案为约束，提出了生态流量上下限的时间过程线和以之为基础的生态调度模型。夏自强等从保护河流生态系统的角度，分析了生态调度的内涵及基本内容，并提出和介绍了河流生态需水调度、河流水质调度、河流生态洪水调度、河流泥沙调度、其他生态因子调度和涉及几个专项的综合调度。刘玉年等针对淮河中游水系密布、河网交错复杂、水库闸坝众多等特点，建立了一个能适应复杂水流条件与防污调度要求的淮河中游水量水质联合调度模型。陈求稳在考虑闸坝下游河道鱼类的生态需水情况下，以锦屏梯级电站为例，建立梯级水库生态调度模型。张永勇将闸坝水量水质联合调度模型、遗传算法耦合到流域综合管理模型SWAT中，从流域尺度上探讨了闸坝的合理调度模式，并在北京市温榆河流域进行了实例研究。康玲等针对汉江中下游的主要生态问题，为满足河流生态环境需水量及生态洪水模拟的需要，通过建立水库生态调度模型，对丹江口水库进行河流生态需水量和人造洪水的调度。李清清等从满足三峡梯级大坝下游河道生态需水量、改善江湖连通、保护河流生物多样性的需要出发，在常规调度的基础上，提出基于人工造峰的生态调度方法，通过多种调度方式的仿真结果，分析了不同来水条件下三峡梯级生态调度的效果，揭示了不同生态调度目标之间的影响以及人工造峰对防洪调度和发电效益的影响。张洪波基于黄河生态水文指标体系，提出了表征河流天然水流形态的结构化生态管理目标，并将该目标引入模型目标函数，构建了基于结构目标的水库生态调度模型，并提出求解方法。张慧云以沙颍河为研究对象，建立了闸坝群水质水量联合调度的数学模型，在信息不完整的情况下，结合多年雨情资料分析，以空间、时间、水质、水量为情景因子，通过大量的计算，分析不同情景下闸坝之间的相互配合关系，最终归纳出闸坝群的联合调度规律。张丽丽通过研究丹江口水库不同运行调度方案，探讨了利用水文和气象预测、预报信息来指导水库生态调度的可行性。

在实践应用方面，20世纪90年代，随着太湖流域水污染问题的加剧，太湖湖水水质不断恶化。为改善太湖湖水水质，太湖流域管理局开展了两次“引江济太”调度工程，其实质是一种新的闸坝运行调度方式的尝试。通过将长江水引入太湖，加快水体流动，缩短太湖换水周期，改善太湖水质，提高太湖的调蓄作用，在水污染防治和保障供水方面取得了较好的实际效果。目前，该项目还在不断地进行推进，通过太湖闸坝的合理调度，增加调水河道，直至恢复河网水体健康、自然流动。黄河水利委员会针对黄河断流、河道泥沙淤积严重等情况，自2000年起，已连续12年实施了水量统一调度，通过枯水期的弃电供水，对小浪底水库、三门峡水库、万家寨水利枢纽等进行联合调度，调水调沙，保证入海水量，减轻下游河道淤积，有效避免了黄河断流的现象出现，保证了其下游的用水需求，取得了巨大的综合效益。2004年2月，针对长江支流沱江连续两次出现严重突发性的水污染事件，四川省水利厅紧急实施了跨流域调水，分别通过都江堰、三岔水库调度5000万m³和500万m³的清洁水源，为污染的沱江水冲污，防止污染事件的进一步恶化。由于珠江河口咸潮上溯，致使珠江沿途水环境恶化，针对这一情况，2004—2005年，珠江水利委员会实施了珠江流域梯级水库联合调度措施，通过有效调水，压咸补淡，取得了较好效果。在长江，随着三峡工程的竣工运行，为缓解其中下游用水紧张，恢复长江和沿江湖泊的连通性，改善中游通航条件，平衡生态，原来的流域闸坝运行方式被调整，三峡水库将从当年的11月到次年的3月择机加大下泄流量，天鹅洲长江故道、武汉涨渡湖、洪湖等阻隔湖泊试行了季节性的开闸通江。经2005年的现场监测表明，在武汉的涨渡湖内重新出现了多年未见的银鱼、寡鳞飘鱼。在淮河，淮河水利委员会采取水污染联防调度、保持污水小排量泄放、人工“错峰”调度高浓度污水、防止干支流雨洪与污水混掺以及制定应急调度方案等措施，防止污水团下泄造成水污染事故，一定程度上改善了河流污染现状。海河流域则针对流域范围内因建闸而导致的水质恶化、河道淤积、鱼类种群下降的状况，通过把其支流永定河和大清河联系起来，有效利用中小洪水，实施两条河流的水量联合调度，用永定河多余的洪水对大清河进行冲污，使得大清河及沿河地区的生态状况得到有效改善。

总的来说，水资源调控从20世纪50年代的单目标调控模式、80年代的多目标调控模式到2000年的多维临界调控模式，水资源调控经历了多个发展阶段。在水资源调控发展的60多年历史中，人类对水资源的观念实现“水是取之不尽”—“以需定供”—“以供定需”—“基于宏观经济”—“可持续发展”—“健康和谐”的不断提升转变的发展过程；调控思路上，从“只考虑社会经济用水”到“考虑社会经济和生态与环境用水”再到“考虑社会经济用水、生态和环境用水，同时考虑河流健康”；调控对象从“单一水利单元”到“区域”再到“单一流域”直到现在的“泛流域”，实现由点到面到空间的尺度发展；调控概念也从“兴利调度”到“优化调度”，再到“生态调度”，直到“健康调度”；随着科学技术，特别是计算机的发展，调控手段经历了“优化模型”、“优化模拟耦合模型”、“决策支持技术”、“3S技术”等不断升级的发展过程，模型求解的计算新方法更是层出不穷，屡屡进步。空间尺度逐渐增大，新理论新方法的应用、理论研究与生产实际紧密结合成为泛流域水系水资源调控领域的发展趋势之一。

近年来，国内外学者在河流系统结构、水利工程生态效应、闸坝工程生态影响、闸坝调度方式、效果、优化等方面开展了一定的研究工作，并在一定程度上付诸实践，取得良好的效果。但是，必须看到，相对于城市泛流域背景下水系健康迫切的应用需求，我国急需开展水系健康调度理论和实践研究，特别是在有多座闸坝参与调度的闸坝群健康调度准则和调度方式等方面，需尽快形成完善的城市水系健康调度理论体系。