劉 杰, 龍 靈 滋

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司,四川 成都 610072)

0 引 言

水電工程依河而建,通常需要建設(shè)攔河閘壩,這會對河流水生生態(tài)系統(tǒng)造成最直接的干擾,因此,在水電開發(fā)進入生態(tài)制約階段的大背景下,水生生態(tài)保護工作自然成為了重中之重。河流作為生物和營養(yǎng)元素的重要交流廊道,其連通性是保障河流水生生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)性的必要條件。我國絕大部分大中型水電站是壩式水電站,如三峽、溪洛渡、向家壩、錦屏一級等,其修建必然對河流產(chǎn)生阻隔效應(yīng),影響河流的連通性。因此,筑壩河流的水生生態(tài)保護工作成為了水電開發(fā)過程中的重要研究論證內(nèi)容。

1 我國水電開發(fā)水生生態(tài)保護工作歷程

自新中國成立以來,我國水電事業(yè)蓬勃發(fā)展,與其他發(fā)達國家相比,我國的水電開發(fā)水生生態(tài)系統(tǒng)保護工作相對滯后?？v觀水生生態(tài)保護工作歷程,大致可以分為3個階段,即探索階段、發(fā)展階段和強化階段。

(1)探索階段。新中國成立至20世紀(jì)70年代末,是我國水電開發(fā)水生生態(tài)保護的探索階段。當(dāng)時我國水電開發(fā)工作在重重困難中前行,前期的開發(fā)工作主要側(cè)重于工程效益和資源利用,生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)的法律、法規(guī)和政策尚未出臺,水電工程的水生生態(tài)環(huán)境保護工作并未受到重視。在此期間,國外發(fā)達國家的水生生態(tài)專家已經(jīng)開展了大量研究和實踐,國內(nèi)部分學(xué)者作為先行者也啟動了過魚設(shè)施、魚類增殖放流、水溫分層、生態(tài)基流等方面的探索和實踐。

(2)發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末,我國水電開發(fā)水生生態(tài)保護工作隨著環(huán)境保護管理制度的逐步健全,進入發(fā)展階段。1979年9月13日第五屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十一次會議通過了《中華人民共和國環(huán)境保護法(試行)》,明確在進行新建、改建和擴建工程時,必須提出項目環(huán)境影響報告書,經(jīng)環(huán)境保護部門和其他有關(guān)部門審查批準(zhǔn)后才能進行設(shè)計。1981年5月11日,國家計劃委員會、國家基本建設(shè)委員會、國家經(jīng)濟委員會、國務(wù)院環(huán)境保護領(lǐng)導(dǎo)小組聯(lián)合發(fā)布了《基本建設(shè)項目環(huán)境保護管理辦法》,明確把環(huán)境影響評價制度納入基本項目審批程序[1]。隨后原水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計院于1984年委托成都勘測設(shè)計院負責(zé),編制了《水利水電工程環(huán)境影響評價規(guī)范》(SDJ 302-88),于1989年7月1日起生效,填補了水電工程環(huán)評規(guī)范的空白。

進入90年代,河流生態(tài)流量的受重視程度進一步提高,1994年出版的《環(huán)境水利學(xué)導(dǎo)論》中明確界定了環(huán)境用水的概念。針對黃河斷流和水環(huán)境問題,水利部明確提出在水資源配置研究中應(yīng)考慮生態(tài)環(huán)境用水。除此之外,國家九五科技攻關(guān)項目的多個課題對西北地區(qū)內(nèi)陸河流生態(tài)基流計算方法開展研究。

(3)強化階段。進入21世紀(jì)之后,我國水電開發(fā)的水生生態(tài)保護工作進入強化階段。首先,國家和主管部門出臺了一系列的法律、法規(guī)和政策性文件,強化后的管理制度對水電開發(fā)的水生生態(tài)保護提出了更高的要求。其次,我國水電開發(fā)在2000年后已經(jīng)逐步擺脫了技術(shù)、投資和市場等制約因素,開發(fā)了一大批大型水電工程,尤其是高壩大庫水電站對水生生態(tài)保護工作也提出了更大的挑戰(zhàn)。

2003年9月1日起實施的《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》,將環(huán)境影響評價制度法制化。2003年,原國家環(huán)保總局和水利部聯(lián)合發(fā)布了《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 水利水電工程》(HJ/T 88-2003),2006年又發(fā)布了《水電水利建設(shè)項目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南(試行)》,為水電水利建設(shè)項目環(huán)評提供了重要的技術(shù)和管理依據(jù)。

進入21世紀(jì)后,我國建成了一批大型水利水電工程,其中不乏像長江三峽水利樞紐工程、錦屏一級水電站、溪洛渡水電站這樣的舉世矚目的巨型工程。這一批大型水電工程的水生生態(tài)保護工作難度、復(fù)雜性、外部要求和關(guān)注度均明顯超越了上世紀(jì)的水電工程。對我國2000年之后的88個水電項目進行統(tǒng)計,絕大部分水電項目均選擇一種或多種魚類保護措施,其中采取魚道措施5個,占5.7%;采取其他過魚措施(仿自然旁通道、升魚機等)27個,占30.7%;實施人工增殖放流措施78個,占88.60%;營造人工產(chǎn)卵場、棲息地26個,占29.5%;建立魚類保護區(qū)和禁漁區(qū)17個,占19.3%;加強漁政管理工作37個,占42.0 %?？梢?棲息地保護、魚類增殖放流、生態(tài)流量、過魚設(shè)施、高壩大庫低溫水減緩等水生生態(tài)保護措施已成為21世紀(jì)水電開發(fā)的重要工作內(nèi)容。

2 筑壩河流水生生態(tài)問題及保護必要性

筑壩式水電開發(fā)使河流水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的連鎖反應(yīng),從而改變河流的生境要素和生物要素,且各個要素的影響又是緊密相連、不可分割的。對于如何直觀地描述筑壩的影響及影響產(chǎn)生的過程,有諸多學(xué)者進行了思考,并提出了相應(yīng)的概念模型。Petts G[2]認為,筑壩的影響可分為三個層次,大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響見圖1。

圖1 大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

(1)第一層次影響。水電工程最先是對自然河流生態(tài)系統(tǒng)形成阻隔影響,引起河流水生生態(tài)系統(tǒng)中的生境要素的變化。水庫蓄水后使庫區(qū)水位抬高,形成變動回水區(qū),在水庫進行防洪和發(fā)電等調(diào)度時,庫區(qū)水位可能會出現(xiàn)反季節(jié)上漲和消落期迅速下降等非自然的變化,顯著改變了河流天然的水文過程。高壩大庫型水電站還可能導(dǎo)致庫區(qū)水溫分層現(xiàn)象,打破自然河流水溫從源頭至河口呈現(xiàn)沿程逐漸增加的連續(xù)變化的規(guī)律。

(2)第二層次影響。面對水生生境從“河流型”向“湖泊型”轉(zhuǎn)變,浮游生物種群會逐漸發(fā)生相應(yīng)的自然選擇和演替,改變河流水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力。通常這種轉(zhuǎn)變對浮游植物和浮游動物的繁殖生長是有利的,其種群數(shù)量總體呈現(xiàn)增加趨勢,水庫的初級生產(chǎn)力提高。但浮游生物的種群結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化調(diào)整,適于緩流和開闊水面生長的生物種群數(shù)量會增加,如藍藻門和綠藻門等;而只適宜于流水環(huán)境的種群將受到抑制,生物量比重將逐漸減少。水電站建成運行后,還進一步對河流形態(tài)、河床基質(zhì)等非生物要素造成影響,原來河流上中下游蜿蜒曲折的形態(tài)在庫區(qū)中消失,干流、支流、河灣、沼澤、急流、淺灘等豐富多樣的生境被單一的水庫生境所替代,生境的異質(zhì)性大幅降低,水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能隨之發(fā)生變化,生物群落多樣性也隨之降低。

(3)第三層次影響。在第一、二層次影響的綜合作用下,將引發(fā)較高級(無脊椎動物、魚類等)和高級(哺乳動物等)生物要素的變化,其中對魚類的影響是最大的,也是關(guān)注度最高的。首先,第一層次影響中的阻隔效應(yīng)將造成生境破碎化,這對需要進行大范圍遷移的魚類造成重大影響。其次,水文情勢的改變可能導(dǎo)致自然河流原有魚類種群喪失適宜生境,引起魚類群落組成發(fā)生變化。此外,河流水溫、氣體過飽和、餌料生物豐度的變化也將顯著影響魚類資源,甚至造成某些魚類種群在受影響區(qū)域絕跡。

可見,筑壩式水電開發(fā)對河流水生生態(tài)系統(tǒng)的影響是從第一層次到第三層次發(fā)生了一系列復(fù)雜的連鎖反應(yīng),最開始改變水文節(jié)律、水溫、水質(zhì)和河流形態(tài)等生境條件,進而影響浮游植物、浮游動物、魚類等生物要素,最終打破原有河流水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,損害河流水生生態(tài)系統(tǒng)功能和價值。若水電工程不開展保護和修復(fù)工作,對水生生態(tài)系統(tǒng)的損害是難以挽回的。我國在水電開發(fā)技術(shù)和經(jīng)驗不斷累積的基礎(chǔ)上,也在一步步發(fā)展著水生生態(tài)保護技術(shù)。

3 措施體系構(gòu)建原則

(1)流域統(tǒng)籌的保護原則。水生生態(tài)保護工作是一個長期性、統(tǒng)籌性和連續(xù)性的工作,對于梯級開發(fā)的河流,水生生態(tài)保護應(yīng)該統(tǒng)籌上、下游,從流域的角度考慮保護措施。雖然目前我國的流域規(guī)劃環(huán)評制度會從流域?qū)用鎸Υ胧w系進行總體部署,但很多河流開發(fā)時常遇到上、下游屬不同開發(fā)業(yè)主,不可避免地出現(xiàn)各自為戰(zhàn)的局面,自然會導(dǎo)致措施體系難以發(fā)揮流域整體保護的效果。以魚類增殖放流措施為例,在缺少統(tǒng)籌規(guī)劃的流域,經(jīng)常出現(xiàn)多個電站的保護魚種非常相似,但仍采用“一廠一站”式的設(shè)立方式,無法統(tǒng)籌安排最適合相關(guān)河段的增殖放流種類和數(shù)量,還會造成大量重復(fù)建設(shè)資金的浪費。因此,分河流區(qū)段明確保護目標(biāo),統(tǒng)籌規(guī)劃,合理確定規(guī)模,因地制宜選擇站址,多個梯級聯(lián)合建站的方式,對于優(yōu)化流域和區(qū)段魚類保護效果是最有利的。

(2)一站一策、因地制宜和因時制宜原則。眾所周知,水生生態(tài)保護工作要注重生態(tài)系統(tǒng)完整性,既要開展水生生境要素的修復(fù),也要注重水生生物的保護,二者相互依存、缺一不可。如果忽視水生生態(tài)系統(tǒng)的完整性修復(fù),僅保護或修復(fù)單一的生態(tài)要素,往往難以全面保證河流水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和健康。但對于一個具體項目,水生生態(tài)系統(tǒng)保護和修復(fù)不等于面面俱到,應(yīng)結(jié)合工程特性和生態(tài)系統(tǒng)特征,識別水生生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題,有針對性、有重點地采取措施。

(3)科學(xué)性和有效性原則。水電工程的水生生態(tài)影響機制復(fù)雜,尤其對于大型水電工程而言,水生生態(tài)保護措施體系構(gòu)建更應(yīng)該謹(jǐn)慎,需從工程造成的水生生態(tài)影響出發(fā),科學(xué)、系統(tǒng)地研究論證,對于其中一些關(guān)鍵的水生生態(tài)難題,需開展專題研究,確保措施的科學(xué)性和有效性。

(4)可操作性和經(jīng)濟性原則。水電開發(fā)的水生生態(tài)保護技術(shù)目前還在不斷發(fā)展和完善,諸多措施尚存在技術(shù)壁壘,或者經(jīng)濟性較差,暫不具備大規(guī)模運用的條件。比如,錦屏一級最大壩高305 m,壩址處工程地質(zhì)條件復(fù)雜,修建魚道的工程難度和代價極大,而且也無法達到恢復(fù)魚類洄游通道的預(yù)期效果,不具備可操作性和經(jīng)濟性;對于一些目前人工繁殖技術(shù)尚未突破的珍稀保護魚類,應(yīng)該在考慮可行性的前提下合理規(guī)劃人工增殖放流計劃,以確保近期放流目標(biāo)的可操作性。因此在規(guī)劃水生生態(tài)措施體系時,應(yīng)結(jié)合工程的特性,注意措施的可操作性,使設(shè)計符合實際情況,盡量用較小的投入獲得最大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

4 水生生態(tài)保護關(guān)鍵措施類型

4.1 棲息地保護

水電開發(fā)使魚類“三場”和重要棲息地遭到破壞,甚至消失,需實施有效的棲息地保護措施。魚類棲息地保護包括兩種方式:一種是棲息地保護,指棲息地仍處在未被干擾的初始狀態(tài)時所采取的保護措施;另一種是棲息地修復(fù),指棲息地已經(jīng)受損并遠離初始狀態(tài),通過人工措施使其得到恢復(fù)或改善[3]。保留天然河道是對魚類棲息地進行保護的最主要措施。通過保留存在魚類重要棲息地且未受人類活動干擾的自然河段,支流生境替代、建立禁捕區(qū)、自然保護區(qū)等達到保護魚類的目的。支流生境替代是指對受干流水電開發(fā)影響的河流生物進行近地保護,將開發(fā)干流的支流作為保護河段,建立保護區(qū),維持或創(chuàng)造受影響生物的適宜棲息地,最大程度替代干流生境,緩解水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的負面影響。

4.2 水文過程維護和生態(tài)調(diào)度措施

河流生態(tài)系統(tǒng)是生物要素和生境要素相互作用的統(tǒng)一體,自然水文過程是江河生態(tài)系統(tǒng)的重要“驅(qū)動者”,水利水電工程建設(shè)人為改變了河流的自然演進和變化過程,改變了原有的生態(tài)系統(tǒng)平衡,河流生態(tài)系統(tǒng)受到脅迫[4]。水庫生態(tài)調(diào)度主要致力于改進水庫調(diào)度方式,通過模擬自然河流水文過程的方式,減緩水庫調(diào)節(jié)對水文過程、水溫、水質(zhì)的影響,從而修復(fù)河流生態(tài)功能。水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方法是指在實現(xiàn)防洪、發(fā)電、供水、灌溉、航運等社會經(jīng)濟多種目標(biāo)的前提下,兼顧河流生態(tài)系統(tǒng)需求的水庫調(diào)度方法[5]。生態(tài)調(diào)度屬于非工程措施,與工程措施相比,水庫生態(tài)調(diào)度措施具有實施費用較低、措施效果較明顯的特點。

4.3 下泄水溫減緩措施

水溫分層型水庫采取傳統(tǒng)的底層取水方式產(chǎn)生的下泄低溫水,會降低下游河道的水溫,下泄的低溫水會抑制水生生物的生長和繁殖,對下游的農(nóng)作物造成危害[6]。為了減緩低溫水下泄造成的影響,在分層型水庫中取水時,不同的高程設(shè)取水口,抽取不同水層的水體,這種形式稱為分層取水。目前,分層取水是緩解低溫水影響最有效的措施。分層取水建筑物主要有多層平板門、疊梁門、翻板門、浮筒等豎井式、斜涵臥管式以及多個不同高程取水口布置等形式[7]。

4.4 水生生物保護措施

水生生物保護工作的重點是魚類資源保護。魚類是水生生態(tài)系統(tǒng)中的頂級群落,對其他類群的存在和豐度有著重要作用,對河流生態(tài)系統(tǒng)具有特殊作用。加之魚類對生存空間最為敏感,故將魚類作為水生生態(tài)系統(tǒng)的重點保護目標(biāo)。魚類保護主要是維持魚類物種多樣性水平和種群規(guī)模,避免數(shù)量減少,甚至滅絕。水電工程水生生態(tài)保護河段涉及魚類通常不止一種,諸多魚類種群中,應(yīng)以珍稀保護魚類和當(dāng)?shù)刂饕慕?jīng)濟魚類作為保護的主要對象。

水文過程維護、生態(tài)調(diào)度、水溫減緩、棲息地保護、庫底清理等水生生境保護措施對魚類資源保護發(fā)揮著重要作用。除此之外,水電工程建設(shè)和運營期間通常還會根據(jù)工程特點,選擇性地采取過魚設(shè)施、魚類增殖放流、魚類科學(xué)研究、魚類資源監(jiān)測、漁政管理等措施。

(1)過魚設(shè)施。魚類的洄游是一種有一定方向、一定距離和一定時間的變換棲息場所的運動。這種運動通常是集群的、有規(guī)律的、有周期性的,并具有遺傳的特征。依據(jù)洄游的目的,可以將洄游分為索餌洄游、越冬洄游和產(chǎn)卵洄游。攔河筑壩會阻斷或延滯魚類的洄游,造成棲息地的喪失或改變,導(dǎo)致魚類的減少甚至滅絕。過魚設(shè)施是為緩解這種現(xiàn)象采用的措施,對促進壩址上下游魚類遺傳信息交流,維護自然魚類基因庫、保證魚類種質(zhì)資源、維護魚類種群結(jié)構(gòu)等有著重要作用。

根據(jù)《水電水利建設(shè)項目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南(試行)》,世界范圍內(nèi)已經(jīng)設(shè)計建造的過魚設(shè)施包括以下分類體系:

①水渠式魚道,如平面式魚道、導(dǎo)培式魚道、階梯式魚道等;

②撈揚式魚道(升魚機式魚道);

③閘門式魚道;

④特殊魚道。

從發(fā)展的趨勢來看,撈揚式魚道有望成為高壩過魚的途徑,閘門式魚道被廣泛應(yīng)用于河口大堰及河流中下游通江湖泊出口節(jié)制閘。河流中上游地區(qū)大部分采用水渠式魚道特別是階梯式魚道。平面式和導(dǎo)培式魚道已漸成過去。

我國的學(xué)者在1980年代也提出了如下過魚設(shè)施分類系統(tǒng):

①魚梯,如直培式魚梯、導(dǎo)墻傾斜式魚梯、深導(dǎo)墻式魚梯、池式魚梯、丹尼爾式魚梯等;

②魚閘(閘門式魚道);

③升魚機與索道式魚道;

④集魚船;

⑤特殊魚道,如鰻魚梯、管道式魚梯、過魚閘窗等。

魚梯或水渠式魚道的基本設(shè)計原理都是一致的,有的形式結(jié)構(gòu)是從另一種形式結(jié)構(gòu)改良而來,因此簡單地將其歸納為槽式魚道和池式魚道兩種類型。合適魚道的選擇取決于魚的種類、水力條件、蓄水位、費用和其他因素。目前,國內(nèi)外主要過魚設(shè)施有魚道和仿自然旁道,對河流連通性恢復(fù)具有較好的作用。但高壩大庫建設(shè)魚道和仿自然旁道,受地形條件、過魚效果和經(jīng)濟投入等多方面的限制,采用這兩種過魚設(shè)施時需非常慎重。

(2)魚類增殖放流措施。魚類增殖放流是對處于瀕危狀況或具有生態(tài)及經(jīng)濟價值的特定魚類進行人工繁殖和放流,人為增加魚類資源補充量,緩和魚類資源的波動,維持一定數(shù)量的自然種群,促進其趨于穩(wěn)定。增殖放流站的主要任務(wù)是對開發(fā)河段的親魚收集、馴養(yǎng)、人工繁殖、苗種培育、標(biāo)記、放流,并對增殖放流效果進行評估。根據(jù)放流對象不同的生態(tài)習(xí)性,養(yǎng)殖生產(chǎn)工藝分為循環(huán)水養(yǎng)殖、流水養(yǎng)殖及靜水養(yǎng)殖。魚類增殖放流是補償水電開發(fā)對魚類的不利影響,維護珍稀、瀕危魚類種群延續(xù)以及補充經(jīng)濟魚類資源的一種重要手段。

對水電站工程河段開展水生生境保護工作,可以一定程度上保障魚類生境,但仍難以達到整體保護魚類資源的目的。首先,電站運行后會壓縮原有魚類種群的生存空間,水文情勢的改變也可能會降低魚類的自然繁殖能力,且大壩阻隔將一定程度降低不同群體之間的基因交流,導(dǎo)致遺傳多樣性下降,降低種群生存力,需要通過其他途徑補充魚類資源。其次,水電站工程河段可能涉及珍稀保護物種,且其中大部分為當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟魚類,在漁業(yè)捕撈和生存環(huán)境惡化的雙重壓力下,種群數(shù)量將受到嚴(yán)重威脅。所以,開展魚類增殖放流工作對于水電開發(fā)過程中的魚類資源保護工作意義重大。

(3)其他魚類保護措施。除了過魚設(shè)施和魚類增殖放流措施之外,通常在水電開發(fā)過程中還會采取魚類科學(xué)研究、魚類資源監(jiān)測和漁政管理等魚類保護措施。雖然諸多電站均配套建設(shè)了魚類增殖放流站,且近期可以放流多種保護魚類和經(jīng)濟魚類。但受科學(xué)研究進展的限制,目前我國開展水電開發(fā)的流域尚有諸多珍稀保護魚類未實現(xiàn)人工繁殖,比如雅礱江流域的裸體異鰾鰍鮀、圓口銅魚、西昌高原鰍、松潘裸鯉、中華鮡和青石爬鮡等魚類。因此,工程根據(jù)需要開展較為系統(tǒng)的魚類科學(xué)研究,以便在魚類人工繁殖和魚類保護方面取得更大的突破。

定期在工程影響河段開展水生生態(tài)監(jiān)測工作是必不可少的,以考察工程建成后水生生物的區(qū)系組成、種群數(shù)量、分布、漁獲物組成及優(yōu)勢度。水生生態(tài)調(diào)查有利于及時追蹤分析工程建設(shè)對工程河段的水生生態(tài)影響程度,便于開展魚類保護效果評估。

通過地方主管部門加強漁政管理的措施,避免出現(xiàn)過度捕撈的現(xiàn)象。結(jié)合魚類監(jiān)測、調(diào)查成果,劃定魚類禁捕區(qū),再結(jié)合各種魚類的生態(tài)習(xí)性劃定禁捕期。在禁漁期間,禁止一切捕撈活動。

5 結(jié) 語

筆者總結(jié)分析了我國水電開發(fā)水生生態(tài)保護的工作歷程、筑壩河流水生生態(tài)問題及保護必要性,并系統(tǒng)梳理了水生生態(tài)措施體系構(gòu)建原則。 同時,探討和總結(jié)了筑壩河流水生生態(tài)保護措施類型,主要包括棲息地保護措施、水文過程維護和生態(tài)調(diào)度措施、下泄水溫減緩措施、水生生物保護措施和其他魚類保護措施等。為筑壩河流的措施體系構(gòu)建提供了基本的思路,具有一定的借鑒意義?？偨Y(jié)的水生生態(tài)問題、措施體系構(gòu)建原則和措施類型均為綜述性內(nèi)容,仍存在一定的局限性。