建还是拆:陷于纷争之中的美国水坝
2015-12-07程宇航
□程宇航
人类利用建坝挡水、建造水利工程已有几千年的历史。通过修渠建坝成功的控制洪水和利用水利资源已经成为人类几千年文明史的重要组成部分。工业化以后,特别是发明电以后,利用水力发电造福人类,更是一度成为人类文明进步的象征。不容置疑,水坝建设、水力发电已经成为当今人类社会文明的重要组成部分。尤其是现代社会水资源的矛盾十分突出,水坝建设更是解决水资源问题的重要途径。美国水资源问题的成功解决,主要就是依靠水坝建设。
一、美国的水坝建造历程
1.水坝建设开始于独立战争以后
美国的水坝建设历史已有100多年,建坝历史可以追溯到独立战争胜利以后的西部开发时期。修建水坝起初是为了蓄水,用于灌溉庄稼。后来,新英格兰的火药厂、面粉厂和纺织厂主发现,水坝可以增大桨轮的力量,于是纷纷修建水坝。在早期的西部开发中,新移民在农耕生产和矿业开采中,自发修筑了形形色色的各类堰坝,为磨玉米、消防、采矿洗选、灌溉、饮水、船运等提供动力。至19 世纪下半叶,问题出现了:一方面,年降雨量稀少的干旱地区无法靠天进行农耕灌溉;另一方面,沿着溪流江河靠灌溉、取水、交通的便利而逐渐兴盛起来的村镇和城市,人口和财富迅速积聚,却年年受到洪水的威胁。
2.鲍威尔提出兴修大型水利工程的主张
这时候,一个名叫鲍威尔的著名探险家发表了一本题为《美国干旱地区的土地报告》的书,书中提出兴修大型水利工程和建立家庭式农庄的主张。1902年,总管西部垦务的联邦政府机构——美国垦务局成立。从此,美国西部开发揭开了崭新的篇章。后人为纪念鲍威尔先生,把美国第三大坝格伦坝所拦成的水库命名为鲍威尔湖。
3.美国共有大小水坝8万多座
根据2010年《美国全国水坝名录》,美国共有大小水坝84134座,其中坝高超过15 米的大型水坝8100 多座(其中坝高15 m至30 m之间的坝有6975 座,30 m以上的大坝有1749 座),小型水坝超过200万座。水库总库容约为135000亿m3,为世界之最。被水坝拦截的水道约100万公里,占美国河流总长度的17%。
在美国,按主要功能划分,供水或灌溉的大坝有1890 座,防洪大坝1873 座,旅游、娱乐大坝870 座,以发电为主的大坝629 座。
美国水坝大多归个人所有。私有水坝占水坝总数量的69%,联邦政府占4%,州政府占5%,地方政府占20%,共有水坝占2%。
二、美国水坝发挥的作用
1.水坝提供了最为有效和最可靠的电力来源
水电是美国最有效的电力来源。到20 世纪初,水电已占全美电力供应量的40%。在20 世纪40年代,水电占美国西部和太平洋西北地区用电量的75%,大约相当于整个美国总发电量的1/3。
美国现有大约2358 座水电站,其中常规装机容量为74,800MW,抽水蓄能发电容量为18,400MW,美国的水电装机容量为90GW,处于世界前列。数据显示,美国水力发电站每年可提供9万2 千兆瓦电力,相当于500 个燃油电厂或150 个燃煤电厂所能提供的电力。20 世纪70年代以后,美国的水电建设开始走向平稳发展时代。1997年,美国水电发电量为3473 亿kW·h,居世界第二位,水能资源利用率为65.7%,远远大于发展中国家的11.5%和欧洲的平均数44%。今天,水电依然是美国最主要的可再生能源。
2.水坝建设全面促进了美国的产业发展
早在18 世纪,美国人就认识到了水电的优越性,并将其广泛用于磨粉和抽水。通过利用水进行发电,人们实现了改善生活水平的目标。
罗斯福发电站是最早由联邦政府兴建的大型电力设施之一,其发电量已经从当初的4500 kW·h 增加到超过36000kW·h。电力的开发最初用于修建罗斯福大坝和抽取灌溉用水,也用于帮助支付工程建设费用,改善农村和城市居民的生活水平,并促进凤凰城地区新兴工业的发展。游乐集团借助库区优良的条件,大力发展休闲娱乐业,在人造湖泊及河流中建造游泳、泛舟、垂钓、潜水、漂流、滑水、露营的公共休闲娱乐设施,开展野营、郊游、游泳、划船、徒步旅行、垂钓和打猎等活动。游乐项目的水库总面积超过300万英亩。在现有的水坝工程中,有超过28,000 个帐篷、拖车、旅行房车场所,超过1100 英里的车道和1200个野炊场所。
3.水坝建设促进了美国西部的开发
通过建筑水坝,美国西部广阔的田园已经成为美国的粮仓。比如加利福尼亚州圣华金山谷,曾经是一片季节性泛滥的沼泽地,通过密集的地下水及地表水灌溉,它给美国提供了1/4 的粮食。
尤其是田纳西河流域的水能资源开发成为美国落后地区经济发展的成功范例。田纳西河流域面积10.5万平方公里,原先工业基础薄弱,经济落后;水土严重流失,洪水泛滥成灾;交通闭塞、水运不通,自然环境恶化,疾病流行,文化落后,是美国最贫困的地区之一。1933年,该流域人均收入不足全国平均水平的一半(45%),62%的农业人口生活尤其贫困。经过40 多年卓有成效的建设,区域经济得以振兴,创造了举世赞誉的田纳西奇迹。到1977年,全流域平均国民收入比1933年增加了34 倍。曾经以农为生的贫穷的田纳西,建设成了以工业为主、全面发展的现代化的田纳西。水电工程建设带动了田纳西流域农业、林业、渔业、煤矿开采、旅游业全面发展,彻底改变了这一地区贫困落后面貌,使其变成了今日比较富裕、经济充满活力的地区之一。
美国西部是干旱缺水地区。为开发西部,仅1933-1943年联邦政府就批准兴建了34 个灌溉与调水工程。这些工程的建成,为美国西部的繁荣发挥了重要作用。美国加利福尼亚州南部地区原本是沙漠地区,年降雨量很少。在美国西部开发中,美国通过从克罗拉多河引水,供应南加州地区的用水需求。20 世纪50年代,加州又进一步实施了北水南调工程,将加州北部的水引到南部。调水工程的成功,为南加州的发展提供了坚实的基础。
三、水坝的负面影响
任何事物都有两面性,美国水坝也是如此,有利也有弊,存在着一些负面影响。
1.超支多。在所有基础设施资产类别中,大型水坝是超支最多的项目之一,平均超支达90%以上。
2.工期长。修建巨型水坝的工期平均为8.6年,常常超过10年。这种长周期使得水坝工程在解决紧急的能源危机方面根本派不上用场,并且极易受货币波动、极度通胀、政局紧张和水资源盈亏变化的影响。
3.垮坝。美国历史上曾发生数次垮坝事故。1889年5月31日,始建于1838年的宾西法尼亚州南福克水坝垮坝,洪水淹死了2209 人。1928年3月12日,加利福尼亚州圣弗朗西斯水坝垮坝,引发了美国20 世纪最大洪灾,450 人遇难。1972年,西弗吉尼亚州布法罗克里克的一座水坝崩溃,导致123 人丧生。同年,南达科他州峡谷湖大坝垮塌,238 人遇难。1976年6月5日,耗资1 亿美元的爱德华州泰顿水坝垮坝,造成11 人和13000 头牲畜死亡。1977年,佐治亚州的一座大坝倒塌,导致洪水冲进一座圣经学院,造成39 人死亡。1983年,洪水让格伦峡谷水坝险些垮坝。
4.破坏生态。2000年11月16日,世界水坝委员会发布《水坝与发展报告》,称水电排放的温室气体甚至高于同等规模的火电,因为水坝围起的库区会淹没大量生物,库区周围也有大量腐烂植物流入库区,这些生物的腐败过程会让库区排放出大量甲烷等温室气体。报告认为,大型水坝对生态系统特别是物种的影响负面多于正面,有些影响是重大的、不可挽回的。
四、顺应民意加快拆坝
上世纪60年代末70年代初,现代环保运动于兴起,水坝开始受到质疑。环保等组织呼吁政府加速拆坝速度,并列举了一系列的证据说明水坝对生态环境的危害。
作为世界水坝大国的美国,半个世纪前就颁布了《野生景观河流保护法案》,严格控制水坝建设,并对已建成的水坝进行评估,拆除破坏生态环境严重和潜在危险大的水坝。
到了80年代,每年都有十几座水坝被拆除。1999年,缅因州肯纳贝克河上的爱德华兹水电大坝(长917 英尺、高24 英尺)被拆除。这被视为河流保护的需求首次战胜发电需求的一个标志性事件。
新英格兰和大湖地区散布着很多水坝,它们是100 多年前为了磨坊和工厂修建的。这两个地区拆除水坝的数量最多。其次是加利福尼亚和太平洋西北地区。
迄今为止拆除的最大水坝,是2011年拆除的高108 英尺的华盛顿埃尔瓦大坝。而弗吉尼亚州拉帕汉诺克河上的恩布里大坝的拆除,可能最为壮观:工程师们用了600 磅炸药,在大坝上打了一个洞,把这条河引入切萨皮克湾。
在过去25年里,近900 座水坝被拆除。现在,每年都有50 至60座水坝被拆除。环保人士说,随着大坝被拆除,大自然复原的速度令他们吃惊。
水坝的设计使用寿命平均为50年,而美国已有1/4 的水坝寿命超过50年,到2020年时这个比例将高达85%。对一些老化的水坝,维护成本远远高于水坝带来的利益,于是,政府把这些水坝列入拆除名单,分批拆除。
环保等组织呼吁政府加速拆坝速度,并列举了一系列的证据说明水坝对生态环境的危害,并对水坝的安全性提出质疑,尤其是修建时间较长的水坝。为顺应民意,美国加速了大坝的拆除速度。1999年到2011年共拆除了430 座水坝,而1990年到1998年仅拆除了130座。在过去50年里,美国共拆除了1000 多座水坝。
五、挺坝派顽强坚持
在环保派呼吁政府加速拆坝的同时,挺坝派也在顽强坚持他们的意见。他们认为:
1.美国的水坝经济正向更深层次发展
2001年5月,上任不久的小布什政府公布了《国家能源政策》,指出,“水电可以把国家在保护自然资源及环境和保障能源供应两方面的利益有效地结合起来”,“所以水电今后仍将是美国的重要能源”。
在水电开发方面,美国在水能资源已被开发了82%之后,仍在利用最新技术挖掘现有水坝的潜能,走一条以内涵式发展为主的道路,不断推进水能资源的开发。美国正积极兴建新的水电项目,为新的先进的水电技术提供资金,积极进行水电许可证制度的改革,鼓励利用现有的水坝开发新的水电。美国的水坝经济不是停滞不前,而是正向更深层次发展,一些新的大坝正在建设当中,其中不乏较大的工程。1999~2004年,美国有53 座超过15 米的大坝在建或已建成。
美国在现有大坝和水库的基础上,加大了水电开发的力度。许多大坝在进行修复或更新。1998年美国能源部所发布的一项资源评估报告说,到2020年,依靠现有的大坝或水库,水电资源将新增加供电容量21,000MW。
2.美国并非轻易拆坝
⑴美国人拆的是些什么样的坝
一是超过了一定服役期的大坝(一般为50年)。二是已经失去其原有功能的大坝,比如为纺织、矿业供水的坝,因纺织工业迁移、矿业停工等导致水坝退役。三是早期用于造纸业、灌溉、供水等目标而建的小型水坝,经过长期运行已经丧失原先设计功能。
美国从水坝安全管理的角度出发,考虑工程自身的安全和对下游带来的潜在危险、以及加固费用高等原因,在进行详细分析比较后选择拆除方案。
⑵美国拆坝需经过严格批准
为避免破坏长期形成的既有生态系统,因拆坝而造成新的生态问题,美国在拆除大坝方面有一套严格的批准机制,首先要取得拆坝许可证。
⑶拆坝在美国不是主流
1946年以来,美国退役的水坝总数为467 座。这些退役坝有以下特点:第一,占美国现有水坝总数的0.56%,拆坝主张在美国未成为主流。第二,大多都属于小坝,标明坝高的均方值不到5 米,查明坝长的均方值约52 米。第三,坝龄较长,服役期一般为50-140年。第四,水坝存在安全隐患。第五,大多属于功能丧失的废坝弃坝。第六,绝大多数都是修筑在支流、溪流上。第七,绝大部分(99%)不是用于发电。第八,一些水坝的维护加固费用超过了水坝所带来的收益总和。
3.立法加强对河流的保护
1968年10月2日,美国总统林登·约翰逊签署《野生景观河流保护法案》,对那些颇具自然、文化和消遣价值的河流进行保护,让河水无阻挡地自由流淌,满足人们对大自然的享受。
国会遴选受保护的河流,内务部也可提出建议,由国会批准,受保护的河流由联邦或州政府机构管理。受保护的河流可以是一整条河,也可以是一条河的某些段。受保护的河流被分成三类:原生态河流、景观河流和消遣河流。
签署法案时,有8 条河流及其缓冲地带列入受保护河流名录。截至2011年7月,受保护的河流增加到203条,河段总长度为20274公里,占全国河流总长度的0.36%。