大坝建设应搞清楚对生态环境的影响

□ 中国水利水电科学研究院教授 刘树坤

大坝建设应搞清楚对生态环境的影响

□ 中国水利水电科学研究院教授 刘树坤

我国是水旱灾害频发的国家，历史上多次发生死亡数百万人的水旱灾害。新中国成立后，为了根除国家的心腹之患，不断地开展了以兴利除害为目标的大规模水库及堤防等水利工程建设。据2011年第一次全国水利普查公报，全国共有水库98000多座，总库容9320多亿立方米。其中，已建水库97240多座，总库容8100多亿立方米；在建水库756座，总库容1219多亿立方米。大坝建设充分发挥了防洪、供水、发电、航运、旅游、水产养殖等多方面的效益，保障和促进了国家经济社会的稳定和发展，功莫大焉。

但是，随着大坝数量的不断增多，规模不断扩大，使流域的自然水循环和河湖水流的时空分布产生很大变化，这些变化又影响到河湖生态系统。有的流域下游地区出现“有河皆干”的被动局面；有些大江大河生物多样性不断减少，一些珍贵稀有的水生物种濒临灭绝。大坝成为让人爱恨交加的大型工程，大坝建设者和环境保护者之间的争论越来越激烈。笔者长期从事水利水电建设的研究，参加过漳卫新河的河口挡潮闸以及滦河的潘家口水库建设，现在也不断反思水利工程对河湖生态环境的影响。这里谈一下个人认识，和大家共同探讨。

水利工程建设对流域水循环有何影响？

流域的自然水循环是指流域内的降雨落至地面，产生向地下的渗透以及地表径流，陆续汇入河湖流入内陆湖或大海；同时通过地面和水面蒸发，以及植物叶面蒸腾，又形成云层和降雨的不断循环过程（图1）。

图1 流域自然水循环示意图

周而复始的水循环，给流域源源不断地带来水资源，加上太阳辐射的热量，在水、土、热的环境下形成了流域特有的生态系统。在流域内建设的水利工程都是通过调配水资源，改变水资源的时空分布来达到兴利的目的。但是水资源时空分布的变化必然导致流域生态系统的变化，水多了的地方会变，水少了的地方也会变。结果都是失去了原有的生态系统，导致一些原有栖息环境中生存的特有物种濒危或消失。

海河流域内共兴建水库7000余座，总库容达到300亿立方米，其中在上游山区修建大型水库31座，库容达250亿立方米。而海河流域的年平均径流量为220亿立方米，保证率95%的年径流量只有97.4亿立方米。也就是说，在一般的年份上游的径流几乎会全部被水库拦蓄，更不要说是在枯水年。同时，海河流域内机井的取水能力达到250亿立方米；地表取水工程的能力达到470亿立方米，无论是对地下水，还是对地表水，人工干预能力都是非常大的。除非是大水年份，流域的水循环变成了一种人工的水循环，工程建设目的是为了满足经济社会发展的需求，然而这也将导致依靠自然水循环生长的自然生态系统逐渐丧失了生存的条件。

流域内水库的总库容量大于多年平均径流量，除了海河和黄河以外，这种情况在其他流域是少见的，对水生态系统的负面影响也以这两个流域最显著。人工化的水循环，是不健康的水循环，主要表现在：

（一）河流节点化。由于在河道上大量修建水库，河流的连续性、河床的连续性、河流生态的连续性被破坏，原来在河床中流动的水变成了储存在水库中的静止的水，河道干涸。天然的河流变成糖葫芦一样，由干涸的河道将一个个水库串起来，这对河流生态系统所造成的影响可以说是毁灭性的。

（二）流域水循环短路化。在自然条件下的多雨季节，流域内的水循环是比较缓慢的，降雨的大部分渗入地下，一部分地表径流进入农田、湿地和洼地，慢慢地汇入河道，注入大海。由于水循环过程缓慢，流域的大部分得到径流的补充，生态系统需水自然得到保障，而且河流中的基流持续时间比较长，不容易发生断流。

河流的干、支流大量修建堤防，下游修建大型排洪减河。遭遇暴雨时，山区的汇流直接进入河道，平原地区的涝水也由泵站大量排入河道，河道变成了洪水的高速公路，直接快速入海。这样，本来水资源匮乏的流域，在洪水季节水资源却很快地注入大海，流域的水循环周期缩短，形成短路。

（三）洪泛区水循环与河流绝缘化。对人类社会来说洪水不受欢迎，但是对生态系统来说，洪水又是不可缺少的过程。洪水为广大的洪泛区带来水资源、营养盐、肥沃的泥土、多样的物种、饵料等，洪水还可以冲洗河道和土地的污染。干旱饥渴的土地，在洪水过后的若干年内都会显现旺盛的生机。可以说，洪水是维持生态系统，特别是水生态系统的重要生态过程。

现代社会大量兴建高标准的防洪工程体系，河流不再泛滥。在除掉洪水对人类社会威胁的同时，也切断了洪水对洪泛区的生态培育过程。洪泛区的水循环过程逐渐与河流的水循环分离、绝缘化。洪泛区的生态系统得不到洪水的滋润，只能靠本地降雨来维持，必然逐步退化。

人类活动造成流域水循环的改变，影响到流域生态系统，特别是水生态系统的稳定和进化，如果对此没有足够的认识，或者不采取足够的措施及时解决，对流域生态系统所造成的负面影响将是长久和深远的。仍以流域水循环变化最大的海河流域为例，由于水资源不足，加之过度开发，造成河道干涸4000公里；入海水量减少84%；自然湖沼干涸；湿地面积由上世纪50年代的9000平方公里减少到目前的300平方公里；流域水土流失面积达到10万平方公里； 出现了土地退化、海水入侵、咸水上溯、河口淤积、海岸侵蚀、回游鱼类消失等一系列生态环境问题。可以说，海河流域的生态环境已经处于危机之中。

上述水循环的变化，加上人类的各种开发活动，如城市建设、高速公路、铁路、堤防建设等，将一个完整的流域切割成一个个孤立的空间，鱼类、两栖动物、水鸟、陆生小动物、大型动物的活动空间越来越小，无法自由地迁徙。生态系统的孤立化，使得动物的捕食、饮水、繁殖、迁徙受阻，影响到食物链和基因的遗传，也是造成物种退化和灭绝的原因之一。

大坝建设对生态环境有何影响？

大坝建设除了改变流域的水循环之外，还会引起很多具体的生态环境变化，甚至诱发多种灾害。

（一）可能诱发地震。大型水库建成蓄水之后，由于巨大的水压力施加于库区岩基，加之水压入岩隙降低了岩石界面的摩檫力，可能导致基础岩体结构变动诱发地震，有些库区蓄水后频繁地发生地震，造成周边居民恐慌。现在新建大坝越来越高，应当警惕诱发更高级别的地震。

（二）库区山体滑坡及涌浪。同样的道理，库区周边山体的下部被水库水体浸泡之后，也会使浸水岩体界面间的摩檫力降低，加之库区周边局部降雨频率增加，产生山体坍塌和滑坡的事故增多。这不仅会破坏山体植被，当滑坡体量巨大时，会产生类似海啸的巨大涌浪，有的浪高可达十余米，威胁库区航船安全，冲毁对岸的村庄，甚至威胁大坝的安全。

（三） 库区水生态系统演替。水库建成后，原有河流形态消失，转变为深水人工湖泊。水体流速减小，水深较大的水库底层水温常年较低。原有的河流生态系统很难适应这种变化，大部分河流原生物种消失，逐步演替为外来种为主的湖泊生态系统。其结果是河流有价值的生物多样性减少，普遍存在的物种增加。

（四）库区水质变化。流动的水体可以通过水面向水体赋氧，水中溶解氧含量较高，水体自净能力高，流水不腐。形成水库之后，水体长期接近静止状态，加上周边流入水库的污染物长期累积，库区水质不断恶化，甚至出现富营养化现象，水华增多（图2）。这种现象实际也是库区生态失衡的结果。

（五）库区水体温度成层。在冬季水库表层水温降低，达到4℃时水体密度最大，沉入库区底部。春季以后，气温不断升高，表层水体温度也不断升高，密度减少，在水体流动较少的条件下往往形成水温上高下低的温度分层现象，使底部水温常年较低。如果电站的进水口及农业取水口位置较低，就会放出低温水。用于农业灌溉会减产，河道水温降低还会影响鱼类产卵，降低渔获量。

（六）水库长期浑浊。进入春季，水温尚低而气温逐渐升高，这时如果流域产生较大的降雨，在水土流失区浑浊的径流进入库区，由于地面流入的水温高于库区水温，这些浑浊径流会悬浮在库区水面，长期不能下沉。其后果是浑浊水体遮挡了阳光，影响水生植物和鱼类的生长，也影响库区景观和水质。

（七）增加温室气体排放。如果水库蓄水前清库不彻底，留有大量树木和生活垃圾，蓄水后在厌氧条件下腐烂，会产生有害的温室气体。有的研究报告指出其排放量很大，这一结论还需要进一步观察和研究。

（八）阻断河流鱼类通道。河流中鱼类和虾蟹等在产卵、觅食和生命的一些阶段需要在河流中上下移动，大坝建成后阻断了水生动物的通道，威胁到他们的生存。现有的鱼道和其它过鱼设施还不能有效保障鱼类等的必要移动，造成某些物种濒危甚至消失。下游鱼类等水生动物的饵料多来自上游，水库建成后这些饵料很多沉积在水库里，使下游鱼类因缺少食物而减产。中科院水生所等科研机构的监测数据显示：长江中的“四大家鱼”鱼苗出生量正在急剧下降，由上世纪50年代的300多亿尾降为目前的不足1亿尾，同时一些珍稀、特有鱼类正濒临灭绝。

（九）下游断流。河流上游大量修建大坝，蓄水以满足发电、供水、灌溉等用水需求，在蓄水期下泄水量很少，常造成河道断流。海河流域各河下游河段基本常年干涸，在城市段多修建橡胶坝形成水面，维系河流景观。由于缺少水源，大多用中水作为景观用水，水质较差，河流生态系统彻底破坏。

（十）下游河床的冲刷和粗化。河流修建大坝后，上游来水挟带的泥沙多沉积在水库之中。发电下泄的水流是落淤后的清水，具有较强的冲刷能力，往往造成下游河床的冲深下切，或造成下游堤防的淘刷，危机堤防安全。同时，大坝下游较细颗粒的河床质被冲走之后，留下大颗粒的河床质，呈现河床粗化现象。河床质的空隙是水中昆虫的栖息地，河床粗化影响水中昆虫的生息，它们是某些鱼类的饵料，因此河床粗化也会影响到河流生态系统。

（十一） 下游河湖关系改变。我国的长江下游连通洞庭湖、鄱阳湖和太湖。这些湖泊既是洪水季节分纳长江洪水之处，在枯水季节也需要长江来水的补充，河湖的生态系统也存在不可分割的联系。三峡大坝建成之后，由于下游河床下切，枯水季节长江水位下降数米，洞庭湖和鄱阳湖从长江补水困难，湖泊萎缩乃至干涸的事件增多。2013年以来几乎连年出现接近干涸的状态，湖底变草场（图3）。

枯水期长江水位降低也造成沿江码头、提水泵站工作困难；河口盐水上溯现象也开始显现，在南通江段已经有海水底栖动物出现。

图2 云霄水库的水体由Ⅰ类变为Ⅲ类

图3 2016年3月的鄱阳湖

图4 少数民族的节日

图5 少数民族的移民新村

图6 现在的扎古脑河

大坝建设对社会环境有何影响？

大坝建设对社会环境的最大影响就是移民问题。中国人口众多，有的水库淹没区移民多达数万甚至数十万人。随着国家经济社会的发展，国家对移民安置的费用不断提高，问题不断得到妥善解决。但是让这些农民背井离乡，离开祖祖辈辈生活的地方，心理上有时难以承受。我国西南地区是水电开发的密集区，这里居住着很多少数民族，在移民安置中如何保护他们的生活习惯和民族文化，体现民族文化的多样性是需要非常重视的。少数民族文化及其生活习惯都是在特定的生活环境中形成的，离开那样的环境就很难保持原有的文化和习俗。很多少数民族保持着山寨式民居，并有公共的活动场所，开展各种民俗活动（图4）。

在移民新村的规划中如何考虑移民的民族文化和生活背景也是应当重视的，图5是笔者去采访过的移民新村，农民说：“原来在村子里，有菜地、果树，可以养猪、养鸡，两个月没有收入照样可以生活，到了城镇一天没有收入也很难过”。此外，在移民新村或新城的建设中需要占用大量土地，破坏植被，也要对生态环境造成很大的影响。

在大坝建设过程中，要劈山开路、开凿隧洞、开采石料，大量使用炸药、燃油、水泥、钢材等高耗能材料。开采的石渣就堆积在河道当中，一条大河变成溪流，河流生态环境被破坏。一位游客在他2010年10月18号的游记中这样描述：“扎古脑河有如一条玉带，就缠绕在我们的脚下，在山谷里忽左忽右，白浪翻卷，湍急轰鸣。中途接纳沙冲河，在丹巴章谷汇入大渡河”。但是我在2015年12月看到的扎古脑河却令人吃惊，石渣堆满了河道，扎古脑河真地变成了一条被混凝土墙围起来的小胡同（图6）。为了在峡谷中修建高速公路，双向车道的桥墩占满了河床，如果再架上路面，扎古脑河将难见天日（图7）。这些项目肆意践踏祖国的河山，是否得到河道管理部门的审批？还不知道。

几个需要讨论的问题

无序的水电开发，必然带来大江大河生态系统的严重破坏。在很长时间里，我们的水利水电开发重经济、忽视生态环境。

（一）水电梯级开发理论应当修正。我们的水能利用一直沿用前苏联的梯级开发理论，至今基本没有改变，现在规划的各水电基地也大都是梯级水电开发模式。水电梯级开发是充分利用河流的落差，让下游水电站的尾水直达上游水电站的大坝之前，一连几个电站紧密衔接（图8）。

从经济角度看起来是合理的，但是从河流生态来说完全破坏了原有的生态系统。支持梯级开发的人说，原有生态系统消失会形成更好的生态系统。这是没有根据的，生态系统没有那个更好哪个更坏，一个生态系统被破坏了也就消失了，其生态功能和生态价值其他生态系统无法替代。生物多样性的减少正在威胁人类的繁衍和生存，保护生物多样性是阻止生态系统加速崩溃的唯一出路。

根据水生态专家的研究结果，河流只有保持连续的弯道，形成十余组深潭和浅滩才能维持稳定的河流生态系统。河流中包含重要生物栖息地的河段必须保留原有的河流形态，保留长度要满足生态系统要求。水电梯级开发理论是以牺牲河流生态系统为代价的，应当尽快修正和改变。

（二）不应该笼统地称水电为清洁能源。水电过去被称为“白煤”，是公认的清洁能源。但是从碳足迹来考察，水电站建设过程中，间接的碳排放数量也是巨大的。首先是大量使用水泥和钢材，每生产1吨钢材大概需要1000千克煤、耗费20吨水、产生5吨废渣；生产1吨水泥要消耗大约235千克标准煤。此外，生产沙石料、拌制混凝土、劈山修路、运送器材以及施工过程都要消耗炸药、燃油和电力；加上库区淹没以及建设移民新村占用土地破坏的植被；有人测算建设100平方米住房相当消耗25吨煤、产生6吨建筑垃圾。水电站建设过程中要消耗大量能源，不能笼统地说它是不是清洁能源，而应该考虑其全生命周期总的二氧化碳排放量，包括到达寿命后的拆除，从这个角度来论证分析它是不是清洁能源，才相对准确。

（三）引水式电站应当控制和废止。水电站有很多种形式，有一种叫做引水式电站。它是利用山区陡峭的地形和河流的激烈弯曲，选择在上游修建大坝形成水库，然后选择最近线路开凿隧洞或引渠直接把水引到下游，形成较大落差发电（图9）。

图7 高架公路的桥墩就建在河滩上

图8 黄河上游干流水电梯级开发示意图

图9 引水式电站示意图

图10 冷竹关水电站下游河道

图11 在脱水河道开采沙石

引水式电站虽然投资少、效益高，但是引水到下游发电后常导致坝下河道完全干涸（图10），形成数公里乃至数十公里的脱水河道，又有人趁机到河道里开采砂石料，造成河流生态系统难以恢复的彻底破坏（图11）。可以说引水式电站对河流生态系统的破坏是毁灭性的，今后应当停止建设。对于已经建成正在运行的引水式电站应当严格监控，令其保障下游河道的生态需水量。

（四） 关于怒江保护的几点看法。最近笔者考察了大渡河、金沙江、雅砻江、澜昌江和怒江。除怒江之外这些大河都已高强度开发（图12），看到怒江使我感到欣慰，终于看到了一条自由奔流、景色优美的大河（图13）。怒江太美了，它可以和我见过的国外任何大河相比美。可以说怒江是自然景观的长廊，三江并流的优美自然景观、已被列入世界自然遗产；怒江是生物多样性的长廊，拥有全国20%以上的高等植物、25%以上的野生脊椎动物，是世界生物多样性最丰富的地区之一；怒江也是民族文化的长廊，境内形成了多民族、多文化、多宗教的多元和谐民族文化，不仅世界少见，也构成了我国多民族文化的基础。

怒江落差大，有丰富的水能资源，水电开发正在积极准备，引起了关于怒江开发与保护的争论。争论的焦点是河流水电资源的可开发程度和水电开发的运作模式。如果过度开发，对于生态环境的影响是很难逆转的，“三江并流”的景观也不复存在。

水电开发对于怒江自然景观长廊、生物多样性长廊、多元民族文化长廊的破坏是无法修复的，所造成的生物资源、旅游资源、文化资源的损失不容低估。我们拥有怒江这样宝贵的生物资源宝库，一旦失去将不会再有，我们应当采取积极措施保护好流域的物种资源。

笔者认为，在充分进行生态环境补偿的前提下，河流的水电资源可以适度开发，但是在怒江的开发与保护的争论中，应当特别强调保护。理由如下:

一是鉴于我国很多河流的过度开发已经造成了破坏，使得怒江保护的迫切性和重要性更加突出。怒江流域的保护价值提高，会成为国内独一无二的自然景观长廊、多元民族文化的博物馆和生物多样性的资源宝库。未来的旅游和生物资源价值会不断提高。

二是在生物多样性丰富而生态系统脆弱的地区，水电开发的利弊存在很大争论，有些后果现在还看不清楚，特别是生态系统的变化要长时间才能显现，因此不应当急于在一代人就完成这些开发，应当给后代留有比较、选择的机会。急于求成、武断的开发是不科学、不公平的。

图12 大渡河上拥挤的水电开发

图13 美丽的怒江

三是目前的水电开发体制对流域本身发展的考虑不足，发电效益大多被流域之外的投资方带走，留给地方行政的部分利益不足以弥补开发中造成的生态环境破坏。怒江的开发首先应当有利于怒江流域的发展，有利于提高怒江流域的安全度、舒适度和富裕度。保护主流，适度开发支流，以满足流域发展的经济和能源的需求，在开发中获得的利益优先用于流域的保护和发展旅游，利用流域优越的物种资源发展珍稀花卉、制药、宠物、生命科学等少污染、高产值的产业，实现流域发展和保护的统一。

一个令人高兴的消息是，云南已经决定不在怒江搞小水电开发，要在怒江建设国家级峡谷公园。在怒江少修几座电站，可以用其他方法弥补，怒江的独特景观、文化和生态系统一旦改变将无法挽回。