水电开发中的生态问题及其缓解措施



环境与生态

水电开发中的生态问题及其缓解措施

摘要：针对水电开发活动中的生态问题，提出影响水生生物及生态系统的3个重要因素：鱼类洄游、生态流量及电厂高峰负荷，并分别论述了相关生态问题的缓解措施。分析了生态栖息地保护和修复面临的挑战，提出了实现可持续水电开发的5个关键步骤。结合3个工程案例，指出综合利用国际通用的经验与针对具体工程的专业技术，可使工程达到生态保护的要求，确保工程按时按预算交付，并获得所有利益相关者的认可。

关键词：水电资源开发规划；水生生物；生态系统；案例分析；工程措施

人类通过高强度地利用世界各地的河流为其活动提供支撑。这种利用方式可能导致开放水域减少，而开放水域对于水生生物的迁徙至关重要。水电设施的业主和承建商迫于公众压力和道德压力，需维持受影响地区的生态健康。在许多国家，相关法规明确了要采取生态缓解措施，且这些措施能切实确保水电项目开发方案的可持续性，并获得所有利益相关者的认可。

本文将涉及栖息地保护和改善的重点领域，详述水电行业目前采取的一些生态缓解措施，并归纳出该行业必须采取的关键步骤，以确保符合国际期望和标准的可持续运作。

1重点环境问题及相关缓解措施

鱼类和其他水生生物栖息地的保护和改善对于整个河流生态系统至关重要。为满足各水电工程的独特需求，需从了解当地物种的特定习性出发。其中，对3个能够影响鱼类和水生生物的重点问题必须予以考虑：鱼类洄游、生态流量和高峰负荷。这些问题及水电行业所采取的现代生态缓解措施概述如下。

1.1鱼类洄游

河流中的坝和堰对很多水生生物形成了障碍。因此，利用合适的设施确保过鱼通道足够开阔，对于种群的生存至关重要，也是水电设计的一个基本要素。以下是为鱼类洄游通道安全设置的一些基本设施。

(1) 上游：鱼梯、鱼道、坡道、鱼闸、升降机和导流渠；

(2) 下游：栅栏、网格、分洪道及亲鱼设备。

1.2生态流量

如果要在控制河流流量之后继续实现其既定功能，就需要维持其自然平衡。由于水流在取水口被取走用于灌溉、饮用或发电，许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(也称生态流量)必须足够维持河流的各种功能，比如为野生动物提供栖息地、供给地下含水层、分解污染物。保证生态流量的措施如下。

(1) 法定的最低流量要求。通过适当操作闸门和泄水孔确保泄水量稳定持续并达到一般要求。

(2) 调节泄水量。根据具体的生态要求，由监测设施控制的动态调节能够改善下游的水流质量。

(3) 水轮机。水轮机将水直接排到大坝或鱼梁下游，除用于发电，还可给受影响的河流注入足量的水流。

1.3高峰负荷

当电厂遇高峰负荷时，可能导致下泄水量不稳定，改变河流的正常流态，进而减少物种(包括处在不同生命周期的鱼类)的数量和多样性。减轻对水生生态系统的不利影响在如今的水利政策中是强制性要求，也是最明智的做法，其措施包括：

(1) 运行措施。为达到特定的生态要求，可调整电厂的运行安排，但该调整不应大幅影响发电产能。

(2) 施工措施。在水轮机下游修建调节补偿池或洞室、改变电站厂房的出水方向、改善河床形态都是在不影响电厂运行的前提下应对用电高峰的技术措施。

2保护和修复栖息地面临的挑战

经过数十年对水资源的高强度利用，各国政府和组织开始通过法律框架(如《欧盟水框架指令》)实施保护水资源的政策。

这对水电行业的部分从业者产生了驱动效应。为达到严格的环保要求，他们在此方面已获得了丰富经验，对许多方案也进行了改造。为改善或修复栖息地，现有设施被翻修，新设施的设计也以栖息地保护为重点。

然而，世界上仍然有些地区在应对与水电相关的生态挑战方面缺乏经验，对当地生态系统的科学知识知之甚少。即使这些地区工程设计的限制因素与发达地区的一般工程类似，其重要性也高许多。在欠发达地区，过鱼设施设计的主要制约因素包括：

(1) 生物多样性丰富，洄游鱼类的种类远多于发达地区的种类；

(2) 生物量大，洄游高峰期每小时有几千吨鱼通过；

(3) “生态流量”管理要求水轮机有相对较高的过流量和水头；

(4) 水位和流量的年内差异。

3实现可持续发展的五个步骤

如上所述，在水电工程设计和运行过程中要考虑3个可持续性的核心因素以及减轻环境影响的方式。以下介绍的是实现水电可持续发展的5个步骤，该方法虽为众人所知，但并不总能得到很好的应用。这5个步骤覆盖了水电工程在整个生命周期内的栖息地保护问题。

(1) 在工程建设之前，监测与数据采集设施就位，以记录原有的野生生物习性及各种野生生物的平衡性。

(2) 根据数据，比较分析可能的施工及运行方案，并在施工前做出决策。

(3) 采用最合适的设计方案实施。

(4) 持续评估工程运行情况。

(5) 根据工程运行期间产生的环境影响，对工程进行调整。

在水电工程的整个使用寿命期间都要不断重复以上步骤。

4本地方法与全球化经验

每个水电工程都有一些与众不同的特点，所以最佳做法不是应用相同的设计，而是应用相同的指导原则。例如，贝利(Pöyry)工程公司所采用的方法是以在热带和温带地区积累的案例、研究和经验为基础,且经过验证的科学技术方法。

通过开发公司自有的专业技术，并与外来专家进行合作，该公司为减轻对水生生物的不利影响提供了创新的技术解决办法。通过从丰富经验中积累最实用的原则，收集专家意见，并结合具体的现场信息，该公司一直致力于将现有最先进的设施提升到新的高度。

5工程案例

5.1老挝沙耶武里水电站

湄公河流域的国家倾向于选择水电作为能源。老挝有成为“东南亚蓄电池”的宏伟抱负。贝利公司作为老挝政府方工程师，负责1 300 MW沙耶武里(Xayaburi)水电站的建设阶段。

该公司建议承建商彻底修改原有过鱼设施的招标设计，并通过与渔业专家顾问及承建商的密切合作，积极参与开发新的概念设计。该公司还协调了针对当地鱼种的生理机能及习性进行的现场测试，这样就能保证设计决策以当地的科学数据为依据。若干不同的可单独调整的过鱼设施将会大幅降低水电工程带来的生态影响。

英国Fishtek咨询公司与贝利公司(即沙耶武里水电站业主方工程师)密切合作，以开发并优化鱼道设计，使种类极为丰富的鱼群的过鱼效率最大化，同时还要保证该设计在现场条件受限的情况下发挥作用。该设计采用了国际鱼道标准的最优方法，然而，为了确保水力参数符合湄公河物种的实际，又对当地鱼类进行了进一步的调查研究，以便开发出一个更加因地制宜的鱼道设计方案。Fishtek公司从更广的视角对鱼道设施提出了建议，得到了贝利公司的认同。而贝利公司在工程学和大型水电工程方面的经验正好与Fishtek公司在渔业生物学与鱼道设计、施工与监测方面的经验互为补充。

5.2瑞士维伦水电站

巴塞尔地处瑞士和德国交界处，该市上游的莱茵河上游河段曾是鲑科鱼类的重要产卵地。该河段建有11座水电站，导致了鱼类生境极度恶化，因此需要重建栖息地。将适合鱼类洄游的水道纵向连通，对于恢复该地区的过鱼通道至关重要。

通过与鱼类生态学家的密切合作，贝利公司重新设计了维伦(Wyhlen)水电站有着90 a历史的鱼道。由于水电站在整个施工建设期间都要维持全面运行，创新技术应运而生，制定出了既有利于生态健康又经济有效的缓解措施。

5.3奥地利梅尔克水电站

多瑙河作为世界上最大的物种最丰富的河流之一，是欧洲基础设施的中心连接点。为了与地区的经济繁荣保持一致，应重新构建多瑙河的生态完整性。

贝利公司开发并设计了奥地利境内多瑙河上的梅尔克(Melk)水电站的第1个鱼类洄游走廊。长2 km的分水渠有12 m的高度差，配备1个入口堰、1个竖缝式鱼道，以及一般情况下和紧急情况下的动态泄洪系统。自2007年起，对该创新设计的生态有效性进行了监测并获得通过。

6结语

水电资源的开发减少了各国对于矿物燃料的依赖，并对当地就业产生了积极影响，同时也有利于平衡其他可再生能源。水电是目前为止最经济的能源储存方式。水电技术已经成熟，电站的使用寿命长、可预测，且其运行和维护成本最低。因此，国际能源署(IEA)预测，到2050年全球水电装机将翻一番，达到20亿kW。

然而，如果设计不合理，水电资源也可能带来灾难性的后果。因此水电开发要建立在可靠的科学基础之上，这不仅仅是为了符合所有要求，也是为了获得所有关键利益相关者(包括投资者和当地社区)的认可。

为了能做到这一点，水电行业在实现可持续发展方面建立了良好的理论基础，但这些理论在实践中并不总能遵守或践行。因此，在平衡可持续发展与按时按预算交付工程的问题中，通过国际经验获得的真正实用的专业知识变得很有必要。

徐瑞华译

(编辑：陈紫薇)

中图法分类号：X52；TV212

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)03-0008-03

收稿日期：2015-12-31