水利水電和環境

　　曹楚生


　　摘要 文中所述三峽等水利水電對環境往往是一個重要和有益的補充。它們改變並改善了環境。對如何限製並減少水庫及工程給環境帶來的不利影響進行了闡述。最後建議要關注：1. 風險分析、風險設計和風驗管理，2. 包括水利水電工程在內的環境保護以確保安全。
關鍵詞 水利水電；環境；負麵影響；保護

Water conservancy and hydropower vs environment
Cao chusheng
(1. Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2.MWC Tianjin Design Institute)

Abstract: The water conservancy and hydropower as Three Gorge etc projects stated in this
paper are always an important supplement to the environment. They change and improve the
environment. It has been stated how to prevent and eliminate the unfavorable effects
brought to the environment. Take great attention to the following suggestions: 1.Risk
analysis, risk design and risk management, 2.The environment protection must be included
those hydraulic projects.
Keywords: water conservancy hydropower environment negative impact protection


　　1前言

　　“水利”一般應涵蓋防洪、供水、灌溉、發電和航運等等，但習慣上又常代之以“水利水電”。建國60年來特別是近30年水利水電迅猛發展，目前幾乎可開發站點都已在進行，其中已建、在建或籌建中的工程在工程規模、庫容、壩髙、裝機容量較突出的主要有：三峽、龍羊峽、溪落渡、龍灘、錦屏一級、向家壩、拉西瓦、二灘、水布埡、瀑布溝、李家峽、小浪底、古賢、天生橋、隔河岩等等。它們因具有較大的供水供電的能力，並在生態環境以及地區經濟建設中發揮顯著作用。然而它們也會帶來諸多負麵影響，如水庫淹沒、移民搬遷、庫岸穩定和地質災害等。上述正麵和負麵影響不易從定性和定量來衡量，往往因不同觀點得出不同的結論。三峽大壩經過數十年的設計、論證，通過人大會議立項建設，今已基本建成蓄水發電，其防洪發電航運等效益已昭然若揭。但迄今仍有人將近年四川大地震、幹旱等災難以莫須有的罪名，強加於三峽工程。埃及Aswan髙壩已建成運行，通過灌溉發電使工農業得到較大發展，但仍有人認為其對環境負麵影響是主要的。多年前我曾去美胡佛大壩現場，途經著名的博奕休閑城市Lasvegas,建築設施等十分壯觀，悉該處原屬沙漠地區，十分幹旱炎熱，因有該水庫供水，才得以發展。現場負責工程師稱此工程己安全運行70年效益顯著，頗得各方好評，同時我還獲悉有利用胡佛壩趾下遊水庫作下池，增建2000萬kW 抽水蓄能機組之說。此例說明：一座好的水利水電工程經過長期運行，終會逐漸被社會認可。故水利水電對環境影響是值得關注和深思的。

　　2水利水電

　　我國近20年來國民經濟及工農業等急劇增長，部分城鄉用水用電時有供不應求的現象， 雖水利水電進展神速，一些地區水資源和水能資源已出現開發殆盡現象，再修建新的工程將受到限製，並影響水利水電的可持續發展。甚至有人認為我國水資源和水利水電的開發利用已濱臨極限。

　　抽水蓄能電站的興起，作為水電的補充，使水電重新步入了新的境界。雖然已無新的水能資源以供開發，但可利用電力係統低穀電能，通過抽水蓄能儲存轉換在尖峰時發電，這樣蓄能運行使水利水電的發展增加了新的活力。抽水蓄能已與水利水電融為一體，近十餘年來我國已建和在建抽水蓄能電站容量約近2000萬kW，擴大了水利水電的陣營。

　　本文擬通過二座有代表性的工程闡述水利水電和環境的關係：

　　1) 三峽水利水電樞紐在長江幹流上，控製流域麵積很大達100萬km2，故入庫流量大而均衡，年平均流量達1.43萬m3/s，而校核洪峰僅為12.4萬m3/s。水庫總庫容393億m3, 大壩采用重力壩、壩高181m，裝機容量1820萬kW(連同地下電站則總裝機達2240萬kW)。左岸設有萬t級雙線五級船閘，年單向通過能力為5000萬t。工程具有巨大的防洪、發電、航運、供水等綜合效益。其中最主要的是防洪，使長江荊江河段從目前的10年一遇提高到100年一遇。還應該指出：三峽工程投資還涵

　　蓋龐大的輸電設施，在壩址直流換流站(總容量1800萬kW)以500kV輸電線與華中、華東、川渝和南方電網連網，對各電網電力平衡、互補互濟，對節能減排是極為有利的; 此外工程建成後在供水灌溉和調水引水方麵潛力還很大。

　　2) 潘家口混合式抽水蓄能電站位於中型河流灤河上，控製麵積相對較小為3.37萬km2、占全流域3/4，上/下庫庫容為29.3億/ 1000萬m3，裝設有常規機組15萬kW和抽水蓄能機組27萬kW，總容量42方kW。它是引灤南北二線供水網絡中的龍頭水庫，與其他大黑汀、於橋、爾王莊等5水庫以及有關水閘、泵站，水電站、河網、渠道等構成一個龐大的跨流域的開發網絡。它既考慮常規發電,又考慮抽水蓄能，兩種機組互為補充。豐水期可補常規機的不足，而枯水期又可利用抽水蓄能多抽的水供常規機發電。這樣直接或間接緩解 和改善了津、唐、京供水供電狀況。

　　以上一個是世界上規模最大的水利水電樞紐，連同與全國連網在內的綜合效益顯著;另一個除常規水利水電外還兼有抽水蓄能和周邊水利設施在內的水資源開發網絡以利可持續發展。

　　3 環境和水環境

　　如上所述：三峽集雨麵積和徑流量很大，為世界之最，其洪峰流量與年平均流量的比值很小僅8.7; 而潘家口控製麵積較小，此比值很大達810，將導致泄洪設施大增。這說明三峽由於年水量大而均衡，工程建設條件更為有利。從上節闡述知此二工程綜合效益極為顯著，使環境在有關方麵得到改變、改進或重新塑造，特別在水環境方麵改變更多：

　　1) 由於水庫調蓄作用提高了下遊防洪標準和供水效益。增加了可利用水量，可以較好地改善城鄉用水狀況。在缺水地區減少了抽取地下水，使地下水位及地麵沉降得到控製，城市排水及衛生等條件亦相應得到了改善。

　　2）三峽大壩經過16年施工已初步建成，開始蓄水發電迄今已6年。從發電通航能力已基本上達到設計標準：年發電量達900億kWh，年收益約500億元，可節約原煤燃燒5000萬t，並少排出汙染氣體和粉塵等數千t，對節能減排和改善環境有利。半月前從報上知悉：09年6月中旬三峽通過特高壓輸電線已正式投產運行送電北京; 三峽船閘通航6周年，運輸能力逐年增長，08年已略愈設計值(5370萬t)。

　　3）我國某些地區水利水電發展受限於水資源和水能資源，從兼有抽水蓄能和常規機組的潘家口混合式抽水它能電站，使這個地區供電供水狀況得到改善。水電為清潔電能，既緩解了電力緊張形勢，又可使空氣免受汙染。

　　4) 從經濟分析所得的經濟淨現值和內部收益率等效益較難在現實的財務收益中兌現，故常不為人理解和重視。但經三峽多年來運行實踐據悉從財務計算，其建設支出(含運行成本)和電費收入已趨平衡。這說明與原經濟分析相近，今剛基本建成投資已回收，其經濟效益是很好的。

　　4 對環境的負麵影響

　　水利水電不可避免地會給環境帶來一些不利的影響，應侭量予以限製。

　　1) 要認真做好移民遷建規劃和妥善安置。但事與願違，我國一些已成水庫，移民往往都留有後患。近20-30年來一些工程曾提出並實施開發性移民、變過去簡單的補償為積極支持創業，使移民擁有生產手段和資料，既發展了生產又解決了移民的生計來源。近年來政府還推出一些在抓好移民後期扶持發展工作的政策。還應指出：在一些工程實施的不同內容的投資型移民引起各方關注，它們的核心是移民以其享有的土地使用權入股水利水電樞紐，這樣移民有權定期獲取其應得的收益。以上各種移民型式各有所長，都在繼續發展完善中，似後者開發性移民更為可行。據報導我國水庫移民自願外遷，經統一安排遷至東南沿海或其他地區，成功地融入當地社會，擴大了移民的空間。

　　2)攔河建壩，阻斷了洄遊魚類回遊的途徑，但由於建壩又擴大了對發展非洄流魚類是很有利的。在三峽、葛洲壩對魚類洄遊設置魚道和洄遊魚類中華鱘人工繁殖進行了數十年研究，成功孵育大量魚苗投囬長江，保護並維持了它的生存。此外在水庫養魚和網箱養魚等方麵也取得了較好成積。

　　3) 建庫後一般改善了庫區和下遊河道的航運，但在枯水期因流量減小，局部河道會有礙航現象發生，應注意監測維護。壩下遊河道由於下泄流量長期衝刷，河床會逐年降低，導致下遊水麵髙程降低，影響航運。這些都應在水庫調渡運行中注意改進。

　　4) 聯合國教科文組織曾規定壩高100m以上，或庫容大於10億m3以上水庫應監視其觸(誘)發地震．據悉不少水庫建成蓄水後都發生了程度不同的誘發地震如新豐江、烏江渡、佛子嶺等都發生過誘發地震，而龍羊峽等水庫在若幹年前遭遇較強地震，但據地震部門從震中位置等判定為非誘發地震．潘家口經過蓄水後所出現的地震頻率等性狀、水庫周邊精密水準測量（蓄水前後）和壩基地應力測量，證明未發生過誘發地震。三峽工程對此也十分重視，在庫區周圍布置了數十個監測站，組成了數字遙測地震台網。從2003年開始蓄水以來，監測資料顯示：發現無感地震(<3.3級)次數較多，但震級和頻次逐年遞減並趨於穩定。以上說明我國尚未發現嚴重水庫觸發地震亇例，我國大型水庫據統計觸發地震的機率不高僅約為20%。但各方對此都十分關注，要認真監測、及時維護。

　　5) 筆者曾參加灤河下遊的考察，發現當年的移民外遷點唐海縣已成為“蝦米之鄉”一片欣欣向榮景象。但至灤河入海口，因洪水大部分蓄在水庫裏，入海流量減少很多，海口被淤堵。故上遊諸水庫要作綜合調度，在洪水期應按設計規定泄放洪水以改善入海口的泥沙淤堵狀況。

　　6) 以上負麵影響連同水庫淹沒浸沒和水庫消落會引發坍岸和其他地質災害，除應注意監測維護外，還應對會否危及大壩安全給予關注，擬在下節中闡述。

　　5 環境保護和改造

　　一般通過水利水電開發，打通交通道路，開通信息渠道，設置地震台網，發展庫區經濟，實施產業轉軌，進行生態移民和改變落後麵貌［5］，將成為環境組成的一部分，形成新的水資源供應體係。水利水電對環境的改善起著推動作用，反過來環境的改善和經濟的發展又對水利工程建設提出更高的要求。這說明水利水電與環境是互補互進、相輔相成。為此我們應對包括水利水電在內的環境得到保護和改善：

　　1) 隨著前言中所列三峽等10餘座骨幹樞紐的建成，可基本上滿足我主要河流的上攔下排、蓄水放淤等任務。但由於種種原因黃河幹流上壺口、大柳樹、漬口等重要工程迄未興建，建議早日動工。

　　2) 水利水電長期來重建設輕管理，當前普遍存在的水庫淤積、河槽萎縮，尤以黃河為甚，顯著地影響了防供、防淩、供水效益。為此建議發揮骨幹樞紐聯合調度作用，以攔蓄洪水，並及時泄放或塑造一定量級的洪水對下遊河道和水庫進行衝刷和排淤。

　　3) 加強水土保持，特別對黃土高原、植被差、禿山、並有風積沙區域等要予以關注。

　　4) 在庫區周邊及上下遊常有廠礦(如印染、銅、鐵、機械、化工、造紙等)的廢水廢碴，未加處理即經河道泄放入水庫和河道，將會造成汙染，應請有關當局予以製止。由於水庫有一定容量、汙水日積月累，經生化作用，將會使整個水庫水質逐漸惡化，應引起重視。

　　5) 大壩安危為各方關注，按可靠度設計三峽一級工程失效概率應低於10萬分之3。此外三峽在設計施工方麵又作了更周全考慮，以確保大壩安全。但考慮垮壩釀成生命財產等巨大災難，建議再進行風險分析研究，使大壩抗風險能力得以提高。我校（天津大學）曾為深圳某水庫進行過此項研究工作，提出主要風險因子，風險概率，抑製、減免和轉移風險的對策，並進一步通過風險設計，提高抗風險能力。

　　6 結 語
水利水電改變並改善了環境，如何限製、減少對環境負麵影響和如何做好環境保護是關鍵，其中尤為各方關注的是如何確保大壩安全。筆者還記得在80年代參與三峽論證會議中曾專門組織國防、軍事以及有關科研院校等專家對三峽工程的人防、潰壩問題進行認真討論，聽取並閱讀有關設計試驗報告，察看了現場大型水工模型潰壩試驗。經多次會議討論研究，基本上取得了各方認可。

　　當前風險分析理念已逐漸深入工程設計並與之融為一體。據文獻統計，國內外大壩潰壩率從上世紀初的約10%降至目前的0.1%左右，而與上述可靠度設計要求(3-10)%相差甚遠。這說明目前垮壩率還有進一步改進的空間。加強風險管理和大壩安全監測可以提高抗風險潛力。觀測資料分析有統計性模型和確定性模型，可以預測在今後高水位或其他特殊下大壩的性態，以判斷大壩的實際安全度。大壩監測有長期性、連續性和突發性，須持之以恆，監測資料須及時並定期（汎前、年終等）整理分析，當發現異常或險情及時處理。

　　水利水電及其跨流域引水和跨地區送電是一種對水資源極端缺乏地區的一種很好的開發模式。它們的建成是對環境的一個重要的和有益的補充，對國民經濟的作用是十分巨大的。要抓緊環境保護，保護水庫，改善水質、保護環境、維持生態平衡的作用，這要靠水庫管理單位以及水庫周邊的工廠企業、地震、環保和各級地方政府等部門通力合作，才能奏效。

　　總之三峽工程在完善壩的設計和施工質量外還曾重奌對潰壩進行了大量論證研究工作，工程安全是有保證的。在此基礎上希繼續做好風險管理和預警預案以堤髙抗風險潛力。

　　參考文獻

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