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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(duì)水電開發(fā)活動(dòng)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(gè)重要因素：魚類洄游、生態(tài)流量及電廠高峰負(fù)荷，并分別論述了相關(guān)生態(tài)問題的緩解措施。分析了生態(tài)棲息地保護(hù)和修復(fù)面臨的挑戰(zhàn)，提出了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)水電開發(fā)的5個(gè)關(guān)鍵步驟。結(jié)合3個(gè)工程案例，指出綜合利用國際通用的經(jīng)驗(yàn)與針對(duì)具體工程的專業(yè)技術(shù)，可使工程達(dá)到生態(tài)保護(hù)的要求，確保工程按時(shí)按預(yù)算交付，并獲得所有利益相關(guān)者的認(rèn)可。

關(guān)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(qiáng)度地利用世界各地的河流為其活動(dòng)提供支撐。這種利用方式可能導(dǎo)致開放水域減少，而開放水域?qū)τ谒锏倪w徙至關(guān)重要。水電設(shè)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(guān)法規(guī)明確了要采取生態(tài)緩解措施，且這些措施能切實(shí)確保水電項(xiàng)目開發(fā)方案的可持續(xù)性，并獲得所有利益相關(guān)者的認(rèn)可。

本文將涉及棲息地保護(hù)和改善的重點(diǎn)領(lǐng)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(guān)鍵步驟，以確保符合國際期望和標(biāo)準(zhǔn)的可持續(xù)運(yùn)作。

1重點(diǎn)環(huán)境問題及相關(guān)緩解措施

魚類和其他水生生物棲息地的保護(hù)和改善對(duì)于整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。為滿足各水電工程的獨(dú)特需求，需從了解當(dāng)?shù)匚锓N的特定習(xí)性出發(fā)。其中，對(duì)3個(gè)能夠影響魚類和水生生物的重點(diǎn)問題必須予以考慮：魚類洄游、生態(tài)流量和高峰負(fù)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(duì)很多水生生物形成了障礙。因此，利用合適的設(shè)施確保過魚通道足夠開闊，對(duì)于種群的生存至關(guān)重要，也是水電設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要素。以下是為魚類洄游通道安全設(shè)置的一些基本設(shè)施。

(1) 上游：魚梯、魚道、坡道、魚閘、升降機(jī)和導(dǎo)流渠；

(2) 下游：柵欄、網(wǎng)格、分洪道及親魚設(shè)備。

1.2生態(tài)流量

如果要在控制河流流量之后繼續(xù)實(shí)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(dòng)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(dāng)操作閘門和泄水孔確保泄水量穩(wěn)定持續(xù)并達(dá)到一般要求。

(2) 調(diào)節(jié)泄水量。根據(jù)具體的生態(tài)要求，由監(jiān)測(cè)設(shè)施控制的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能夠改善下游的水流質(zhì)量。

(3) 水輪機(jī)。水輪機(jī)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(fù)荷

當(dāng)電廠遇高峰負(fù)荷時(shí)，可能導(dǎo)致下泄水量不穩(wěn)定，改變河流的正常流態(tài)，進(jìn)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(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的不利影響在如今的水利政策中是強(qiáng)制性要求，也是最明智的做法，其措施包括：

(1) 運(yùn)行措施。為達(dá)到特定的生態(tài)要求，可調(diào)整電廠的運(yùn)行安排，但該調(diào)整不應(yīng)大幅影響發(fā)電產(chǎn)能。

(2) 施工措施。在水輪機(jī)下游修建調(diào)節(jié)補(bǔ)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(yùn)行的前提下應(yīng)對(duì)用電高峰的技術(shù)措施。

2保護(hù)和修復(fù)棲息地面臨的挑戰(zhàn)

經(jīng)過數(shù)十年對(duì)水資源的高強(qiáng)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(shí)施保護(hù)水資源的政策。

這對(duì)水電行業(yè)的部分從業(yè)者產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。為達(dá)到嚴(yán)格的環(huán)保要求，他們?cè)诖朔矫嬉勋@得了豐富經(jīng)驗(yàn)，對(duì)許多方案也進(jìn)行了改造。為改善或修復(fù)棲息地，現(xiàn)有設(shè)施被翻修，新設(shè)施的設(shè)計(jì)也以棲息地保護(hù)為重點(diǎn)。

然而，世界上仍然有些地區(qū)在應(yīng)對(duì)與水電相關(guān)的生態(tài)挑戰(zhàn)方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)知之甚少。即使這些地區(qū)工程設(shè)計(jì)的限制因素與發(fā)達(dá)地區(qū)的一般工程類似，其重要性也高許多。在欠發(fā)達(dá)地區(qū)，過魚設(shè)施設(shè)計(jì)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(yuǎn)多于發(fā)達(dá)地區(qū)的種類；

(2) 生物量大，洄游高峰期每小時(shí)有幾千噸魚通過；

(3) “生態(tài)流量”管理要求水輪機(jī)有相對(duì)較高的過流量和水頭；

(4) 水位和流量的年內(nèi)差異。

3實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的五個(gè)步驟

如上所述，在水電工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中要考慮3個(gè)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(shí)現(xiàn)水電可持續(xù)發(fā)展的5個(gè)步驟，該方法雖為眾人所知，但并不總能得到很好的應(yīng)用。這5個(gè)步驟覆蓋了水電工程在整個(gè)生命周期內(nèi)的棲息地保護(hù)問題。

(1) 在工程建設(shè)之前，監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集設(shè)施就位，以記錄原有的野生生物習(xí)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(yùn)行方案，并在施工前做出決策。

(3) 采用最合適的設(shè)計(jì)方案實(shí)施。

(4) 持續(xù)評(píng)估工程運(yùn)行情況。

(5) 根據(jù)工程運(yùn)行期間產(chǎn)生的環(huán)境影響，對(duì)工程進(jìn)行調(diào)整。

在水電工程的整個(gè)使用壽命期間都要不斷重復(fù)以上步驟。

4本地方法與全球化經(jīng)驗(yàn)

每個(gè)水電工程都有一些與眾不同的特點(diǎn)，所以最佳做法不是應(yīng)用相同的設(shè)計(jì)，而是應(yīng)用相同的指導(dǎo)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(yàn)為基礎(chǔ),且經(jīng)過驗(yàn)證的科學(xué)技術(shù)方法。

通過開發(fā)公司自有的專業(yè)技術(shù)，并與外來專家進(jìn)行合作，該公司為減輕對(duì)水生生物的不利影響提供了創(chuàng)新的技術(shù)解決辦法。通過從豐富經(jīng)驗(yàn)中積累最實(shí)用的原則，收集專家意見，并結(jié)合具體的現(xiàn)場(chǎng)信息，該公司一直致力于將現(xiàn)有最先進(jìn)的設(shè)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(fù)。貝利公司作為老撾政府方工程師，負(fù)責(zé)1 300 MW沙耶武里(Xayaburi)水電站的建設(shè)階段。

該公司建議承建商徹底修改原有過魚設(shè)施的招標(biāo)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)。該公司還協(xié)調(diào)了針對(duì)當(dāng)?shù)佤~種的生理機(jī)能及習(xí)性進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，這樣就能保證設(shè)計(jì)決策以當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)數(shù)據(jù)為依據(jù)。若干不同的可單獨(dú)調(diào)整的過魚設(shè)施將會(huì)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(shè)計(jì)，使種類極為豐富的魚群的過魚效率最大化，同時(shí)還要保證該設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)條件受限的情況下發(fā)揮作用。該設(shè)計(jì)采用了國際魚道標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際，又對(duì)當(dāng)?shù)佤~類進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)查研究，以便開發(fā)出一個(gè)更加因地制宜的魚道設(shè)計(jì)方案。Fishtek公司從更廣的視角對(duì)魚道設(shè)施提出了建議，得到了貝利公司的認(rèn)同。而貝利公司在工程學(xué)和大型水電工程方面的經(jīng)驗(yàn)正好與Fishtek公司在漁業(yè)生物學(xué)與魚道設(shè)計(jì)、施工與監(jiān)測(cè)方面的經(jīng)驗(yàn)互為補(bǔ)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(dǎo)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(duì)于恢復(fù)該地區(qū)的過魚通道至關(guān)重要。

通過與魚類生態(tài)學(xué)家的密切合作，貝利公司重新設(shè)計(jì)了維倫(Wyhlen)水電站有著90 a歷史的魚道。由于水電站在整個(gè)施工建設(shè)期間都要維持全面運(yùn)行，創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，制定出了既有利于生態(tài)健康又經(jīng)濟(jì)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(chǔ)設(shè)施的中心連接點(diǎn)。為了與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)繁榮保持一致，應(yīng)重新構(gòu)建多瑙河的生態(tài)完整性。

貝利公司開發(fā)并設(shè)計(jì)了奧地利境內(nèi)多瑙河上的梅爾克(Melk)水電站的第1個(gè)魚類洄游走廊。長(zhǎng)2 km的分水渠有12 m的高度差，配備1個(gè)入口堰、1個(gè)豎縫式魚道，以及一般情況下和緊急情況下的動(dòng)態(tài)泄洪系統(tǒng)。自2007年起，對(duì)該創(chuàng)新設(shè)計(jì)的生態(tài)有效性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)并獲得通過。

6結(jié)語

水電資源的開發(fā)減少了各國對(duì)于礦物燃料的依賴，并對(duì)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)產(chǎn)生了積極影響，同時(shí)也有利于平衡其他可再生能源。水電是目前為止最經(jīng)濟(jì)的能源儲(chǔ)存方式。水電技術(shù)已經(jīng)成熟，電站的使用壽命長(zhǎng)、可預(yù)測(cè)，且其運(yùn)行和維護(hù)成本最低。因此，國際能源署(IEA)預(yù)測(cè)，到2050年全球水電裝機(jī)將翻一番，達(dá)到20億kW。

然而，如果設(shè)計(jì)不合理，水電資源也可能帶來災(zāi)難性的后果。因此水電開發(fā)要建立在可靠的科學(xué)基礎(chǔ)之上，這不僅僅是為了符合所有要求，也是為了獲得所有關(guān)鍵利益相關(guān)者(包括投資者和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū))的認(rèn)可。

為了能做到這一點(diǎn)，水電行業(yè)在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面建立了良好的理論基礎(chǔ)，但這些理論在實(shí)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(shí)按預(yù)算交付工程的問題中，通過國際經(jīng)驗(yàn)獲得的真正實(shí)用的專業(yè)知識(shí)變得很有必要。

徐瑞華譯

(編輯：陳紫薇)

中圖法分類號(hào)：X52；TV212

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)03-0008-03

收稿日期：2015-12-31