小浪底水利枢纽生态影响分析与实践

黄维华 李 杰

(1.黄河小浪底水资源投资有限公司，河南 郑州 450000；2.黄河水利水电开发集团有限公司，河南 郑州 450000)

黄河小浪底水利枢纽工程(简称小浪底水利枢纽工程)是治理黄河的控制性骨干工程之一，位于黄河干流最后一个峡谷的出口处，控制着黄河92.3%的流域面积、86.9%的天然径流量和近100%的泥沙，总库容126.5亿m3，装机容量180万kW。

建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略。建设黄河生态带，对建设美丽中国具有重要意义。小浪底水利枢纽工程自2000年投入运行以来，在发挥了巨大社会和经济效益的同时，生态效益显著。不仅实现了规划的“防洪、防凌、减淤、供水、灌溉和发电”的开发目标，还显著改善了生态环境。经过多年的生态修复、保护和提升，小浪底水利枢纽管理区基础设施完善，生态环境优良，成为全国水利工程生态建设的样板，也将是黄河生态带建设的龙头。为进一步发挥小浪底水利枢纽的综合效益、支撑黄河流域生态保护和高质量发展，本文在分析小浪底水利枢纽工程生态影响途径和要素、梳理措施与作用、总结经验的基础上，提出进一步提升小浪底水利枢纽工程生态效益的建议，同时也将为其他水利工程发挥生态效益提供有益借鉴。

1 小浪底水利枢纽工程对生态环境的影响途径和要素

1.1 对河流生态系统的影响途径

1.1.1 工程建设时期的影响

小浪底是大型水利枢纽工程，具有建设周期长、影响范围大、工程开挖量和堆弃渣量大等特点，其施工过程中不可避免地对河流生态系统造成诸多影响。基础开挖、建筑材料开采和弃渣堆砌过程中破坏了坝址区域、采料场、弃渣场原有的天然植被，进而造成水土流失和水土流失带来的间接危害。

此外，施工过程中产生大量的生产废水，例如混凝土拌和废水、含油废水、洗车废水及洗料废水等，大量施工人员在生活中也产生了生活污水，这些污水可能会对河流水质造成污染。除了水污染外，施工过程中还造成了大气污染，例如开挖和施工现场产生大量粉尘、炸药爆破时产生有害气体等。

1.1.2 枢纽工程自身的影响

河流的一个重要特征是具有纵向的连通性，形成了从河源到河口的物质流、能量流和生物分布的纵向连续体。小浪底水利枢纽工程在一定程度上阻隔、改变了黄河的纵向连通，造成了河流破碎化。大坝阻隔了上下游的物质输运，将泥沙、营养物质等拦截在库区，导致进入下游的物质减少。同时也阻碍了水生生物在河流中的自由通行及物种的扩散。

1.1.3 枢纽调度的影响

水利枢纽调度的原则是在确保安全的前提下，分清防洪与发电及其他综合利用任务间的主次关系，统一调度，使综合效益最大化。小浪底水利枢纽工程投入运行后，其调度方式对河流生态系统产生巨大的影响。首先，调度方式决定了下泄水流的流量、流速、频率等，改变了下游的水文情势；其次，库区水温分层和下泄位置影响下游水温；第三，进入下游的泥沙、营养物质等受到一定程度的影响。

小浪底水库调度运行对河流生态系统的影响十分复杂，防洪、灌溉、供水、发电等调度以社会安全和经济效益为主要目标，可能会对河流生态系统产生负面影响，但同时也可能会改善生态环境。例如水库向下游供水可避免下游出现极端小流量甚至断流，也可以减少区域地下水超采；水库蓄水后形成的广阔水面可以增加局地湿度、提高植被覆盖率；水力发电产生的清洁能源减少了煤炭消耗量和碳排放量；水库的拦沙、排沙作用可以减轻下游泥沙淤积，维持河流的稳定形态，为生物提供稳定的栖息环境等。

1.2 对生态环境要素的影响

小浪底水利枢纽工程对河流生态系统的影响可以划分为3个层次：第1层次为水文、泥沙等非生物要素的变化；第2层次为在第1层次的影响下地形地貌和初级生物的变化；第3层次为在前两个层次的共同作用下以高级生物为主的生物群落的变化。大型水利枢纽工程生态影响的3个层次间存在递进的关系，其中非生物要素变化是河流生态系统变化的根本原因，而生物群落变化则是最终结果[1]。

1.2.1 对水文情势的影响

小浪底枢纽工程调度对下游最直接的影响就是通过调蓄水资源改变了黄河下游的水文情势。河流是具有反馈调节机制的动态系统,径流与泥沙、河床边界、河流水质之间存在着相互影响、相互制约的关系[2]，水文情势的变化会引起河流生态系统其他要素的连锁反应。小浪底水利枢纽出于兴利、防洪、防凌、发电等目标，水库调度会使下游径流过程趋于平坦，减少危害社会安全且难以有效利用水资源的极端高流量事件，同时也减少危害供水安全的极端低流量事件。小浪底水文站位于小浪底水库下游，其监测结果显示小浪底水库的调度在一定程度上恢复了天然时期的高流量事件，见图1。

图1 小浪底水文站实测日径流变化

1.2.2 对地貌形态的影响

河流地貌演化过程是泥沙在河流动力作用下被侵蚀、输运和淤积并塑造河道及河漫滩的过程。小浪底水利枢纽工程阻隔了黄河泥沙输运的通路，大量泥沙被拦蓄在小浪底库区，导致向下游泄水的泥沙含量减少，下游河床发生变化。水利枢纽的调度能够人为改变进入下游的水沙关系，对下游泥沙输运和地貌演化过程产生复杂的影响。1999年小浪底水库建成运行后，下游花园口站含沙量急速降低至4.17kg/m3，此时的含沙量相当于1950—1980年间含沙量的8.4%[3]。1997年截流至2017年4月小浪底库区累积淤积泥沙32.14亿m3，水库蓄水拦沙作用和调水调沙作用使黄河下游河道全线冲刷，断面主槽展宽、冲深，河道平滩流量逐步得到了恢复。

1.2.3 对生物群落的影响

小浪底水库蓄水后，水库的调度运行将改变黄河下游河段的物理、化学、生物因素，产生复杂的连锁反应。大坝蓄水影响能量和物质流入下游河道及其有关的生态区域，对水文、泥沙、水质等非生物环境产生影响，从而导致黄河下游其他要素发生变化，影响生物群落繁衍生息。

1.2.4 对局地气候的影响

水利枢纽工程蓄水后库区水位上升，形成大面积水面。水体对局地气候环境的影响主要包括对空气温度、空气湿度、风环境的影响及日照效应。随着水体蒸发，水体对空气温度影响的同时也伴随着湿度效应。水体因其蒸发作用，增加水面上空的水分子，使空气湿度得到增加。水库水体表面相对比较光滑，能像“反光镜”一样把太阳光反射、折射，对水体周边环境带来亮光影响及温度效应。小浪底水库及其反调节西霞院水库最大可形成约270km2的水面，是中原地区最大的水面，能够显著改变局地气候。

1.2.5 对碳排放的影响

水电是重要的可再生清洁能源，无须消耗任何化石燃料。水力发电装机容量大、技术成熟，是绿色清洁能源，是减少碳排放的有效途径。可以将水力发电代替火力发电的二氧化碳减排量作为碳减排评估指标，计算公式如下：

RCAR=EQK1K2

式中：RCAR是碳减排评估指标，kW·h；EQ是代燃料余电量，kW·h；K1是燃烧1t标准煤向大气排放二氧化碳的数值；K2是单位电量煤耗折算系数。

按照此公式计算水力发电1亿kW·h，约能减少1.23万t标准煤的碳排放。按照小浪底设计年平均发电量55亿kW·h计算，每年将减少68万t标准煤的碳排放。2020年小浪底电站实际发电量为90亿kW·h，减少110.7万t标准煤的碳排放。

1.2.6 对河道外的影响

小浪底水利枢纽对河道外的生态系统影响主要体现为直接提供生态环境用水、置换水源、提供稳定的生态环境。通过库区引水和水库调度为下游提供适宜的引水条件，向河道外提供水资源；水利枢纽工程通过调蓄水资源，使供水过程与需水过程更加匹配，为供水区提供更多水源，从而减少供水区地表水和地下水开采量；水利枢纽工程能够提高下游防洪标准，减少洪水对两岸陆生环境的破坏，为生物提供稳定的生态环境。

2 小浪底水利枢纽工程不同阶段生态保护措施与成效

小浪底水利枢纽位于黄河中游最后一个峡谷的出口，上距三门峡水库130km，下游是黄淮海平原，处在控制黄河水沙的关键位置。小浪底水利枢纽建成后，以其控制黄河水沙的优越地理位置及其巨大的调控库容，在黄河中下游生态环境保护中具有不可替代的战略地位。小浪底水利枢纽的开发任务蕴含了对生态环境的保护，下面将从多方面分析小浪底水利枢纽工程不同阶段对生态环境的保护措施及发挥的重要作用。

2.1 工程规划设计阶段的生态环境保护

小浪底水利枢纽规划设计中的生态措施主要有：ⓐ和谐共生，工程规模和布局与当地自然条件相匹配，尽量减少工程对自然生态系统的破坏，因地制宜充分利用当地资源，减少资源异地开采及运输中产生的生态破坏；ⓑ保护优先，除灌溉、防洪等经济社会功能外，规划设计中同样重视小浪底水利枢纽未来能够发挥的减灾、生态供水等生态保护功能；ⓒ绿色发展，规划设计中明确了小浪底水电站的功能定位，规划了水电清洁能源对供电区能源结构的影响；ⓓ系统治理，针对不可避免的生态破坏设计了多种补救措施。

2.2 施工建设中的生态环境保护措施

小浪底主体工程建设利用世界银行贷款，采用国际招标选择国际知名承包商承建。施工严格按照世界银行要求，参照美国相关标准、规范和批准的施工组织设计组织，全面引进环境监理进行保证。2002年6月，小浪底工程水土保持设施顺利通过国家组织的专项验收；2002年9月，小浪底工程环境保护通过了环境专项验收。小浪底工程先后被国家主管部门命名为“国家环境保护百佳工程”“开发建设项目水土保持示范工程”等。

小浪底水利枢纽施工建设过程中的生态理念为：ⓐ技术引领，采用先进技术降低施工造成的生态环境破坏；ⓑ因地制宜，根据地貌特征、污染物种类等选择适宜的生态环境保护措施；ⓒ多措并举，采用工程、管理、补偿等多种措施治理施工中的生态环境问题。主要采取以下措施。

2.2.1 施工建设中的水土流失防治

小浪底水利枢纽工程水土保持责任范围包括工程建设区和直接影响区。针对不同的区域地形地貌和地表植被破坏情况，在水土流失预测的基础上，采用不同的水土流失防治体系。对原地貌扰动程度较大、地表植被破坏严重，水土流失严重的区域，采用以工程为先导，以生物措施为主体的水土流失防治体系；对原地貌扰动程度不大、地表植被破坏较轻，产生水土流失不严重的区域采用以生物措施为主体、适当配置工程措施的水土流失防治体系；弃土弃渣区和料场开挖区采用以地表整治为主体，适当配置工程措施和生物措施的水土流失防治体系。

2.2.2 工程建设中的污染控制

采用生物处理、沉淀池、隔油池、油水分离器等措施保证施工区污水达标排放：混凝土拌和废水水量较小，经过沉淀处理后排入黄河，经稀释后对黄河水质无明显影响；含油废水采用隔油池和油水分离器处理，基本能做到达标排放；洗车废水采用先沉淀后除油的方法，处理效果良好，基本能达标排放；洗料废水循环利用，基本对黄河水质无影响。通过湿钻、通风、洒水等方法降低施工区粉尘污染。

2.3 水库调度发挥的生态作用

小浪底水利枢纽运行后，承担着下游河道内生态供水、黄河口三角洲湿地及近海海域生态补水、沿黄省区河道外生态环境供水以及流域外生态补水等直接的生态调度任务，总结历次的补水调度过程及管理实践，小浪底水库最重要的生态补水理念是为河道及流域内外塑造有利的生态补水条件。ⓐ塑造有利的补水时机：利用小浪底水库的调蓄库容，在最有利的关键期塑造河道内的大流量过程，起到向下游河口湿地补水效果；ⓑ发挥水库调蓄作用，稳定抬高河道内的流量，便于下游河道向白洋淀补水；ⓒ通过调蓄塑造合理的抗旱补水过程：小浪底水利枢纽作为黄河中下游唯一的干流控制性骨干工程，除了常规补水外，同时也是区域旱情发生时的主力补水水源；自小浪底水利枢纽运行后，应对了三场流域或区域旱情，开展了相应的补水和抗旱调度工作。

小浪底工程投入运用以来，接受黄河水利委员会的统一调度，与黄河中上游水库联合运用，共实施调水调沙运用21次，累计冲沙入海10亿t以上，黄河下游主河槽最大过流能力从不足1800m3/s增大到4200m3/s，黄河下游21年安全度过伏汛期，实现黄河下游河道连续21年不断流，黄河中下游湿地与河口三角洲湿地面积由急剧萎缩变为迅速恢复，生态环境大幅改善。通过保持黄河河道生态流量和为引黄工程提供可靠水源，黄河下游、引黄灌区、城市等地下水位稳步上升，水资源得到补充，水环境得到修复。同时，生态补水和供水也提高了黄河中下游地区及流域外供水区的生物多样性，淡水湿地重现，20世纪80年代末期已经绝迹的鱼类恢复，鸟类种类、数量基本恢复到1958年时的水平。对保护黄河健康生命，推动黄河中下游生态修复、改善，促进经济社会发展发挥了重要作用。截至2020年小浪底水电站累计发电量超过1140亿kW·h，减少1400万t标准煤的碳排放，在减少碳排放、减轻大气污染、减少矿物资源消耗的保护方面发挥了巨大作用。发电调度让步于生态调度，核心理念是以牺牲发电效益优先保障和完成对于河道及流域内外的生态补水及环境保护的任务。

2.4 持续开展枢纽区生态建设

小浪底水利枢纽管理区生态建设持续推进，累计种植草木总面积达493.3hm2，种植白杨、大叶女贞、雪松等乔木126万株、灌木384万株、地被34.15万m2，林草覆盖率达到47%。从小浪底主坝到西霞院坝后保护区，形成沿黄河约16km的生态景观带。“一轴、两带、三区”的空间布局和“文化小浪底、休闲翠绿湖、生态西霞院”的功能格局基本形成。涵盖约743种植物种类，含阔叶林、针叶林、灌木及草丛为主的植物景观和974种野生动物的生物景观。小浪底水利枢纽管理区先后被命名为国家级水利风景区、国家4A级风景区。为积极响应中央关于生态文明建设的号召，适应黄河生态带建设的需要，小浪底管理中心正以枢纽管理区生态提升为核心，5A级风景区创建为载体，进一步加大生态建设力度，全力打造高质量的水利风景区和休闲度假地。小浪底工程在黄河开发治理中的地位、枢纽管理区现有的基础设施和生态环境已经具备成为黄河生态带建设龙头的条件。

3 小浪底水利枢纽工程生态作用经验总结

3.1 与时俱进，不断完善水利工程的生态保护功能

生态水利工程的建设与运行应以国家战略为指导，不断更新、与时俱进，为国家生态文明建设提供助力。小浪底水利枢纽的运行过程正是水利工程生态保护功能不断完善的过程。在规划设计阶段，小浪底水利枢纽的开发任务是以黄河下游防洪(包括防凌)、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利，综合利用，并没有明确制定生态环境保护任务。但在小浪底水利枢纽运行过程中，随着我国对生态环境保护的不断重视和黄河生态文明建设的不断推进，小浪底水利枢纽逐渐具备并不断完善了生态保护功能，见图2。

图2 减轻生态破坏的层次

3.2 统筹兼顾、系统治理，重视生态整体性和区域协调性

小浪底水利枢纽在推进生态保护的过程中，考虑了生态的整体性、流域的系统性，统筹山水林田湖沙草等生态要素，协调河道内外、流域内外进行整体保护、综合治理。坚持山水林田湖草沙整体保护、系统修复、区域统筹、综合治理，全面协调上下游、左右岸、陆上水上、地表地下等进行整体保护、宏观调控、综合治理，建立统一的空间规划体系和协调有序的生态保护格局。

3.3 注重水利工程建设的原地保护与修复，维护原始生态环境

小浪底水利枢纽的建设过程遵循了“避免破坏—降低破坏—生态修复”的生态保护原则，将对当地自然生态环境的负面影响最小化。首先采取优化方案设计等措施避免不必要的生态破坏；对于不可避免的生态破坏，通过选择本地材料、采用先进技术等方法将生态破坏最小化；在施工过程中和工期结束后，在原地对生态环境进行修复。

3.4 努力提升河道防洪标准，构建区域生态安全屏障

小浪底水利枢纽工程运用后，下游河道防洪标准由原来的近60年一遇，提升至近1000年一遇，进一步巩固了黄河下游岁岁安澜的大好局面，为两岸广大区域竖立起坚固的生态安全屏障。另外，工程投入运用后，考虑到黄河下游滩区居住人口众多、生态环境脆弱的实际情况，充分利用拦沙期剩余库容较大的有利条件，对中小洪水进行了有效控制，兼顾了滩区的生态保护。

3.5 完善水沙调控体系，维持中水河槽，为生物提供稳定栖息环境

小浪底水利枢纽工程处在控制黄河水沙进入下游的关键部位，控制了约90%的黄河径流和几乎全部的泥沙，处在控制黄河水沙进入下游的关键部位，其巨大的水沙调控能力弥补了黄河中游万家寨、天桥、三门峡等水库调控能力不足的短板，完善了黄河中下游水沙调控工程体系。通过精心调度，成功地塑造人工异重流，减少了小浪底水库的淤积，并充分利用塑造的长历时大流量水流过程冲刷下游河道，恢复主河槽过流能力，遏制了下游河道持续淤积抬升的趋势，缓解了二级悬河的发育，主河槽断面趋于窄深，河势趋于稳定，为河道生物提供了稳定的栖息环境。

3.6 尊重自然，实现经济效益和生态效益的统一

随着国家对生态环境重视不断深化，河口三角洲湿地的常态补水、流域外应急生态补水情况的时有发生。此外，“黄河流域生态保护和高质量发展”战略的提出，促进小浪底水利枢纽的生态功能一直在拓展和加强，并上升为和防洪、防凌、减淤、供水、灌溉、发电等并驾齐驱的主要功能。小浪底水利枢纽尊重自然，主动放弃非汛期部分发电效益，承担生态补水任务，实现经济效益和生态效益的统一。

4 进一步发挥小浪底水利枢纽生态作用建议

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略，沿黄河生态带建设是落实党中央提出的生态文明建设的重要内容，也是黄河流域经济社会发展的一件大事。小浪底水利枢纽是黄河开发治理的关键控制性工程和国家骨干水网的重点节点，必将在沿黄生态带建设中发挥重要作用。对进一步发挥小浪底水利枢纽生态作用提出以下建议。

4.1 进一步挖掘生态作用

小浪底管理中心作为小浪底水利枢纽运行管理单位，要全面、准确、深入把握黄河高质量发展这一根本要求，以管好民生工程为首要任务，在科学管理运用小浪底工程、充分发挥工程的综合效益的同时，响应中央关于生态文明建设的号召，适应沿黄经济带建设的需要，继续做好小浪底的生态保护、修复与提升，进一步发挥和挖掘小浪底工程生态作用。

4.2 延长水库使用寿命

黄河高质量发展战略中，要继续加强黄河中上游水土保持，推进黄河中游水利工程建设，严格黄河流域水资源统一调度，减少泥沙淤积，延长小浪底水库使用寿命，保证水库基本的水资源储备量。

4.3 提高水库水质

综合运用法律、行政、经济等多种手段，开展库区违法建筑拆除、违法鱼塘清理、水事违法行业处理等。在水利体制建设中，要严格落实河长制，充分发挥地方政府在河湖管理中的主体责任，有效防止小浪底水库上游来水污染和库周水污染。同时对损害侵占水库岸线、违法建设、弃渣、养殖等行为进行严厉打击，确保水库水质。

4.4 规范水库取水行为

利用行政、价格等手段，严格控制小浪底库区引水量，实现水资源集约、节约利用。小浪底管理中心会同地方人民政府严格按照国家关于水库管理的政策、法规实施库区管理。要共同对引水口和引水量进行监管，协商对影响水库发电效益的引水收取水费，通过价格杠杆，推进水库水资源的集约、节约利用。

4.5 严控库区周边开发

地方政府要统筹规划小浪底库区周边开发。库区周边开发要与水库功能发挥、水资源保护和节约利用、水环境改善及水生态修复相协调，开发要以生态建设为主，减少经营性开发，控制开发强度。

4.6 争取生态建设政策支持

争取小浪底水利枢纽管理区生态建设政策支持。争取国家和地方政府能够从政策、税收优惠等方面加强对小浪底管理中心开展生态改造提升工程的支持力度，以保证长期建设与维护所需的资金投入；基于小浪底在沿黄生态带建设中发挥的重要作用和承上启下的位置，可将沿黄生态带拟建设的一些重要设施布置在小浪底水利枢纽管理区,共同将小浪底水利枢纽管理区打造为沿黄生态带上的明珠。