郝紅升，吳 程，徐天寶，王偉營

(中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

水電工程建設(shè)的環(huán)境效應(yīng)研究

郝紅升，吳 程，徐天寶，王偉營

(中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

針對(duì)水電工程建設(shè)帶來的生態(tài)環(huán)境影響問題，采用實(shí)際調(diào)查和監(jiān)測(cè)等方法，對(duì)水電站建設(shè)前后的環(huán)境變化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。將社會(huì)關(guān)注度比較高的水環(huán)境、水生生態(tài)、陸生生態(tài)三個(gè)方面的調(diào)查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，得出實(shí)際存在的環(huán)境效應(yīng)，研究成果為水電開發(fā)環(huán)境影響研究提供參考。

水電工程；水環(huán)境；水生生態(tài)；陸生生態(tài)；環(huán)境效應(yīng)

0 引 言

水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的分析研究大多數(shù)是停留在類比或預(yù)測(cè)評(píng)估階段，系統(tǒng)開展水電工程建成運(yùn)行對(duì)生態(tài)環(huán)境實(shí)際影響的研究工作相對(duì)較少[1-2]。

水電工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度與工程規(guī)模、工程位置、水庫運(yùn)行方式等方面有關(guān)[3]。本文以已建成的具有季調(diào)節(jié)性能的水電站為例，系統(tǒng)開展工程建設(shè)的環(huán)境效應(yīng)研究，為后續(xù)水電開發(fā)的環(huán)境評(píng)估提供借鑒。該水電站采用堤壩式開發(fā)，最大壩高130 m，總庫容10億m3，為不完全季調(diào)節(jié)水庫。

本研究擬從水環(huán)境、水生生態(tài)、陸生生態(tài)三個(gè)方面，主要針對(duì)國內(nèi)專家學(xué)者和政府主管部門關(guān)注度比較高的環(huán)境因子，即水環(huán)境影響因子(徑流變化、泥沙變化、水溫變化、水質(zhì)變化)，水生生態(tài)影響因子(浮游植物變化、浮游動(dòng)物變化、底棲動(dòng)物變化、魚類資源變化)，陸生生態(tài)影響因子(土地利用、植被、景觀、動(dòng)植物)等進(jìn)行研究分析[4-6]。

1 水環(huán)境影響回顧性評(píng)價(jià)

1.1 水文泥沙情勢(shì)變化

庫區(qū)水文泥沙情勢(shì)的變化主要是水庫蓄水水位抬升，庫區(qū)河道寬度和水深增加、流速減緩，寬度和水深隨著庫水位的變化而變化；壩址下游的水文泥沙情勢(shì)變化是水電工程環(huán)境影響關(guān)注的重點(diǎn)，本文通過實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比分析來研究這些變化。電站建成前后，壩址下游水文站徑流及沙量的變化情況見圖1和圖2。

圖1 工程建設(shè)前后壩下流量的變化

圖2 工程建設(shè)前后壩下沙量的變化

由圖1、圖2可看出，電站建成對(duì)徑流的年內(nèi)分配影響很小，與天然情況相比，水文站各月流量變幅在-20～26 m3/s之間，汛枯期變化均很?。粚?duì)沙量有一定的攔蓄作用，約攔蓄了14.1%的沙量。

1.2 水溫變化

庫區(qū)壩前斷面2月份垂向水溫觀測(cè)結(jié)果見圖3。

圖3 2月份庫區(qū)壩前垂向水溫分布

由圖3水溫分布來看，庫表溫躍層比較明顯，溫躍層以下庫區(qū)基本呈同溫狀態(tài)。根據(jù)電站建成前后下游水文站的水溫實(shí)測(cè)資料，分析水庫調(diào)節(jié)運(yùn)行對(duì)下游水溫的影響。水庫建設(shè)前后水文站多年平均水溫值見圖4。由圖4可見，水庫運(yùn)行對(duì)下游水溫的影響很小，尤其是在3月～8月份建庫前后水溫變化平均為0.1 ℃，年平均變化0.7 ℃。

圖4 建庫前后壩下水文站實(shí)測(cè)水溫變化

1.3 水質(zhì)情況

根據(jù)2010年8月、11月及2011年2月對(duì)水庫壩前、庫區(qū)及出庫斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，水庫建成后，除了總氮為Ⅲ類水質(zhì)，其余指標(biāo)均滿足地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)總體良好，且滿足該河段水環(huán)境功能區(qū)劃要求(Ⅲ類水體)，目前未發(fā)現(xiàn)水庫富營養(yǎng)化現(xiàn)象。從調(diào)查和監(jiān)測(cè)成果來看，工程建成后對(duì)研究河段的水質(zhì)基本沒有造成影響。

2 水生生態(tài)影響回顧性評(píng)價(jià)

2.1 水電站建成前后浮游植物的種類和生物量變化

根據(jù)電站建成前后對(duì)水體中浮游植物的實(shí)地調(diào)查監(jiān)測(cè)(見表1)，從時(shí)間分布來看，研究河段浮游植物種數(shù)、類群及優(yōu)勢(shì)種均有明顯變化，工程建成后水庫江段浮游植物種類增加近一倍。從空間分布來看：庫中，建成后比建成增加了73.08%；壩前建成后比建成前增加了130.23%；壩下建成后比建成前減少了14.63%。

從表中的時(shí)間分布來看，工程建成后水庫河段浮游植物各門類密度均有增加，硅藻門增加幅度較藍(lán)藻門、綠藻門小。從空間分布看，庫尾浮游植物密度增加較少，僅39.55%，庫中次之，壩前增加最明顯成庫前11.05×104ind./L，成庫后15.42×104ind./L，增加了39.55%，主要是硅藻門數(shù)量增加；庫中浮游植物密度成庫前11.05×104ind./L，成庫后49.16×104ind./L，增加了3.45倍，各門類數(shù)量均大幅增加，硅藻門增加幅度小于藍(lán)、綠藻門；壩前浮游植物密度成庫前10.55×104ind./L，成庫后137.73×104ind./L，增加了12.05倍，各門類數(shù)量均大幅增加，硅藻門增加幅度小于藍(lán)、綠藻門。壩下情形則相反，浮游植物密度下降了61.60%，主要是硅藻門數(shù)量下降。

2.2 水電站建成前后浮游動(dòng)物的種類和生物量變化

從時(shí)間分布來看(見圖6、圖7)，建庫后浮游動(dòng)物種類數(shù)量明顯增加，從浮游動(dòng)物種類組成比例上看，建庫后大型枝角類和橈足類所占比例明顯增加，輪蟲所占比降低。建庫后浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種明顯，主要為綠急游蟲、王氏鈴殼蟲、尖尾疣毛輪蟲等。

表1 水電站建成前后浮游植物種類變化

注：表中成庫前指1984年；成庫后指1997年和1998年。

圖5 水庫成庫前后浮游植物密度變化

圖6 不同時(shí)期浮游動(dòng)物組成百分比

1998年蓄水后，庫中、壩前浮游動(dòng)物密度分別是1984年同期的3倍、2倍；壩前生物量是建庫前的2倍；庫中生物量增加幅度較小。2011年庫尾、壩前浮游動(dòng)物密度與1997年同期相比分別減少了98、1 916 ind./L，庫中變化不大；壩前生物量明顯降低，庫尾生物量降幅較小，降低的主要因?yàn)樾承钏?，上游營養(yǎng)物質(zhì)輸入減少，所以庫尾、壩前浮游動(dòng)物與同期相比降低。

2.3 水電站建成前后底棲動(dòng)物種類和生物量變化

水電站建庫前，庫區(qū)河段底棲動(dòng)物較為貧乏。由跟蹤調(diào)查結(jié)果(見表2)可看出：水電站成庫后，底棲動(dòng)物種類較前有所增加；由于庫區(qū)2011年與1998年底棲動(dòng)物種類結(jié)構(gòu)差異不大，說明從1998年開始，庫區(qū)底棲動(dòng)物種類結(jié)構(gòu)已進(jìn)入穩(wěn)定階段。

表2 建庫后底棲動(dòng)物種類變化

成庫前，底棲動(dòng)物密度、生物量低，成庫后，底棲動(dòng)物密度、生物量是逐步上升的，其中環(huán)節(jié)動(dòng)物、搖蚊科生物密度、生物量較前提升更為明顯(見表3)。

2.4 水電站建成前后魚類資源變化

根據(jù)歷史記載，水電站建成前1984年調(diào)查其所在河段有土著魚類52種；建庫后的多年監(jiān)測(cè)調(diào)查到魚類為52種。雖然魚類依然52種，占原記錄種類的100%，但分布區(qū)域發(fā)生了明顯變化。

表3 建庫后底棲動(dòng)物密度、生物量變化

表4 建庫后庫尾與庫區(qū)魚類組成(2011年)

水電站建成前研究河段魚類主要分為3個(gè)生態(tài)類型：①急流型魚類，17種(墨頭魚屬2種、平鰭鰍科6種、鮡科9種)；②流水型魚類，28種(亞科2種、鲃亞科10種、華鯪屬2種、裂腹魚亞科3種、鰍科8種、刀鲇科2種、刺鰍科1種)；③緩流水或靜水型魚類，7種(鯉亞科2種、鰍科1種、胡鲇科1種、青鳉科1種、合鰓魚科1種、鱧科1種)。這3種類型魚類一般沿著干流散布在相應(yīng)環(huán)境的河道中，并沒有明顯的區(qū)域劃分。

水電站建成后，庫區(qū)流速減緩，透明度升高，營養(yǎng)物種滯留，魚類餌料生物基礎(chǔ)由原來以底棲動(dòng)物、著生藻類為主的河流相群落結(jié)構(gòu)演變?yōu)橐愿∮紊餅橹鞯娜郝浣Y(jié)構(gòu)。庫區(qū)江段原來適應(yīng)于底棲急流、礫石、洞穴、巖盤底質(zhì)環(huán)境中生活繁衍的魚類，由于失去了攝食、生長(zhǎng)、繁殖的場(chǎng)所，已逐漸移向干流庫尾上游或進(jìn)入各自庫區(qū)的入庫支流。亦即，魚類在庫區(qū)干流的數(shù)量明顯減少，如結(jié)魚、鱸魚、紅鰭鲃、白甲魚、裂腹魚、巨魾、鮡科、平鰭鰍科魚類等。

適應(yīng)于緩流或靜水環(huán)境生活的魚類(如鰕虎魚、小黃魚、麥穗魚、棒花魚、鰟鮍、鯉、鯽、鰱、鳙等)，由于水庫能夠滿足其繁殖條件，餌料生物比較豐富，棲息水域十分廣闊，資源數(shù)量大幅上升，成為庫區(qū)的優(yōu)勢(shì)魚類。

水電站建成后魚類在庫區(qū)中分布的情況(見表4)：①壩前15 km庫區(qū)內(nèi)，土著魚類以微流水型魚類為主，外來種類多且種群數(shù)量大，如鰕虎魚、小黃魚、麥穗魚、棒花魚、鳑鲏等以及網(wǎng)箱中逃逸出來的一些種類，如鯉、鯽、鰱、鳙等。②離壩前15 ～40 km庫區(qū)內(nèi)，土著魚類以流水型魚類為主，外來種類和數(shù)量較少，或在部分支流緩流處有發(fā)現(xiàn)。③庫尾40 ～70 km庫區(qū)及其支流，土著魚類以急流型種類為主，外來種類更稀少。

4 大型水電工程建設(shè)對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)影響分析

結(jié)合1984年和2011年對(duì)水電站庫區(qū)綜合調(diào)查成果，以1991年(電站下閘蓄水前)、2009年(蓄水后15a)兩期的TM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)源，利用景觀生態(tài)學(xué)方法，分析庫區(qū)第1層山脊線以內(nèi)區(qū)域(下稱“面山區(qū)域”)的生態(tài)系統(tǒng)變化情況。

水電站修建后，面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組分中，常綠闊葉林、稀樹灌木草叢、農(nóng)田等3類生態(tài)系統(tǒng)面積出現(xiàn)一定程度的減少，其中稀樹灌木草叢和常綠闊葉林相對(duì)較大，變動(dòng)比例約為77%和58%。而暖性針葉林、溫性針葉林、水域、城鎮(zhèn)建筑、裸地、道路等6類生態(tài)系統(tǒng)的分布面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中暖性針葉林增長(zhǎng)值最為明顯(約為136 km2)。在斑塊數(shù)量上，面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)斑塊總數(shù)由9 769塊增加到了10 464塊，增幅約7%，面山河谷區(qū)域總體破碎化程度增長(zhǎng)不明顯(見表6)。上述分析表明，水電站修建后，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)分布面積及破碎化程度發(fā)生了一定程度的變化，其中生態(tài)質(zhì)量相對(duì)較好的暖性針葉林增加明顯，且區(qū)域總體破碎化程度增長(zhǎng)程度甚小。

研究結(jié)果表明，1991年水電站面山區(qū)域以常綠闊葉林、稀樹灌木草叢和農(nóng)田的優(yōu)勢(shì)度相對(duì)較高，并構(gòu)成了該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的基質(zhì)成分。水電站運(yùn)營15年后(2009年)工程所在的面山河谷區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)基質(zhì)成分發(fā)生一定的變化，生態(tài)質(zhì)量相對(duì)較好的組分——暖溫性針葉林的優(yōu)勢(shì)度增長(zhǎng)明顯，使得該區(qū)優(yōu)勢(shì)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成常綠闊葉林、暖溫性針葉林和農(nóng)田。整體上，電站修建后，面山區(qū)域優(yōu)勢(shì)生態(tài)系統(tǒng)向良性方向演進(jìn)。

表5 水電站面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化情況

表6 水電站面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)度變化情況

由表7可看出，在水電站面山區(qū)域內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)景觀聚集度有所降低，但變幅較??；而景觀分割度略有增加，但其變幅亦較小，對(duì)該區(qū)域破碎化影響不大，這面山區(qū)域斑塊數(shù)量有較小幅度的增長(zhǎng)相吻合。對(duì)景觀多樣性，其香農(nóng)威納(Shannon-Weaver)多樣性指數(shù)和辛普森(Simpson)多樣性指數(shù)均有一定程度的增長(zhǎng)(增幅在11%～15%之間)，這表明面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組分趨向豐富和復(fù)雜，尤其是暖性針葉林森林生態(tài)系統(tǒng)組分的明顯增長(zhǎng)，以有助于該區(qū)域整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

表7 水電站面山區(qū)域景觀優(yōu)勢(shì)度變化情況

綜上分析，水電站建設(shè)后對(duì)庫周生態(tài)系統(tǒng)破碎化影響不大，且對(duì)該區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)分布面積有一定的增長(zhǎng)。水電站運(yùn)營的15年間，其面山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)有向良性方向演進(jìn)。其主要是面山區(qū)域零散分布的村寨移民后形成相對(duì)集中聚居狀態(tài)和庫區(qū)封育，使面山區(qū)域的人為干擾明顯減輕及區(qū)域濕度增長(zhǎng)等因素所致。

5 結(jié) 語

水電工程建設(shè)給生態(tài)環(huán)境帶來的實(shí)際影響是水電環(huán)境領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，也是社會(huì)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。本文利用實(shí)地調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段，對(duì)電站建設(shè)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，初步研究結(jié)果表明：電站運(yùn)行后對(duì)壩址上下游的水文、泥沙、水溫產(chǎn)生一定的影響，對(duì)水質(zhì)基本沒有影響；大壩建設(shè)、水庫蓄水對(duì)改變了工程所在河段的魚類分布；水電站建成后對(duì)庫周生態(tài)系統(tǒng)破碎化影響不大，且對(duì)該區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)分布面積有一定的增長(zhǎng)。水電站工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度與水庫調(diào)節(jié)性能、電站運(yùn)行方式、工程規(guī)模等指標(biāo)有關(guān)，今后將繼續(xù)系統(tǒng)的開展該流域已建電站的水環(huán)境、陸生生態(tài)環(huán)境和水生生態(tài)環(huán)境的實(shí)地調(diào)查和監(jiān)測(cè)，通過長(zhǎng)系列的調(diào)查和監(jiān)測(cè)成果進(jìn)一步研究水電工程建設(shè)的環(huán)境效應(yīng)，為后續(xù)水電開發(fā)的環(huán)境影響和政府決策提供參考。

[1]鐘華平，劉恒，耿雷華. 瀾滄江流域梯級(jí)開發(fā)的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)[J]. 水利學(xué)報(bào)，2007 (增刊)：557-581.

[2]樊啟祥. 水力資源開發(fā)要與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展——金沙江下游水電開發(fā)的實(shí)踐[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2010，29(4)：1-5.

[3]毛戰(zhàn)坡，王雨春，彭文啟，等. 筑壩對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響研究進(jìn)展[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2005，16 (1)：134-140.

[4]崔宇龍，黃濤，劉政，等. 水電站環(huán)境影響后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J] 水資源與水工程學(xué)報(bào)，2015，26(2)：169-173.

[5]NB/T 35059—2015. 河流水電開發(fā)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)規(guī)范[S].

[6]國家環(huán)境保護(hù)總局. 水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)[M]. 北京：國家環(huán)境保護(hù)總局，2006.

(責(zé)任編輯 陳 萍)

Study on Environmental Effects of the Construction of Hydroelectric Engineering

HAO Hongsheng, WU Cheng, XU Tianbao, WANG Weiying

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

In view of the ecological environment impact problem of hydroelectric engineering construction, the environment change before and after the construction of hydropower station are systematically studied based on the methods of investigation and monitoring. The actual environmental effects of hydroelectric engineering are presented by comparatively analyzing the investigation and monitoring data before and after project construction in three aspects of water environment, aquatic ecology and terrestrial ecology. The research will provide references for environmental impact study of hydropower development.

hydroelectric engineering; water environment; aquatic ecology; terrestrial ecology; environmental effect

2016-05-12

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAC09B07)；中國電建集團(tuán)科技項(xiàng)目(CHC-KJ-2009-04)

郝紅升(1979—)，男，山東安丘人，高級(jí)工程師，博士，主要從事水電水利工程環(huán)境保護(hù)工作.

X828

A

0559-9342(2016)12-0001-05