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简论水力发电对生态环境的影响

水电知识网 〔2011-8-30 12:14:00〕   汤鑫华   来源: 《水电与新能源》2010年第5期  
  摘要:本文采用因素分析法,从11个方面定量和定性地分析了水力发电对生态环境的影响,得出了水电对环境的总体影响有利的结论,并阐述了加快水电开发的必要性。
  关键词:水力发电;生态环境;影响;评价
  
  新世纪以来,水电对环境的影响广为社会所关注,成为掣肘水电开发的主要因素之一。本文试图在深入分析的基础上,回答下述问题:水电对环境的影响究竟有多少是正面的,有多少是负面的?二者叠加,最终效果究竟是正面的,还是负面的?在开发水电的实践中,如何做才能尽可能发挥其正面作用,而尽可能减免其负面作用?

  一、水电环境影响:类型与大小

  所谓水电环境影响,主要是指水库本身及其调度运用方式对环境造成的影响。汪恕诚[1]将这种影响归纳为八个方面,认为,我国水电环境问题中水库移民是最值得关注的问题,而泥沙与河道的变化才是影响最大、最值得担忧的问题。陆佑楣[2]也进行了大致类似的分析。潘家铮[3]认为,水电工程对生态环境的影响有负面的,也有正面的;正面影响大于负面影响;负面影响可以通过必要的工程与非工程措施予以避免或者减轻;所谓保留一条原生态河流的观点是错误的……下面,本文从11个方面来定性地考察水电环境影响问题。对每个方面,既关注其正面影响,也关注其负面影响,并比较正反两个方面影响的大小。
  1.陆地淹没方面
  筑坝蓄水,除了要占用坝址以上原有的河道外,还必然占用两部分陆地:一是坝址处河道两岸的两片块状陆地(面积较小),二是水库水面淹没的河道两岸的两条带状陆地(面积较大)。这两部分陆地可能由一些农田、耕地、森林、房屋、村落、城镇甚至文物古迹组成,相应地,淹没它们会程度不同地造成田地的丧失、森林的损毁、房屋的报废、民众的迁居等不良后果。因此可以肯定地说,陆地淹没本身对环境的影响是负面的,而且较大。
  但是,水库形成的水面也有它的正面环境影响。因为,水面的增加不仅意味着蓄水和调水能力的增强,也意味着湖泊和湿地面积的增加,这必然有效改善当地水资源的时空分布和气候条件,从而有效增进面临水旱灾害威胁的当地民众的福祉,使相应地区的生态环境趋于改善。此外,我国具有大中型水电开发条件的河流多为偏远地区的V型河谷,相应水库淹没的陆地多为比较贫瘠的坡地,优质水田和耕地不多,珍贵林木和文物更少。因此,考虑到水面湿地增加和调蓄水量增加等方面带来的减灾效益和生态效应,陆地淹没的综合影响未必是负面的。
  2.河水流态方面
  水电工程对河水流态的影响是主要表现在下述几点上:其一,改变河道原有的水文水力学要素,如流速、流量、水温、断面面积、天然径流量等[4];其二,在横向、纵向及垂向上对河流形成阻隔效应,使河流的连续性遭到破坏,上下游、水陆间动植物的物质和能量交换条件发生变化;其三,建坝后,流水携带的沉积物可能大幅减少,因此可能导致下游河岸坍塌、河床下切,导致三角洲、冲积平原和海岸线停止增长甚至在一定范围内往回退缩,进而使河湖关系发生紊乱、滨海地区受到海水侵蚀;其四,水库下游河道的水运能力受到影响。
  当然,上述影响未必都是负面的。例如,许多河流有了水库及其对天然来水的调节后,植物生长条件大为改善,整个下游的河流生态系统免受洪水的冲击和干旱的打击;又如,一些河流的通航能力因为水库的出现而大幅提升;再如,水库放水冲洗河道,使下游河道地表水和地下水的水质得到有效改善[5]。实践证明,水库建成后,很多河流的水文特性出现了良性变化,一些河流在一段时间后逐渐形成新的生态平衡。我国的河道在天然状态下往往并不是长期稳定不变的,一些河流甚至是所谓游荡型的,水库的出现一般会使水流趋于平稳和规律,这有利于河道的稳定[6]。如果辅以适当的河道整治和水库调度措施,水库引起的河水流态的变化总体上是有利的,至少是可以向有利于社会和环境的方向转化的。对于天然河道、天然来水的情况,河水难免出现洪涝、干旱等极端情况。有了水库,人们就可以通过水量的跨时空调度来改变天然来水的时空分布,使其尽可能减少对自然环境和社会环境的冲击,更多更好地为人类造福。
  3.水质泥沙方面
  泥沙问题在我国特别是华北地区的河流中比较突出。河上筑坝,本身并不增加或减少泥沙总量,但会显著改变水流的输沙能力和输沙过程。所谓“显著改变”,可能有多种表现:一,泥沙逐渐淤积将同步减少水库的库容,从而影响水库预期效益的发挥;二,泥沙在坝前淤积将影响大坝的安全运行,严重的将会迅速缩短水库的寿命,威胁下游两岸民众生命财产的安全;三,泥沙淤积到一定程度将对库尾区或者回水变动区的航运构成威胁,甚至影响库尾区的生态环境;四,水库下泄清水将会减少下游河道的泥沙淤积,冲刷下游河道两岸和河床,亦即威胁下游河道的稳定;五,原本附着在泥沙里的微生物和矿物质显著减少,可能净化下游水质,但也可能恶化水生生物特别是鱼类的生存环境。
  应当指出的是,泥沙的下泄是流域中上游水土流失的表现,中下游沙土资源的增加和河口沙洲的增长是以中上游环境恶化为代价的。水土流失是我国最大的环境问题。因此,我国的国策是大力开展水土保持,尽可能减少河流泥沙。水库不能减少泥沙总量,但可以拦截泥沙,改变泥沙下泄方式。如果采取适当方式,水库调度可以显著而有效地改变泥沙带来的问题。黄河干流上的三门峡水库和小浪底水库分别是一个失败的典型和成功的范例。前者因为设计运用不当,导致泥沙淤积严重,曾经给上游干流支流带来很大危害,甚至使水库本身濒临报废;而后者的调水调沙(其中有前者配合运用的功劳)已使黄河连续十年不断流,使黄河干流河道的河床下降了1.5米,使黄河河口形成了很大一块生机昂然的湿地。因此,水库对河流泥沙的影响是不确定的。处理不好,会给河流生态带来严重问题;处理得好,则会带来良好影响。换言之,只要设计运用得当,水库是处理泥沙问题的有效工程措施。
  4.水生生物方面
  大坝和水库对水生生物的影响是广泛而显著的,这是因为它们会显著改变水流的流态,截断水生生物自由游动的通道和营养物质输移的连续性,并在一定程度和范围内改变水流的温度。河道形态的均一化和河水流态的非连续化,会在局部范围内降低生态环境包括生物群落的多样性[7]。河流梯级开发对水生生物生存环境的干扰更大,因为首尾相接的水库群几乎把“动水”生态环境完全变成了“静水”生态环境,这可能使梯级范围内的一些原有水生生物面临生存危机。
  水生生物中,受影响最大的是鱼类,特别是洄游性鱼类。河流被大坝截断后,洄游性鱼类无法上溯,可能会因此失去产卵场所;水库下泄的低温水流会恶化鱼类的生存环境。因此,有些鱼类特别是珍稀鱼种,在相应河段面临灭绝的危险。此外,河床、河道、河口等的变化,大坝下游湿地、沼泽、洪泛区等的萎缩和大坝的分隔作用,将影响两栖动物、软体动物、昆虫、水禽以及其他滨河生命形式的栖息、产卵、繁殖、生长,一些水产品的产量可能会降低。
  但是,修筑水坝形成水库,将扩大水域面积,为发展水产养殖业提供更大的平台;同时也促进水鸟等野生物种的生存和发展[8],这又会增加水产品的产量,为其他水生生物提供新的、更为广阔的生存空间。而且对于鱼类的保护,国内外已经发明和运用了多种措施,如实施人工增殖、建设鱼类上溯通道、实行分层取水等。这类工程和非工程措施在一定程度上减免了水库对水生生物特别是鱼类的冲击。因此,水库和大坝对水生生物的总体影响即使是负面的,也是有限的。
  5.陆生生物方面
  水电开发对陆生生物的影响大致是负面的,但肯定是相当有限的。这种影响可能体现在下述方面:其一,由于水电开发,人类活动必然加强和扩大,从而间接压缩坝址和水库周边陆生生物的生存空间;其二,水库的存在可能比原来的河流更多地阻隔一些陆生动物的跨越、迁徙;其三,工程施工和水库淹没可能破坏一些植被,破坏部分珍稀树木等植物的生长环境;其四,水电开发可能引起一些病虫害,从而威胁陆生生物的生存;其五,一些水库周边土地可能呈现盐碱化趋势,从而严重影响植物生长。如果我们有的放矢地采取对应措施,这些影响可予减免。有人宣称,水电开发必将严重损害生物多样性,造成物种灭绝。这种观点还不能令人信服。迄今我们并没有什么可靠的证据能够说明,大坝的建设已经导致任何物种灭绝。
  6.大气气候方面
  水电对大气的影响主要体现在两个方面:温室气体排放和气温变化,而这两者又有一定的关联。
  水电开发只是利用流水的势能发电,其水库淹没的植物可能排放一些二氧化碳。但总量很少,基本上可以忽略不计,且这种排放与水电本身没有关系。更重要的是,使用水电可以大规模减少煤电引起的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体的排放。李香云等人[9]证明,中国大气的恶化在很大程度上系燃煤所致,如果用水电替代煤电,每千瓦时的电力每年可以减排0.333公斤碳。
  至于水电对气温的影响,研究表明,这种影响是复杂的,有利有弊,但总体变量很小。毛以伟等人[10]认为,水体对水库周边的气温有白天降温、夜间增温的效应,可抑制极端最高气温,抬升极端最低气温。脱友才等人[11]的研究也表明,山区水库对周边地区可以抑制极端最高气温,抬升极端最低气温。实际上,这就是所谓湖泊效应的一种表现。这种湖泊效应,不管从影响的地理范围还是从影响的气温幅度看,都是有限的,并且是正面的。有资料显示[12],三峡工程对气温的影响,不论导致气温升高还是下降,水面垂直方向不超过400米,两岸水平方向不超过2000米。
  总体看来,水电对大气的直接影响是有限的,而且可能是有利的。考虑到它对化石能源的替代效应,水电明显有利于减少温室气体排放,促进节能减排,改善空气质量。
  7.地质灾害方面
  水电可能带来的地质灾害有地震、滑坡、塌陷。例如,水库水位抬高可能引起库岸坍塌和滑坡。
  地质灾害中,破坏性最大的当数水库诱发地震,亦即因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或周边发生的地震。水库诱发地震的发生概率较低[13],但由于震源较浅,其破坏性比相同震级的构造地震更大,而且可能危及大坝本身和下游生命财产的安全,因此倍受关注。国内外已有不少水库诱发地震的实例,但迄今诱发6级以上地震的只有四例,没有把水坝震垮的例子。汶川大地震发生后,范晓等人[14]提出,紫坪铺水库是诱发这次地震的重要原因。陈颙[15]、ICOLD[16]等否定了这种观点。
  关于水库可能带来的其他地质灾害和工程事故,理论和实践都表明,虽然其种类不少,但发生的概率很低。只要进行科学的防控,它们一般不会发生;万一发生,只要及时进行处理,一般不会造成严重后果。
  8.文物古迹方面
  水电工程建设会扰动和淹没一些土地,因此很可能会破坏或淹没一些珍贵的文物古迹。国内外对于这个问题已经有了广泛深入的调查研究和相当丰富的处理经验。一般来说,淹没文物的影响肯定是负面的。如果事先进行适当的文物考古,把已经发现的文物挖掘出来或者迁移出去,它的损失可以大大减轻乃至避免。事实上,近些年来水电开发导致文物古迹破坏或损失的情况不严重。鉴于尚未开发的水电工程大多处于人迹罕至的西部高山峡谷,未来淹没文物的几率和规模将会明显下降和缩小。当然,水电业者和相关方面对这个问题不能掉以轻心。
  9.风光景观方面
  水电开发对风光景观的影响,总体上是正面的、显著的。虽然工程施工会破坏坝址的原有景观,水库蓄水会淹没库区一些原有景观,或使其奇险程度下降;但工程本身和水库水面往往形成新的湖泊、港汊,并且改善库区原有风光,使其山更青、天更蓝、水更秀,并且增加水上旅游、娱乐等方面的新功能。可以说,水库的出现往往使当地的风光更胜一筹。目前,我国大多数已建大中型水电工程特别是其库区,都成了当地生态良好的旅游胜地。国家水利部因此命名了上千处“国家水利风景区”,有些大坝(如三峡工程大坝)或水库(如新安江水库,即千岛湖)还成了国际知名或我国5A级的旅游胜地。
  10.卫生健康方面
  水库蓄水改变了河水自由流淌的天性,在一定程度上使原来的“活水”变成了“死水”,这给一些水污染现象的出现提供了温床,水华和蓝澡是其典型代表。消落带,特别是其沼泽性陆域,在烈日烘烤下可能会滋生蚊蝇,乃至诱发传染病、瘟疫。这些都是大坝水库可能在卫生健康方面导致的负面影响。许多水库采取污染源控制、库面清污、支流整治、水土保持等措施,以防治此类次生灾害的发生;有些库区会建设调节坝,以使消落带长期处于水下。这些措施可以减免上述负面影响。
  应当指出的是,水库之所以可能出现水华、蓝澡现象,首先是因为,而且主要是因为,坝址以上的来水已经被污染。只是没有水库时,这些污水一直处于流动状态,污染物随之流向下游,不会长时间聚集在一起,进而滋生上述现象而已。避免这种现象的治本之策是人类尽量减免对水体的污染,而不是放弃水库的存在。此外,大规模水体的形成,在很多地方改变了原来的水土环境和生活习性,促进了当地的减排治污。因此从宏观层面看,水库在卫生健康方面的总体影响实际上是正面的。
  11.工程建设方面
  水电工程需要较长的建设期(比如5~7年),此间人类活动对局部河段和坝区周边地区(通常只是方圆几公里的范围)会有规模较大而且时间较长的负面扰动和影响。但这种影响也是有限的、短时的。而且随着人们环保意识的增强和施工技术的发展,一段时间后,水电工地周边地区的环境质量反而都有明显提高。
  工程建成后,可能产生溃坝等工程安全问题。导致溃坝的原因有多种可能性,如工程设计失误、建设质量隐患、水坝老化失修、工程运行不当、特大超限洪水乃至战争人为破坏等。小型水库溃坝的事例不少,一般都是由特大洪水引发的,损失也不太大;大中型水库极少有溃坝的。近年来,我国大规模地开展了病险水库除险加固工作,基本上根除了大中型水库溃坝的可能性。

  二、水电环境影响:一种量化分析的尝试

  对于前述内容,我们可以通过列表的方式给出进一步的分析,见“水电环境影响综合分析表”。该表对11种影响进行了量化处理:对负面影响最严重的陆地淹没给予-100分,对其他负面影响较轻的因素相应地降低负值分数;对大坝水库本身带来的正面影响,也分别不同情况给予正值分数;对大坝水库以外的人为措施带来的正面影响,另外给予正值分数。正值分数控制较严,负值分数适当放宽。由于实际分数因大坝水库的具体情况和人为补偿措施的效果而异,因此各种分数都是区间值。这种量化方式未必十分准确适当,但用于定性地界定不同因素的影响大小,可能会取到一定作用。


  结合上表内容,我们可以得出这样的结论:水库大坝本身在不同方面带来的环境影响可能是负面大于正面的,也可能是正面大于负面的;正负相抵,结果可能是正面的,也可能是负面的;对于可以另外进行人工干预或补偿的,结果一般都能变成正面影响,即使不能完全消除负面影响,也可以使其大大减轻;上述因素叠加之后,水电对环境的综合影响一般来说是正面的。

  三、对现有各种评价的评价

  关于如何评价水电对环境的影响问题,许多学者和相关专业人士进行了广泛深入的研究,提出了大量研究成果。绝大多数相关成果或言论是有参考价值的。即使是反对水电开发的言论,也是有利于水电事业的科学发展的。潘家铮曾就三峡工程的成功建设说过:“三峡工程建设到今天之所以能取得这么好的成绩,最应该感谢的就是那些质疑和反对的人。”[17]鉴于水电开发实践中确实出现过这样或那样的问题,这句话是很有见地的。
  但也应当指出的是,有些文献和言论对水电负面影响的评价未必是科学可靠的。它们的问题大致有下述几种表现:一,以偏概全,例如,把个别地区、个别水库、个别时段出现的问题推广到所有水库、任何时刻;二,缺乏根据,例如,不经分析、验证,就把他人言论或资料当作自己擅下结论、主观判断的依据或论据;三,言过其实,例如,夸张地宣称水库将会造成一些天然物种的灭绝(事实上,迄今为止没有任何例子说明任何物种的灭绝系大坝建设所致)、民族文化的倒退;四,主观臆断,例如,有意无意地给社会造成这样的印象:所有(起码是多数)水电开发者都只顾经济效益和自身需求,无视生态的破坏,不受社会的约束;五,以物为本,例如,罔顾人口众多、城镇密布的社会现实,把河流自由泛滥视为需要保护的自然生态现象;六,本末倒置,例如,对于水库水面的水华、蓝澡现象的出现,不去寻找污染源,而是一味责怪大坝。
  社会上还有这样一种影响广泛的思维,它在客观上把水利水电工程的建设同环境保护看成没有关联的两码事,甚至将其对立起来。就是从事水电开发的人,也有一部分没有意识到水电开发在一定程度上其实是一种环境保护,或者习惯于把水电与水利割裂开来、区别对待。这是有失偏颇乃至有害的。事实上,大多数水利水电工程本身就是环境保护工程。认识到这一点对于我们很重要,因为摆在我们面前的现实是,没有水利水电工程的存在,人类社会就会经常受到水旱灾害的威胁乃至伤害,2010年春西南诸省区严重干旱带来的恶劣影响就是一个最新的例证。很多情况下,没有水利水电工程的存在,水资源时空分布不均会使环境本身处于破坏、恶化状态;而建设了相应的水利水电工程,人类就可以对恶化的环境进行适当的、向好的干预。从这个意义上讲,不加区别地、一味地阻挠水利水电工程建设,实际上是在遏止环境的保护与改善。当然,工程建设与环境保护不能划等号,二者还有矛盾的时候。有的工程建设纯粹是为了当下的民生,如发电、灌溉、调水,对环境(相当于后代的民生)可能有破坏作用,事实上形成一种对子孙后代的掠夺。我们要统筹兼顾,权衡利弊,尽可能避免或缓解矛盾,不能只要经济效益而忽视环境保护,不能为了较小的民生收益而付出较大的环境代价,更不能为了当代人的民生而透支下代人的民生。
四、水电环境效应的大账与小账
  水电对环境的影响有大有小,有正有负,有快有慢,有远有近。如果我们完全忽视各种负面影响,不论其大小远近,眼里只看到其正面影响,自然是不正确的。如果我们完全忽视各种正面影响,不论其大小远近,眼里只看到其负面影响,相信也不会有多少人赞同。现实的困境在于,一些言行成功地“绑架”了社会舆论,使其不能正确地判断水电的利弊;甚至成功地“绑架”决策意志,使其不能单凭科学结论来取舍水电。对于别有用心的论调,我们姑且不予置评。但对于以摆事实、讲道理的论调,我们应当理直气壮地指出,要想科学理性地评价和取舍水电,必须区分大账与小账。
  在水电的环境效应这里,什么是大账,什么是小账呢?
  在不能不增加电力供应的情况下(现实就是如此),当我们为局部地区的耕地淹没、鱼种减少、库岸崩塌而极力阻止水电开发时,化石能源引起的更大范围、更长时间、更强力度的空气污染、温室效应和水体污染正在加剧环境破坏,进而导致更为严重而持久的生态恶化和人为灾难;而且,如果为了减少化石能源消耗而被迫选择昂贵得多的风电、核电和光电,我们还要付出成倍增长的经济代价。这里就有两笔账,一笔是大账,即选择其他电源必然带来的严重污染或巨大代价;一笔是小账,即选择水电可能引起的较轻破坏和较小成本。两笔账的大与小,是显而易见的。
  环顾世界,我们可以发现这样一些规律性现象:一,一个国家越发达,它的水电开发率就越高;二,一个国家的水电开发率越高,它的化石能源消耗得就越少,它的生态环境就越好;三,经济比较发达、环境比较优美的欧美国家的水电开发率普遍较高,而经济相对落后、环境相对较差的亚非拉各国的水电开发率大多较低;四,除非其水电资源已经没有技术或经济上的开发条件,没有几个国家真正停止了水电开发,开发率高的正在设法提高发电能力,开发率低的正在提高装机容量。看来,不论是发达国家还是发展中国家,绝大多数国家对大账与小账的区别是心中有数的;一个国家只要具备必要的开发能力,就会开发水电。
五、进一步开发水电在环境保护上的必要性与紧迫性
  停止水电开发,自然会减少人类对环境的干扰。但鉴于下述原因,这种干扰的减少换来的将是其他干扰的大幅度增加。因此,我们应当进一步开发水电、加快开发水电。
  其一,为了防汛抗旱,我们需要进一步开发水电。严重的洪涝会冲毁地表各种自然和人造景物、威胁一切生物的生存,而严重的干旱能导致植物大面积干枯、死亡,这些极为严重的环境破坏现象在我国是频繁重演、此起彼伏的。要想避免这些现象,就必须因地制宜地建设大量水利水电工程。我们固然要尽可能避免任何生物物种因为水利水电工程建设而消亡,更要通过水利水电工程建设保护大量动物、植物乃至人的生命。
  其二,为了水土保持,我们需要进一步开发水电。目前,我国有300余万平方公里的国土处于水土流失状态。不管它是自然因素还是人为因素造成的,这是我国陆地上最为严重的环境破坏现象。建设水利水电工程,往往能够调节水量的时空分布,并且通过水电替代家用薪柴、减少过度放牧、制止毁林开荒等途径改进优化贫困地区的生产生活方式,涵养水土,促进动植物的生长和生态的改善。
  其三,为了减排降耗,我们需要加快开发水电。当今世界,温室气体和有毒气体的大量排放显著地恶化了大气质量,而火电是这些气体的主要来源之一。因此,国际社会一直在设法增加水电、核电、风电等清洁能源发电,降低火电的比重。2010年3月,国际水电协会(International Hydropower Association)发布政策声明,强调水电在清洁发展机制(CDM)和二氧化碳减排中的突出作用,鼓励各国大力开发水电[18]。
  其四,为了非化石能源目标,我们需要加快开发水电。迄今为止,全世界的水电资源只开发了33%,但这已经每天为人类减少了相当于440万桶石油的化石燃料的燃烧,因此大量减少了温室气体的排放[19]。众所周知,我国已经公开承诺,要在2020年把非化石能源的比重提高到15%。虽然替代化石能源的途径有多种选项,但只有水电是经济上最可行、规模上最可观、时间上最可靠、技术上最成熟的选项;而且是当前和今后一个时期,在不需要财政补贴和税收优惠也能产生显著经济效益的前提下,唯一兼具清洁特点和可再生性质的选项。但是,水电开发普遍需要几年乃至更长的周期,如不加快启动,2020年之前投产运营的水电将满足不了目标需求。
  
  参考文献
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我社与华北水利水电大学签署战略合作协议 汤鑫华刘文锴代表双方签字 李中锋施进发参与座谈 (2017-5-24)
中国编辑学会会长郝振省和人民出版社总编辑辛广伟来我社作专题讲座  (2017-5-18)
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