水电站拆除方案探索与思考

李向东，刘艳娟

(青海省水利水电勘测设计研究院，青海 西宁 810012)

1 概述

近年来，随着我国将环境保护确立为基本国策，国家逐步推进环境保护进程，环境保护力度进一步加大。特别是2017年度全国环保大督查工作的开展，水利水电工程的环境保护问题也日益凸显。水电工程能产生绿色电力，减少传统能源的污染和碳排放，以往我们过度注重其生态环境的正面效益，但是，其引起生态环境负面影响往往被弱化和部分忽视。水电工程造成的环境影响是长期而复杂的，虽然工程设计阶段对造成的环境影响已通过环境影响评价予以明确，并提出了相应的环保措施，使影响消除或减少至容许的程度，但是以往受经济建设政策的导向影响，以上工作的重点并非以环境保护为出发点。随着工程建设环境保护意识逐步加强并占据主导地位，论证以往水电工程建设相对于自然环境的合理性，将重新被提及。环境保护的要求将越来越严格，为保护水资源、水环境和动植物，限制水电工程建设将成为主导。一些水电工程因破坏周边自然环境，改变上下游沿岸及岸边野生动植物的栖息地，并影响流域区域生态，进而将被提上拆除的议事日程。同时，部分水库、水电站寿命接近或超过其正常使用年限、存在功能已经丧失或本身就是病险坝，经济效益日益衰退等问题，随着工程的运行成本及除险维修加固费用不断上升，致使工程运行难以为继，执行降等使用或报废的数量将逐年增多，为减少债务和维修费用，通过拆除来恢复生态取得更大的社会和环境效益，将成为水利水电工程建设的新方向。

2 水电站拆除现状及问题

2.1 国内外电站拆除现状

据相关文献资料统计自20世纪90年代初年至今，美国作为全世界拆坝历史最长与数量最多的国家，其拆坝已有百年之久，期间拆除各类水坝共计约1100余座。20世纪80年代以后拆坝数量和范围也逐渐扩大至全美范围，但坝高大多小于20m，拆坝原因主要包括：生态恢复、经济因素、安全保障，其中生态恢复原因所占比重最大。目前情况看，发达国家拆除的绝大数是小型坝，寿命超过使用年限、功能已经丧失或本身就是病险闸坝，水电站的拆除少有资料记载。

根据相关文献统计美国拆除闸坝情况汇总见表1。

我国降等使用或报废的水库水坝数量较多。但迄今为止，这些降等使用或报废的水库水坝绝大多数为小型水库。已拆除和正考虑拆除的水坝，也仅仅只是一些相对较小已经不发电的闸坝，尤其是径流式闸坝大多不足5m高。能为水坝拆除和研究提供的信息和技术资源甚小。2017年随着国家环境保护进程的大力推进，闸坝拆除工作明显进入快车道，特别是对周边环境影响较为严重的水电站工程。例如，安徽省岳西县鹞落坪国家级自然保护区内，16座总装机约8000kW的小水电站，先后被关停、拆除；2017年末，甘肃省印发了《甘肃祁连山国家级自然保护区水电站关停退出整治方案》，明确对甘肃祁连山国家级自然保护区内42座水电站采取差别化处理意见，其中9座停建、7座关停退出。随着关停退出水电站的增多，紧随其后的拆除工程也将成规模的开展。

表1 美国闸坝拆除情况汇总表

2.2 水电站拆除存在的问题

自1900年以后，全世界拆除闸坝最多的美国，虽然有长达百年的拆坝历史但真正意义上符合大坝标准，即高度超过15m的坝仅占5%左右，且大都为水闸，水电站拆除更少涉及。真正涉及一定规模的闸坝也是近20年左右，2000年后美国闸坝拆除才真正意义上实施规范化管理，形成了具有一定指导和操作性的技术文件和规程。如：2006年出版的《大坝退役导则》和《退役坝拆除的科学与决策》，可见大坝退役与拆除的相关标准、规范也处于初期阶段。

我国由于长期以水电工程建设为主，因此无论是拆除工程本身还是拆除后的环境影响情况知之甚少。十二五期间，我国以辽河流域部分水库闸坝为试点，开展了退役闸坝拆除的相关研究，目前初步制定完成《水库大坝降等报废评价指标、方法和标准》，另一方面对暂时没有条件除险加固的水库实施控制运用。遗憾的是，对于拆除工程本身和拆除前后河流的相关环境状况少有研究。因此，当水电站报废拆除工作开展之时，工程技术人员的参考资料也仅仅是一些相对笼统的文献和报告，以及传闻轶事，缺乏科学的有参考价值的技术理论和规程规范。因此，开展水电站拆除相关技术研究和探索变的尤为重要和紧迫。

3 水电站拆除方案设计与探索

3.1 黄河源水电站基本概况

黄河源水电站位于青海省玛多县境内，为一坝后式电站。大坝建在鄂陵湖湖口下游17km处的黄河干流上，是黄河上第一座水电站。近年来，随着玛多县社会经济发展，青海主网联网工程已于2015年年底建成投运，电站最初为解决唯一无电县用电问题的功能已褪去。现电站地处黄河源头，位于2003年成立的三江源国家级自然保护区扎陵湖-鄂陵湖保护分区核心区内，对原河道生态及上下游连通响较大，不利于周边生态环境保护。2017年7月青海省发展和改革委员印发了《关于限期拆除玛多县黄河源水电站的通知》至此，明确了水电站拆除的工程任务。

黄河源水电站库区与坝址上游17km处的鄂陵湖连为一体，带湖总库容25.01亿m3，死库容0.61×108m3。地震设防烈度为Ⅷ度。电站由大坝、溢洪道、发电放水管、厂房和升压站等组成。工程新建批复认定等别为Ⅲ等，相应主要建筑物，大坝级别为3级，溢洪道、发电放水管等其它永久性建筑物级别为4级。黄河源水电站库区由和鄂陵湖湖口下游电站水库共同组成，电站设计库容所指为电站总库容减鄂陵湖库容。黄河源水电站水库水位-面积-库容曲线，因受客观因素和历史问题制约现无法准确取得现状数据。本次对水库库容在原设计资料的基础上进行复核，由复核结果可知，水库不含鄂陵湖时仅湖口以下库区，通过对比分析得到4270.263m以下水位-面积-库容曲线。见图1。

图1 湖口以下4270.263m以下水电站水位-库容-面积曲线

图2 黄河源水电站地理位置示意图

水库大坝为粘土心墙砂砾石坝，最大坝高l8.0m，坝顶长l521.6m，坝顶宽5.0m。防渗体为粘土心墙，心墙顶宽2.0m，底宽6.0m，上、下游坡比均为1∶0.15。大坝上游坝坡1∶3.0，在4265.0m高程处设宽1.5m马道，马道上部采用C20混凝土八角形预制块护坡。下游坝坡1∶2.0，在4257.6m高程处设4.0m宽的马道作为进场公路，坝脚设褥垫式排水体和排水沟。水电站位置示意图见图2。大坝平面布置图见图3。

图3 黄河源水电站平面布置示意图

水电站拆除工程的主要任务为，通过拆除彻底消除黄河源水电站对下游的防洪安全隐患，尽可能还原电站范围内黄河河床自然形态，恢复和修复电站及周边自然生态，严格落实水生生态保护措施，恢复黄河源头河段连通性。

3.2 黄河源水电站拆除工程方案

据有效资料显示，国内迄今为止，主动拆除的大中型闸坝未有记载，中小型闸坝的拆除才刚刚起步，国内主要大江大河上大坝拆除尚未开展，仅有个别省份正在开展相关论证工作。黄河源水电站拆除工程作为迄今为止国内第一座大江大河上拆除的中型水电站工程。考虑到上级部门对于水电站拆除工作较为紧迫的时间要求，在考虑安全可靠的前提下，将以最快的放水腾库和拆除进度作为设计的重点。现状水库库容缺乏实测资料，本文中所示库容-面积曲线，是在原初设资料的基础上通过数据分析得来，泄水建筑物大多年久失修，泄流能力也存在理论偏差。因此，在水库拆除放空期间应加强对下游河道的水位流量监测，及时调整水库放水流量，使水库放水不影响下游河道及建筑物的安全。

3.2.1 电站总体拆除方案

根据对水电站现状的勘察，结合工程设计资料和相关工程要求，确定水电站拆除总体原则为，先截流湖口(库位与上游鄂陵湖连接口)阻断上游来水，拆除溢洪道侧堰，利用现有设施进行水库放空，同时开展坝体全长逐层挖运工作，完成电站附属建筑物的填埋和拆除清理。随着工程的逐步实施，根据水库水量和拆除进度，结合下游防汛要求适时挖开河床段坝体，利用龙口泄流放空库内蓄水，坝体拆除及建筑物填埋清运工作。后续进行必要的裸露库区、拆除场地和河床的水土保持治理、环境整治恢复工作。拆除工程方案按照6个工序阶段实施。湖口地形、溢洪道侧堰等见图4—6。

(1)第一阶段，堆筑鄂陵湖与水电站库区湖口围堰，同时拆除溢洪道进口侧堰，并保持放水洞持续放水。现状实测库区水位为4269.12m，对应库容约1.09×108m3。虽然放水洞处于半开启状态，但是由于鄂陵湖与电站库区湖口存在连通关系，电站库区任然有水量补充，因此库区水位相对稳定，没有出现明显的水位下降。水库与鄂陵湖连接处湖口河床底高程约为4270m与鄂陵湖常年平均水位相差不足1m。由于大坝拦蓄造成的25.01×108m3库容(不含湖口地面高程以下湖泊库容)约有24×108m3库容积蓄在鄂陵湖中，湖中积蓄库容经过湖口狭窄河道宣泄能力有限。根据以往水电站维修经验，在现状水位情况下，湖口水深较浅且水流缓慢，进行较小规模的围堰封堵即可满足截流目的。经水文分析鄂陵湖出口处多年平均径流量，如不弃水9月份仅能增加水深约0.15m。见表2。

表2 鄂陵湖出口处设计径流年内分配表 单位：万m3

电站拆除工作能否如期完成放空是重点，然而电站本身可供利用的放水建筑物仅有溢洪道和放水洞，溢洪道侧堰堰顶高程4270.15m，已高出库区水位1m多。因此，为了最大限度腾库泄洪，除放水洞持续泄水外，同时利用溢洪道侧堰前的淤积体，做天然围堰将溢洪道侧堰拆除槽底高程4264.09m用于泄水。

图4 湖口地形

图5 溢洪道侧堰

图6 溢洪道侧堰、侧槽及堰前堆积体

(2)第二阶段，拆除溢洪道侧堰前淤积体，进行泄水。同时根据库区水位，开展大坝挖运工作。考虑大坝拆除施工期的坝体稳定安全和施工期防洪要求，大坝拆除采取全坝线整体逐层下降开挖，原则上在水库水位未达现有放水建筑物能够泄水的最低水位即4261m前，坝顶作业面始终高于水库水位1.0～1.5m，高水位宜取大值，反之取小值。

根据环保要求，大坝拆除产生的坝体砂砾石和黏土心墙料应分开挖运，并且不应在保护区内产生新堆料和环境保护新问题。坝体砂砾石料全部运输至水电站建设时的黏土料场、砂砾石料场、块石料场和坝址至湖口道路两侧遗留的取料坑内。黏土心墙料，在进行必要的粉碎和营养化处理后可全部利用，用于表层覆土，种植草木恢复生态。

(3)第三阶段，回填溢洪道恢复右岸山体边坡，大坝最终拆除至4262.0m高程。随着库区水位的有序下降和大坝及其他建筑物的拆除推进，当库水位下降至4264.1m附近时，溢洪道已不再具备进一步放水的条件。利用开挖出的弃料将溢洪道泄槽及部分堰体进行回填，回填高程以原山体自然边坡为参考，最大可能模拟自然山体形态，并与河床地形地貌协调一致，上部覆土种植草皮植被。

(4)第四阶段，清理大坝下游河床，视情况挖开主河床坝段形成泄水龙口，通过水流逐渐冲刷自由泄流。至此大坝挖运除河床段外，其他坝段基本拆除完成并与原河道形态相衔接。由于水位下降至4261.0m，放水管等建筑物已无法发挥作用，17m3/s左右的下泄流量对于可能存库的1700万m3水量，工期上是不允许的。综合考虑该阶段，根据水位下降和库区水量的具体情况，进行主河床段大坝龙口开挖，进一步腾库泄水。大坝龙口开挖规模应按照施工需要，同时采取限制下泄流量进行控制。随着大坝整体的下降，逐步开挖扩大龙口至4258.0m高程。同时，完成厂房尾水段的回填和下游河床的清理工作。至此，电站主体拆除基本完成，利用自然水流逐渐冲刷，通过进一步清理人为恢复河床，尽可能的形成较为自然的河流河床形态。

(5)第五阶段，根据拆除后的坝址泄流情况，适时打开鄂陵湖湖口围堰完成电站拆除工作。湖口围堰拆除时间将参考施工进度和河流水位变化，尽可能做到减少坝址至湖口河床段断流。围堰拆除初期通过较小的泄水依靠水流自身冲刷龙口，逐步由小到大，由缓到急的向下游补充注水，减少对湖口自然河床的扰动。

(6)第六阶段，清理裸露库区岸坡，完善库区及坝址处环境恢复和水土保持工作。

3.2.2 环境保护和水土保持设计

(1)水电站地处青南高原高山土壤区-西北部高山草甸土、高山草原区，土壤以高山草原土为主，土层中明显有钙积层出现；项目区植被是以耐旱的紫花针茅草原群落为主的高寒草原，群落覆盖度一般在30%～50%之间，植物生长矮小。为维护自然生态系统的完整性和稳定性，维持敏感区生态功能不下降，确保重点保护野生动物在工程施工过程中不受损。设计不新增施工工程设施，尽可能利用现有电站生活区设施，处理生活污水等污染物。工程土石方均综合利用不设置临时堆放场，不设置永久弃渣场。工程结束后，将拆除工程产生的建筑垃圾运至县城垃圾填埋场集中处理。水电站拆除后，库区能更好的通过紫外线照射降解有机污染物，河道水体流动速率加快，温度降低，水中的含氧能力提升，一定程度上能促进水生生物的生长。同时，恢复了河流的连通性，大坝上下游鱼类不再有阻隔，对促进其种群的恢复与增长具有重要作用。

(2)工程位于青海省水土保持生态建设区中的V2黄河源山原河谷水蚀风蚀水源涵养区，属三江源国家级水土流失重点预防区，按照1级标准防治。水土流失预测范围包括围堰、大坝、电站厂房和回填治理区，共4个预测单元。工程建设扰动地表、破坏土地和植被面积24.23hm2，治理面积1042.11hm2。

水土保持措施总体布局以植物措施为主，工程措施为辅，形成一个有机结合的水土流失防治体系，对项目区进行综合恢复治理。水电站拆除后进行场地平整(除天然河道区域)，恢复与周边地形景观一致，然后撒播种草。由于恢复区位于高寒高海拔地区，土壤地质条件差，蓄水保墒能力弱，为了保证出苗率和保苗率，必须合理搭配多种草种以及加大播种量。草种选择披碱草、冷地早熟禾和中华羊茅的混合草种，按2∶1∶1比例撒播，撒播密度120kg/hm2。高陡边坡裸露面采用马克菲尔抗侵蚀防护毯进行防护。

水电站和道路建设时历史遗留的未治理的采料场和取料坑，将做为渣料回填治理区，区域总占地16.86hm2。大坝、电站厂房、围堰拆除后的碎石、块石、建筑物废弃物、土方等均拉运至回填治理区。采用由下向上回填堆放，堆放高度与周边地形协调一致，将混凝土等建筑废弃物堆置于底部，砂砾石和碎石置于中部，土方堆置于顶部和坡面，分层碾压均匀，最后顶部撒播草籽恢复生态景观，场地平整恢复与周边地形景观一致。

场地平整之后，表层铺填0.3m厚土，加施适量的有机肥或复合化肥，耕翻20cm左右，清除土壤中碎石等杂物，然后人工细耕，以保证土壤疏松、透气、平整、排水良好，适于草种生长。对于原水库淹没区或原生植被盖度在20%～40%的沙化退化草地，在不进行翻耕草地，不破坏原生植被的前提下，通过耙耱、镇压将牧草种子埋入表土中，建立多年生半人工草地来恢复植被。撒播时间，5月中下旬—6月中旬，雨季水热同季时节进行。去杂、精选，保证种子质量，精选的草种浸泡24小时，适当施有机肥或N、P、K复合肥。

3.2.3 人员安置

按照国家有关政策规定和青海地区企业关闭人员安置实践，黄河源水电站拆除后人员安置原则：

(1)根据本人意愿，坚持以人为本从实际出发采取公平、公正、透明、公开的安置原则。

(2)坚持行业内部消化和社会吸纳相结合，以内部消化为主。

(3)鼓励自谋职业，鼓励调入其它单位工作。

(4)制定相关针对性政策，对符合条件的人员可考虑办理退休。依据本人意愿，对距法定退休年龄不足5年的职工，经与职工协商一致，解除劳动关系时可将经济补偿金转为一次性缴纳养老保险费、医疗保险费以及一次性计发生活费，不足部分由相关部门与职工协商解决；

(5)依据本人意愿，对符合条件的职工可考虑解除劳动关系，给予一次性经济补偿金，自谋职业。经济补偿标准和支付办法，按照相关解除劳动合同的经济补偿办法、规定和相关地方标准，对解除劳动关系的职工支付经济补偿金。经济补偿金原则上按职工在本单位工作年限计算。

3.2.4 其他相关事宜

现行水利水电工程概(估)算编制原则和规程，并没有相关水电站拆除相关内容，对于编制过程中缺项部分，参考其他相关专业定额及文件执行，例如参照2016版《青海省房屋修缮工程消耗量定额与基价》中拆除工程、2016版《青海省市政工程消耗量定额与基价》中拆除工程等。

4 结语

水电站拆除应建立在环境后果、经济效益、拆除费用与风险等因素进行分析比较的结论之上。水电站的拆除对恢复生态环境总体是有利的，大坝拆除被倡导为环境修复的一种手段，一些文献资料对该观点提供了一定的支持，但是对大坝拆除所造成的影响方面缺乏长期而广泛的研究。原先的库区被流动的河水所代替，库区形成的生物环境链、水库边缘湿地生态将如何变化仍未可知。水电站拆除的需要，明显超越了水利水电工程领域基础科学建设的步伐，造成制定大坝拆除工作存在理论空缺。

大坝的拆除势必对紧邻大坝区域产生重大影响，涉及能量交换、泥沙重分布以及鱼类通道等问题。例如河流流速增大、水温改变、含沙量变化、鱼类洄游、河流水质和生物变化、河流岸坡植被变化等等。同时，可能潜在地质灾害问题、库内重金属和有机污染物下泄问题、坝址区附近的生态环境恢复建设问题等。如拆除工程不能有效的做到对库区水的控导，水流自然发展演变将不以人的意志而转移，极有可能对防汛安全带来极大的危险，对下游群众的生活及生产造成危害。

时至今日，水电站拆除工程审查评价等内容仍没有全国统一的标准或准则。应尽快制订水利水电大坝拆除工程相关标准、规范制定和影响评估研究评价等工作。本文通过研究国内外水电大坝拆除现状，探索黄河源水电站拆除实践方案，以及拆除工作存在的问题，进而提出相关建议供决策部门参考。