水电工程退役方式研究与决策

王毅鸣，王富强，储小钊，武明鑫

(1.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；2.水电水利规划设计总院，北京 100120)

0 引 言

经过几十年的建设，我国水力发电工程在发电、防洪、灌溉、航运、供水、生态环境保护以及旅游等方面都取得了巨大成绩和效益。但是早期建设的部分水电工程大坝和其他配套设施的老化，功能逐步萎缩，甚至基本丧失，维护成本增加，效益严重衰减，超过或接近设计寿命，随着这样的工程越来越多，水库大坝及其他建筑物的退役已引起各方面重视。将这些达到使用年限、工程不安全、严重影响生态环境、改造经济效益差的水电工程退役，并将其拆除，符合事物的发展规律。但工程的退役方式应适合工程所在地经济社会发展需要，遵循经济、社会、环境总体最优原则，正确处理相关方的关切，兼顾各方利益，并科学合理地利用水资源。宜结合水电工程退役研究水力发电任务退出后承担其他工程任务的可行性和合理性，有条件时宜将其改造成承担新工程任务的项目，使水电工程项目可持续发展，为社会创造综合效益。

水电工程退役前应开展工程退役专项评估工作，并根据批复的评估意见进行退役设计。如果现状水电工程各类建筑物、设备、设施虽然不能满足安全、功能、环保、职业健康等要求，但通过工程建筑物的拆除、重建、修复、更换、维修等处置措施，可以使工程能够继续发挥水力发电及其他水库功能或功能提升的，也应当不按照工程退役处置。

1 基本概念

1.1 水电工程退役

根据水利部发布的有关管理办法和规范，水库降等是因库容减小，功能萎缩、工程安全等原因，根据水库工程等别划分标准，将水库工程等别降低进行运行和管理的处置措施。水库报废是因库容或功能基本丧失等原因，废除水库功能、拆除或部分拆除主要水工建筑物的处置措施[1-2]。

美国的《退役坝拆坝的科学与决策》[3]对水电工程退役定义为：用于水力发电的水坝，因未获得联邦能源管理委员会的运行许可而关闭。退役可能包括或不包括拆除发电引水设施、完全关闭、涡轮机关闭后的安全维护和将坝址恢复建坝前的环境。

2015年水电水利规划设计总院在开展水电行业技术标准体系研究时对水电工程退役技术标准的组成进行了研究[4]，编制了《水电行业技术标准体系研究报告》[5]，对水电工程退役定义为，因达到设计使用年限、安全性无法保证、社会需求改变等，而对其实质性功能的转换或终止所进行评估及处置的全过程。结合我国水库工程降等报废和水电工程退役的有关研究成果和概念，在《水电工程退役设计导则》[6]编制工程中对水电工程退役的内涵进行了进一步的研究和讨论，将水电工程退役等概念确定为，水电工程因水力发电功能终止所进行的拆除或部分拆除主要建筑物等的处置过程。根据水电工程术语定义的分析及讨论可以释义为：

(1)引起水电工程退役的原因可以是一个事件或多个事件导致的，其造成的结果和处置措施是工程发电功能的终止或转换。是从任务功能的角度确定工程是否退役，即各种原因造成的工程发电功能消除，不是从水工建筑物或设备等能否使用的角度来定义工程退役的概念。水电工程退役的实质是工程项目发电任务结束后，对整体工程的处置过程。

(2)水电工程在运行阶段，对各类建筑物、设备、设施不能满足安全、功能、环保、职业健康等要求，为使工程能够继续发挥水力发电及其他水库功能或功能提升所进行的拆除、重建、修复、更换、维修等处置过程，是对水电工程更新改造，不属于水电工程退役的范畴。

1.2 水电工程退役方式

水电工程退役根据任务的变化和调整可分为全部退役和部分退役两种方式。全部退役为水力发电功能和其他功能全部终止；部分退役为水力发电功能终止，其他功能全部或部分保留。工程全部退役时需拆除工程及其附属建筑物，包括对相关影响区的恢复或复原。部分退役主要涉及以下两种情况：①仅对现有的水力发电设施退役，大坝及其他结构保留，该情况下可能会出于安全或维修需要对大坝结构进行一定的维修加固；②部分工程设施退役，包含水力发电设施控制运行、降低坝高或拆除大坝，该情况要求降低坝高或拆除大坝，而保留其他一些附属设施[6]。

2 退役水电工程基础资料

开展水电工程退役评估和设计应首先实地调研并尽可能广泛收集工程规划、勘测设计、施工、运行监测、更新改造、功能和效益、经济与社会影响、环境影响等基础资料，并进行全面分析。应考虑与上下游已建和在建涉水工程的相互影响，如上下游因水库大坝退役需要进行维修、搬迁、重建的引水设施、码头、护岸等建筑物；对其他设施的运行带来的显著的额外成本[3，7- 8]。

2.1 工程建设任务和效益资料的收集及分析

水电工程退役应通过资料搜集和实地调查明确退役水电工程在流域内发挥的作用。拟退役的水电工程在工程的不同运行时段发挥着相应的作用，这些作用随着工程老化，作用的发挥在减弱或变化，应开展调查研究评价工作。如水电工程可能具有供水、防洪、娱乐以及鱼类繁殖等综合任务功能。

应通过资料搜集和实地调查了解退役水电工程利益相关方和社会关切。拟退役工程所有权可能涉及国有、民营联合体、个人私有等不同属性的组织，所有权可能涉及一个、多个单位或团体。另外，工程收益或服务对象也可能涉及较多的单位、社会组织或社会环境等方面，利益相关方十分复杂。工程的目标任务随着服务社会及其他受益人的改变而改变。工程的任务与水权及土地使用责任密切相关，工程进行改造或退役时需对任何受影响方进行辨识[7]。

水电工程退役评估和设计应结合运行过程工程实际任务和效益计算分析，明确利益相关程度；统计工程实际效益，分析已创造的综合经济效益。通过详细的说明拟退役工程的效益，可以明确利益相关方和程度，确定受影响的组织、团体、个人等，也可以确定环境影响因素。在确定工程退役方式时，这些信息有助于确定可能发生的影响和潜在的减缓方案措施。水电工程退役应对继续发电进行成本效益分析，具有综合利用任务的，还应研究退役对其他工程任务的影响。

水库工程一般会切断并阻滞沉积物向下游传输，工程通过拦截沉积物的输送降低了水质的浑浊度，但也改变了下泄水流的水温，淹没了鱼类和野生生物的栖息地而对下游渔业产生影响。对环境的影响可能是正面的，也可能是负面的。工程退役评估过程中，环境影响的评估应对这些潜在的影响因素进行讨论研究。

2.2 工程水文资料的收集

退役水电工程评估和设计应进行深入调查研究，搜集、整理、复核、验证有关工程水文资料和相关信息，应结合工程项目实际情况开展工程水文泥沙研究与风险评估，判定建筑物退役拆除期间或拆除结束后的影响。例如，水库大坝不同的退役方式对防洪效益的影响、不同退役方式涉及到的洪水标准及洪峰流量、洪量；大坝拆除时，不同施工期的洪水标准及规模。

收集和整理的工程水文基本资料应按照退役工程设计实际需要进行，其内容主要有：

(1)设计流域自然地理概况。包括地理位置、地形、地貌、地质、土壤、植被、气候等。

(2)设计流域及河道的特征资料。包括集水面积、河流的长度和支流的分布、纵横断面资料。

(3)工程设计的水文计算成果资料。包括径流、洪水、泥沙、水库淤积及回水分析计算等资料。

(4)工程运行期的水文观测、运行资料。包括水位、径流、洪水、泥沙、水库淤积等资料。

(5)上下游与退役有关的蓄水、引水、提水工程。包括堤防、分洪、蓄洪、滞洪工程，水环境工程等。

(6)成果资料。包括流域、工程项目及邻近地区有关水文气象分析及研究成果。

2.3 工程地质勘查资料的收集

水电工程退役应根据工程规模、建筑物结构形式、工程退役方式、影响区分析评价需要等开展工程地质勘察和评估分析工作。按照退役工程设计需要收集和整理的工程地质基本资料，其内容主要有：

(1)区域构造稳定性资料。包括地理位置、地形、地貌、地质等；原工程设计有关区域构造稳定性资料、工程场地地震基本烈度和地震危险性分析资料。

(2)水库区渗漏及库岸稳定情况。原工程设计水库区地质勘查资料，水库库岸可能存在的地质灾害问题及防范措施情况。

(3)枢纽工程区及主要建筑物地质勘查资料。主要包括坝址、厂址、建筑物基础材料特性、地质构造、基础及边坡稳定处理措施等资料。

(4)工程主要地下洞室地质勘查资料。主要包括地下洞室岩性、构造、水位、地应力等情况；洞室支护现状等。

(5)水工建筑物结构资料。主要包括水工建筑物结构及材料情况；建筑物结构存在的主要功能性和安全性问题及老化情况，地下洞室结构稳定性及影响等。

(6)水库区塌岸及泥沙淤积资料。主要包括塌岸及泥沙颗粒组成、分布情况、固结情况等。

2.4 工程建设及运行资料的收集及分析

水电工程退役方式论证和建筑物拆除设计，应收集建筑物及结构材料设计、施工、工程改造及加固、安全监测、运行管理等资料，并尽可能按照重新使用拆除的建筑材料为原则进行后续设计。对现有水工建筑物结构的情况的认识理解对拆除方案的确定至关重要，所有与项目有关的资料应在退役设计之前进行收集，包括所有的施工图纸、计算书和报告成果。主要应收集以下资料[8-9]：

(1)工程设计及施工资料。如无图纸，必要时应进行现场测量绘制新图纸，反映当前建筑物的情况。建筑物的类型和构筑材料的处置要求将影响拆除方法的选择和建筑物的拆除成本。拦河坝拆除前，例如土石坝，如缺失原始的设计及施工资料，则需进行地质勘探确定建坝时所用材料的体积及特性。对心墙土料进行检测，研究填坝土料、石料是否能够重新利用，或者如何处理及合理选择处置的地点。尽可能减少材料的堆放场地和对河道环境影响。

(2)业主或监管机构记载的相关信息。包括检查、历年修缮的记录；项目历史记录、建筑照片和当地历史学会、档案馆和公共图书馆的报纸报道；互联网搜索可能可以提供的一些有用的信息资料等。

(3)建筑物材料及试验数据。如，混凝土抗压强度；混凝土结构中预埋金属构件、钢筋等。对于混凝土坝，原设计图纸及施工文件资料在评估过程中十分重要，包括混凝土坝的加固范围、混凝土强度、预埋的金属结构位置与型号等。混凝土取芯试验有助于确定拆除及保留方案的相关材料特性。例如，对侵蚀严重的建筑物，若侵蚀深度较浅，且下层混凝土性能良好，则可对该建筑物进行适当改造。混凝土破碎和回收利用可能有利于工程退役并且是一种经济的选择，如有可能，可将混凝土粉碎，作为路基或提供给供料较困难的项目做建筑材料。

(4)工程建设前地形图。其将有助于确定水库内的原始地面，以估计沉积物体积，并确定坝址区的恢复或清除范围。

(5)泄洪建筑物的运行历史和现状。

(6)水库水位、水深、河流纵横断面。

(7)水库沉积物剖面及其工程性质、力学指标。

(8)工程处置废弃物料的地点和运输距离。

由于现有水电工程的规模、任务不同，带来退役研究的范围以及影响退役决策的因素差异较大，这些因素主要有：环境供水、市政供水、农田灌溉供水、环境生态、沉积物的处置、防洪效益，以及这些因素的成本及程度的要求。大坝退役前，往往由于经济原因，使得工程水力发电功能丧失。水电工程退役设计应结合工程实际情况研究导致水电退役的原因，根据以往的工程经验，总结退役原因一般包括下列几方面。

(1)水库大坝对上下游公共安全存在重大影响。工程建筑物结构的安全，特别是水库大坝的安全是导致大坝退役的主要原因。大坝修缮或改造使之满足大坝安全标准或满足环境要求，而产生的相关费用成本也是导致大坝退役的主要因素。根据美国一些退役水电工程的经验，完全解决一些老旧水坝工程不安全结构暴露的安全隐患和环境影响是不经济的。拟退役水电工程的结构安全性问题应考虑以下方面[7]：①主要建筑物老化、存在严重缺陷；②建筑物的稳定、强度不满足安全标准要求；③泄洪建筑物或设备不能正常运行；④泄洪建筑物泄流能力不满足安全标准要求；⑤根据工程监测和运行资料，建筑物为不良运行状态；⑥水库淤积严重，威胁工程及河道泄洪和生态环境安全；⑦发电系统老化，难以安全正常运行。工程结构是否满足工程安全性的要求，需根据工程的实际情况有针对性地分析研究。如泄洪设施不满足泄洪要求、坝基较高的扬压力、孔隙水压力以及结构变形可能会对工程的安全运行带来严重影响。

(2)工程项目已不符合国家、地方现行的政策法规要求。例如2018年水利部、国家改革发展委、生态环境部、国家能源局四部委联合发布了《关于开展长江经济带小水电清理整改工作的意见》，意见中对小水电的建设和运行提出了政策要求主要基本原则：①问题导向，分类处置。全面核查、科学评估存在的问题，按照退出、整改、保留三类，逐站提出处置意见，明确退出或整改措施。②依法依规，稳步推进。严格按照有关法律法规和技术标准，积极稳妥推进整改，尊重历史，务求实效，避免出现新的环境破坏和社会风险。③完善制度、规范发展。完善小水电建管制度，建立长效发展机制，健全监管体系，加强监督管理，既管好存量，又严控新建项目。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》，明确对甘肃省祁连山国家自然保护区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。

(3)不满足流域或区域环境保护、生态修复的需要[10]。水电工程退役应开展环境现状调查和初步分析，进行环境影响评估。环境影响评估应根据国家和地方相关法律法规、技术规范、标准，结合退役水电工程实际情况确定评估工作内容。可能影响工程退役决策的环境因素主要包括水质，水温，鱼类，重点保护、珍稀、濒危、特有等重要物种，景观资源，旅游资源，环境敏感区等。需对每一项可能影响工程退役决策的环境因素开展现状调查。环境敏感区应按《建设项目环境影响评价分类管理名录》或权威部门发布的名录确定。水电工程退役会使环境因素转换成不同的形式。如水文泥沙情势、水质、水温受到的影响包括水位、流量、流速、水宽、泥沙输移、水体浊度、水温等的变化。水库取消后，可能导致水汽环境的变化，从而对当地已形成的陆生生态系统产生新的影响。河流连通性、鱼类重要生境、水生生物可能发生变化，如大坝拆除使河流连通性恢复，水位的变化和泥沙输移带来水生生境变化，河道型水生生物替代水库型水生生物。水位的变化影响植被、陆生动物栖息地进而影响陆生动植物物种的分布。水位变化导致观赏性的改变，影响旅游。

(4)原设计工程任务或功能变化或消亡。

(5)大坝、引水发电系统及其相关设施、设备老化、损坏，存在严重安全性问题，且其设施恢复、修缮、改造的经济性差。

(6)水力资源变化等原因导致工程运行不经济。

其中，水库大坝的安全、生态环保需要及相应的法律和行政管理责任是导致大坝退役的主要原因。

4 退役任务及退役方式

水电工程建设时水力发电是工程主要目的和任务，也是工程生命的重要决定因素，往往是由于经济和政策原因，水力发电功能先行丧失，其他工程任务或部分效益仍在发挥，故水电工程退役评估和设计工作应重点研究工程的退役方式、大坝的拆除方案，相关方共同决策确定。水电工程退役应基于工程安全状况、社会影响、生态环境影响和成本效益，在比较更新改造和调整运用方式的基础上，研究退役的必要性和论证退役方式。

水电工程退役应适合工程所在区域经济社会发展需要，遵循经济、社会、环境总体最优原则，兼顾相关方的基本需求和利益，合理利用水资源，提出科学合理的退役方式，进行退役拆除方案的研究论证和设计。退役方式宜结合地区、流域发展规划和河流(河段)水资源开发规划及本工程的实际情况，分析研究各项综合利用和各利益相关方对本工程的要求，经技术经济分析比较确定。拟退役水电工程的库容规模往往决定了对流域水资源利用、防洪、社会环境等方面影响的程度，故拟退役的水电工程应结合流域水资源利用和减灾要求，规划和协调各项综合利用要求，分析研究有关的发电、防洪、供水、通航、灌溉及减淤、渔业、旅游、环境保护、水土保持和相关灾害情况，协调各项综合利用和各利益相关方对本工程的要求，确定水电工程退役后的其他任务，科学合理的选择保留或新增的工程任务。水电工程退役方式受多种条件因素制约，相互关联、制约，应统筹各利益相关方的要求，分析工程退役后各方面可能达到的目标，确定退役工程任务及主次顺序。

例如：带有水库的水电工程一般都具有一定程度的防洪效益，防洪效益涉及到发生洪水时蓄洪以降低工程下游区域的洪水位。即使工程建设是出于单一的发电目的，但由于大坝的建设，也使工程建设具备一定的防洪效益。在这种情况下，退役方案的确定主要集中在防洪效益上，应在退役评估的初期进行研究，一旦退役大坝具有明显的防洪效益，则工程退役方式、大坝完全拆除或部分拆除的方案往往受到限制。

水电工程退役后，可研究将原发电的兴利发电库容改造成防洪库容，创造出新的防洪效益，这将进一步发挥退役水电工程的作用，同时其也将对工程退役方案，特别是大坝的拆除方案产生重要影响。水电工程退役若能提高关键区域的防洪能力，具有明显的防洪效益，应研究水电工程退役方式及需采取的措施，应结合保留功能任务和工程具体情况，确定水位、库容等，并拟定工程运行方式。

结合水电工程退役，必要时应研究将原水库库容和发电系统改造成灌溉、城乡供水、生态供水工程，创造出新的经济效益和生态效益，这将使退役水电工程进一步创造出新的工程任务和作用，对工程退役方式，特别是大坝和其他建筑物的拆除方案产生重要影响，甚至不拆除建筑物，而是进行改建。

水电工程退役涉及的项目用地问题，工程项目用地可划分为继续使用的项目用地、停止使用的项目用地、退役新增用地。我国实行土地用途管制制度，水电工程退役可按照国家有关规定，结合水电工程的退役方式研究，合理调整土地开发利用方式，将退役水电工程改造成种植、娱乐、鱼类繁殖、湿地公园等综合任务的项目，使水电工程项目可持续发展，创造出更大的社会效益。例如，拆除水库大坝后，原淹没在水下的土地和农田可恢复农业种植或旅游休闲场所。

5 结 语

水电工程退役方式的论证是工程退役最为重要的研究工作，应在广泛收集工程设计、施工运行、改造等资料的基础上，研究现状工程任务及功能的实际情况，了解已经创造的工程效益和工程现状效益，分析造成工程退役的原因。水电工程退役主要应基于工程安全状况、社会影响、生态环境影响和成本效益，在比较更新改造和调整运用方式的基础上，论证退役的必要性和论证退役方式。

由于现有工程规模、任务不同，带来退役研究的范围以及影响退役决策的因素差异较大。水电工程退役评估和设计应系统研究工程的退役方式，宜结合水电工程退役将其改造成新功能任务的项目，使水电工程项目可持续发展，为社会创造综合效益。