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環(huán)境與生態(tài)

水電開發(fā)中的生態(tài)問題及其緩解措施

摘要：針對水電開發(fā)活動中的生態(tài)問題，提出影響水生生物及生態(tài)系統(tǒng)的3個重要因素：魚類洄游、生態(tài)流量及電廠高峰負荷，并分別論述了相關生態(tài)問題的緩解措施。分析了生態(tài)棲息地保護和修復面臨的挑戰(zhàn)，提出了實現(xiàn)可持續(xù)水電開發(fā)的5個關鍵步驟。結合3個工程案例，指出綜合利用國際通用的經(jīng)驗與針對具體工程的專業(yè)技術，可使工程達到生態(tài)保護的要求，確保工程按時按預算交付，并獲得所有利益相關者的認可。

關鍵詞：水電資源開發(fā)規(guī)劃；水生生物；生態(tài)系統(tǒng)；案例分析；工程措施

人類通過高強度地利用世界各地的河流為其活動提供支撐。這種利用方式可能導致開放水域減少，而開放水域對于水生生物的遷徙至關重要。水電設施的業(yè)主和承建商迫于公眾壓力和道德壓力，需維持受影響地區(qū)的生態(tài)健康。在許多國家，相關法規(guī)明確了要采取生態(tài)緩解措施，且這些措施能切實確保水電項目開發(fā)方案的可持續(xù)性，并獲得所有利益相關者的認可。

本文將涉及棲息地保護和改善的重點領域，詳述水電行業(yè)目前采取的一些生態(tài)緩解措施，并歸納出該行業(yè)必須采取的關鍵步驟，以確保符合國際期望和標準的可持續(xù)運作。

1重點環(huán)境問題及相關緩解措施

魚類和其他水生生物棲息地的保護和改善對于整個河流生態(tài)系統(tǒng)至關重要。為滿足各水電工程的獨特需求，需從了解當?shù)匚锓N的特定習性出發(fā)。其中，對3個能夠影響魚類和水生生物的重點問題必須予以考慮：魚類洄游、生態(tài)流量和高峰負荷。這些問題及水電行業(yè)所采取的現(xiàn)代生態(tài)緩解措施概述如下。

1.1魚類洄游

河流中的壩和堰對很多水生生物形成了障礙。因此，利用合適的設施確保過魚通道足夠開闊，對于種群的生存至關重要，也是水電設計的一個基本要素。以下是為魚類洄游通道安全設置的一些基本設施。

(1) 上游：魚梯、魚道、坡道、魚閘、升降機和導流渠；

(2) 下游：柵欄、網(wǎng)格、分洪道及親魚設備。

1.2生態(tài)流量

如果要在控制河流流量之后繼續(xù)實現(xiàn)其既定功能，就需要維持其自然平衡。由于水流在取水口被取走用于灌溉、飲用或發(fā)電，許多河流都周期性地枯竭。取水口下游河道中存留的剩余流量(也稱生態(tài)流量)必須足夠維持河流的各種功能，比如為野生動物提供棲息地、供給地下含水層、分解污染物。保證生態(tài)流量的措施如下。

(1) 法定的最低流量要求。通過適當操作閘門和泄水孔確保泄水量穩(wěn)定持續(xù)并達到一般要求。

(2) 調節(jié)泄水量。根據(jù)具體的生態(tài)要求，由監(jiān)測設施控制的動態(tài)調節(jié)能夠改善下游的水流質量。

(3) 水輪機。水輪機將水直接排到大壩或魚梁下游，除用于發(fā)電，還可給受影響的河流注入足量的水流。

1.3高峰負荷

當電廠遇高峰負荷時，可能導致下泄水量不穩(wěn)定，改變河流的正常流態(tài)，進而減少物種(包括處在不同生命周期的魚類)的數(shù)量和多樣性。減輕對水生生態(tài)系統(tǒng)的不利影響在如今的水利政策中是強制性要求，也是最明智的做法，其措施包括：

(1) 運行措施。為達到特定的生態(tài)要求，可調整電廠的運行安排，但該調整不應大幅影響發(fā)電產(chǎn)能。

(2) 施工措施。在水輪機下游修建調節(jié)補償池或洞室、改變電站廠房的出水方向、改善河床形態(tài)都是在不影響電廠運行的前提下應對用電高峰的技術措施。

2保護和修復棲息地面臨的挑戰(zhàn)

經(jīng)過數(shù)十年對水資源的高強度利用，各國政府和組織開始通過法律框架(如《歐盟水框架指令》)實施保護水資源的政策。

這對水電行業(yè)的部分從業(yè)者產(chǎn)生了驅動效應。為達到嚴格的環(huán)保要求，他們在此方面已獲得了豐富經(jīng)驗，對許多方案也進行了改造。為改善或修復棲息地，現(xiàn)有設施被翻修，新設施的設計也以棲息地保護為重點。

然而，世界上仍然有些地區(qū)在應對與水電相關的生態(tài)挑戰(zhàn)方面缺乏經(jīng)驗，對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的科學知識知之甚少。即使這些地區(qū)工程設計的限制因素與發(fā)達地區(qū)的一般工程類似，其重要性也高許多。在欠發(fā)達地區(qū)，過魚設施設計的主要制約因素包括：

(1) 生物多樣性豐富，洄游魚類的種類遠多于發(fā)達地區(qū)的種類；

(2) 生物量大，洄游高峰期每小時有幾千噸魚通過；

(3) “生態(tài)流量”管理要求水輪機有相對較高的過流量和水頭；

(4) 水位和流量的年內差異。

3實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的五個步驟

如上所述，在水電工程設計和運行過程中要考慮3個可持續(xù)性的核心因素以及減輕環(huán)境影響的方式。以下介紹的是實現(xiàn)水電可持續(xù)發(fā)展的5個步驟，該方法雖為眾人所知，但并不總能得到很好的應用。這5個步驟覆蓋了水電工程在整個生命周期內的棲息地保護問題。

(1) 在工程建設之前，監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集設施就位，以記錄原有的野生生物習性及各種野生生物的平衡性。

(2) 根據(jù)數(shù)據(jù)，比較分析可能的施工及運行方案，并在施工前做出決策。

(3) 采用最合適的設計方案實施。

(4) 持續(xù)評估工程運行情況。

(5) 根據(jù)工程運行期間產(chǎn)生的環(huán)境影響，對工程進行調整。

在水電工程的整個使用壽命期間都要不斷重復以上步驟。

4本地方法與全球化經(jīng)驗

每個水電工程都有一些與眾不同的特點，所以最佳做法不是應用相同的設計，而是應用相同的指導原則。例如，貝利(P?yry)工程公司所采用的方法是以在熱帶和溫帶地區(qū)積累的案例、研究和經(jīng)驗為基礎,且經(jīng)過驗證的科學技術方法。

通過開發(fā)公司自有的專業(yè)技術，并與外來專家進行合作，該公司為減輕對水生生物的不利影響提供了創(chuàng)新的技術解決辦法。通過從豐富經(jīng)驗中積累最實用的原則，收集專家意見，并結合具體的現(xiàn)場信息，該公司一直致力于將現(xiàn)有最先進的設施提升到新的高度。

5工程案例

5.1老撾沙耶武里水電站

湄公河流域的國家傾向于選擇水電作為能源。老撾有成為“東南亞蓄電池”的宏偉抱負。貝利公司作為老撾政府方工程師，負責1 300 MW沙耶武里(Xayaburi)水電站的建設階段。

該公司建議承建商徹底修改原有過魚設施的招標設計，并通過與漁業(yè)專家顧問及承建商的密切合作，積極參與開發(fā)新的概念設計。該公司還協(xié)調了針對當?shù)佤~種的生理機能及習性進行的現(xiàn)場測試，這樣就能保證設計決策以當?shù)氐目茖W數(shù)據(jù)為依據(jù)。若干不同的可單獨調整的過魚設施將會大幅降低水電工程帶來的生態(tài)影響。

英國Fishtek咨詢公司與貝利公司(即沙耶武里水電站業(yè)主方工程師)密切合作，以開發(fā)并優(yōu)化魚道設計，使種類極為豐富的魚群的過魚效率最大化，同時還要保證該設計在現(xiàn)場條件受限的情況下發(fā)揮作用。該設計采用了國際魚道標準的最優(yōu)方法，然而，為了確保水力參數(shù)符合湄公河物種的實際，又對當?shù)佤~類進行了進一步的調查研究，以便開發(fā)出一個更加因地制宜的魚道設計方案。Fishtek公司從更廣的視角對魚道設施提出了建議，得到了貝利公司的認同。而貝利公司在工程學和大型水電工程方面的經(jīng)驗正好與Fishtek公司在漁業(yè)生物學與魚道設計、施工與監(jiān)測方面的經(jīng)驗互為補充。

5.2瑞士維倫水電站

巴塞爾地處瑞士和德國交界處，該市上游的萊茵河上游河段曾是鮭科魚類的重要產(chǎn)卵地。該河段建有11座水電站，導致了魚類生境極度惡化，因此需要重建棲息地。將適合魚類洄游的水道縱向連通，對于恢復該地區(qū)的過魚通道至關重要。

通過與魚類生態(tài)學家的密切合作，貝利公司重新設計了維倫(Wyhlen)水電站有著90 a歷史的魚道。由于水電站在整個施工建設期間都要維持全面運行，創(chuàng)新技術應運而生，制定出了既有利于生態(tài)健康又經(jīng)濟有效的緩解措施。

5.3奧地利梅爾克水電站

多瑙河作為世界上最大的物種最豐富的河流之一，是歐洲基礎設施的中心連接點。為了與地區(qū)的經(jīng)濟繁榮保持一致，應重新構建多瑙河的生態(tài)完整性。

貝利公司開發(fā)并設計了奧地利境內多瑙河上的梅爾克(Melk)水電站的第1個魚類洄游走廊。長2 km的分水渠有12 m的高度差，配備1個入口堰、1個豎縫式魚道，以及一般情況下和緊急情況下的動態(tài)泄洪系統(tǒng)。自2007年起，對該創(chuàng)新設計的生態(tài)有效性進行了監(jiān)測并獲得通過。

6結語

水電資源的開發(fā)減少了各國對于礦物燃料的依賴，并對當?shù)鼐蜆I(yè)產(chǎn)生了積極影響，同時也有利于平衡其他可再生能源。水電是目前為止最經(jīng)濟的能源儲存方式。水電技術已經(jīng)成熟，電站的使用壽命長、可預測，且其運行和維護成本最低。因此，國際能源署(IEA)預測，到2050年全球水電裝機將翻一番，達到20億kW。

然而，如果設計不合理，水電資源也可能帶來災難性的后果。因此水電開發(fā)要建立在可靠的科學基礎之上，這不僅僅是為了符合所有要求，也是為了獲得所有關鍵利益相關者(包括投資者和當?shù)厣鐓^(qū))的認可。

為了能做到這一點，水電行業(yè)在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面建立了良好的理論基礎，但這些理論在實踐中并不總能遵守或踐行。因此，在平衡可持續(xù)發(fā)展與按時按預算交付工程的問題中，通過國際經(jīng)驗獲得的真正實用的專業(yè)知識變得很有必要。

徐瑞華譯

(編輯：陳紫薇)

中圖法分類號：X52；TV212

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)03-0008-03

收稿日期：2015-12-31