筑壩河流水生生態保護措施綜述

劉 杰, 龍 靈 滋

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,四川 成都 610072)

0 引 言

水電工程依河而建,通常需要建設攔河閘壩,這會對河流水生生態系統造成最直接的干擾,因此,在水電開發進入生態制約階段的大背景下,水生生態保護工作自然成為了重中之重。河流作為生物和營養元素的重要交流廊道,其連通性是保障河流水生生態系統連續性的必要條件。我國絕大部分大中型水電站是壩式水電站,如三峽、溪洛渡、向家壩、錦屏一級等,其修建必然對河流產生阻隔效應,影響河流的連通性。因此,筑壩河流的水生生態保護工作成為了水電開發過程中的重要研究論證內容。

1 我國水電開發水生生態保護工作歷程

自新中國成立以來,我國水電事業蓬勃發展,與其他發達國家相比,我國的水電開發水生生態系統保護工作相對滯后?？v觀水生生態保護工作歷程,大致可以分為3個階段,即探索階段、發展階段和強化階段。

(1)探索階段。新中國成立至20世紀70年代末,是我國水電開發水生生態保護的探索階段。當時我國水電開發工作在重重困難中前行,前期的開發工作主要側重于工程效益和資源利用,生態環境保護相關的法律、法規和政策尚未出臺,水電工程的水生生態環境保護工作并未受到重視。在此期間,國外發達國家的水生生態專家已經開展了大量研究和實踐,國內部分學者作為先行者也啟動了過魚設施、魚類增殖放流、水溫分層、生態基流等方面的探索和實踐。

(2)發展階段。20世紀80年代至20世紀末,我國水電開發水生生態保護工作隨著環境保護管理制度的逐步健全,進入發展階段。1979年9月13日第五屆全國人民代表大會常務委員會第十一次會議通過了《中華人民共和國環境保護法(試行)》,明確在進行新建、改建和擴建工程時,必須提出項目環境影響報告書,經環境保護部門和其他有關部門審查批準后才能進行設計。1981年5月11日,國家計劃委員會、國家基本建設委員會、國家經濟委員會、國務院環境保護領導小組聯合發布了《基本建設項目環境保護管理辦法》,明確把環境影響評價制度納入基本項目審批程序[1]。隨后原水利電力部水利水電規劃設計院于1984年委托成都勘測設計院負責,編制了《水利水電工程環境影響評價規范》(SDJ 302-88),于1989年7月1日起生效,填補了水電工程環評規范的空白。

進入90年代,河流生態流量的受重視程度進一步提高,1994年出版的《環境水利學導論》中明確界定了環境用水的概念。針對黃河斷流和水環境問題,水利部明確提出在水資源配置研究中應考慮生態環境用水。除此之外,國家九五科技攻關項目的多個課題對西北地區內陸河流生態基流計算方法開展研究。

(3)強化階段。進入21世紀之后,我國水電開發的水生生態保護工作進入強化階段。首先,國家和主管部門出臺了一系列的法律、法規和政策性文件,強化后的管理制度對水電開發的水生生態保護提出了更高的要求。其次,我國水電開發在2000年后已經逐步擺脫了技術、投資和市場等制約因素,開發了一大批大型水電工程,尤其是高壩大庫水電站對水生生態保護工作也提出了更大的挑戰。

2003年9月1日起實施的《中華人民共和國環境影響評價法》,將環境影響評價制度法制化。2003年,原國家環?？偩趾退柯摵习l布了《環境影響評價技術導則 水利水電工程》(HJ/T 88-2003),2006年又發布了《水電水利建設項目河道生態用水、低溫水和過魚設施環境影響評價技術指南(試行)》,為水電水利建設項目環評提供了重要的技術和管理依據。

進入21世紀后,我國建成了一批大型水利水電工程,其中不乏像長江三峽水利樞紐工程、錦屏一級水電站、溪洛渡水電站這樣的舉世矚目的巨型工程。這一批大型水電工程的水生生態保護工作難度、復雜性、外部要求和關注度均明顯超越了上世紀的水電工程。對我國2000年之后的88個水電項目進行統計,絕大部分水電項目均選擇一種或多種魚類保護措施,其中采取魚道措施5個,占5.7%;采取其他過魚措施(仿自然旁通道、升魚機等)27個,占30.7%;實施人工增殖放流措施78個,占88.60%;營造人工產卵場、棲息地26個,占29.5%;建立魚類保護區和禁漁區17個,占19.3%;加強漁政管理工作37個,占42.0 %?？梢?棲息地保護、魚類增殖放流、生態流量、過魚設施、高壩大庫低溫水減緩等水生生態保護措施已成為21世紀水電開發的重要工作內容。

2 筑壩河流水生生態問題及保護必要性

筑壩式水電開發使河流水生生態系統產生一系列復雜的連鎖反應,從而改變河流的生境要素和生物要素,且各個要素的影響又是緊密相連、不可分割的。對于如何直觀地描述筑壩的影響及影響產生的過程,有諸多學者進行了思考,并提出了相應的概念模型。Petts G[2]認為,筑壩的影響可分為三個層次,大壩對河流生態系統的影響見圖1。

圖1 大壩對河流生態系統的影響

(1)第一層次影響。水電工程最先是對自然河流生態系統形成阻隔影響,引起河流水生生態系統中的生境要素的變化。水庫蓄水后使庫區水位抬高,形成變動回水區,在水庫進行防洪和發電等調度時,庫區水位可能會出現反季節上漲和消落期迅速下降等非自然的變化,顯著改變了河流天然的水文過程。高壩大庫型水電站還可能導致庫區水溫分層現象,打破自然河流水溫從源頭至河口呈現沿程逐漸增加的連續變化的規律。

(2)第二層次影響。面對水生生境從“河流型”向“湖泊型”轉變,浮游生物種群會逐漸發生相應的自然選擇和演替,改變河流水生生態系統的初級生產力。通常這種轉變對浮游植物和浮游動物的繁殖生長是有利的,其種群數量總體呈現增加趨勢,水庫的初級生產力提高。但浮游生物的種群結構也會出現相應的變化調整,適于緩流和開闊水面生長的生物種群數量會增加,如藍藻門和綠藻門等;而只適宜于流水環境的種群將受到抑制,生物量比重將逐漸減少。水電站建成運行后,還進一步對河流形態、河床基質等非生物要素造成影響,原來河流上中下游蜿蜒曲折的形態在庫區中消失,干流、支流、河灣、沼澤、急流、淺灘等豐富多樣的生境被單一的水庫生境所替代,生境的異質性大幅降低,水域生態系統的結構與功能隨之發生變化,生物群落多樣性也隨之降低。

(3)第三層次影響。在第一、二層次影響的綜合作用下,將引發較高級(無脊椎動物、魚類等)和高級(哺乳動物等)生物要素的變化,其中對魚類的影響是最大的,也是關注度最高的。首先,第一層次影響中的阻隔效應將造成生境破碎化,這對需要進行大范圍遷移的魚類造成重大影響。其次,水文情勢的改變可能導致自然河流原有魚類種群喪失適宜生境,引起魚類群落組成發生變化。此外,河流水溫、氣體過飽和、餌料生物豐度的變化也將顯著影響魚類資源,甚至造成某些魚類種群在受影響區域絕跡。

可見,筑壩式水電開發對河流水生生態系統的影響是從第一層次到第三層次發生了一系列復雜的連鎖反應,最開始改變水文節律、水溫、水質和河流形態等生境條件,進而影響浮游植物、浮游動物、魚類等生物要素,最終打破原有河流水生生態系統的穩定,損害河流水生生態系統功能和價值。若水電工程不開展保護和修復工作,對水生生態系統的損害是難以挽回的。我國在水電開發技術和經驗不斷累積的基礎上,也在一步步發展著水生生態保護技術。

3 措施體系構建原則

(1)流域統籌的保護原則。水生生態保護工作是一個長期性、統籌性和連續性的工作,對于梯級開發的河流,水生生態保護應該統籌上、下游,從流域的角度考慮保護措施。雖然目前我國的流域規劃環評制度會從流域層面對措施體系進行總體部署,但很多河流開發時常遇到上、下游屬不同開發業主,不可避免地出現各自為戰的局面,自然會導致措施體系難以發揮流域整體保護的效果。以魚類增殖放流措施為例,在缺少統籌規劃的流域,經常出現多個電站的保護魚種非常相似,但仍采用“一廠一站”式的設立方式,無法統籌安排最適合相關河段的增殖放流種類和數量,還會造成大量重復建設資金的浪費。因此,分河流區段明確保護目標,統籌規劃,合理確定規模,因地制宜選擇站址,多個梯級聯合建站的方式,對于優化流域和區段魚類保護效果是最有利的。

(2)一站一策、因地制宜和因時制宜原則。眾所周知,水生生態保護工作要注重生態系統完整性,既要開展水生生境要素的修復,也要注重水生生物的保護,二者相互依存、缺一不可。如果忽視水生生態系統的完整性修復,僅保護或修復單一的生態要素,往往難以全面保證河流水生生態系統穩定和健康。但對于一個具體項目,水生生態系統保護和修復不等于面面俱到,應結合工程特性和生態系統特征,識別水生生態系統的關鍵問題,有針對性、有重點地采取措施。

(3)科學性和有效性原則。水電工程的水生生態影響機制復雜,尤其對于大型水電工程而言,水生生態保護措施體系構建更應該謹慎,需從工程造成的水生生態影響出發,科學、系統地研究論證,對于其中一些關鍵的水生生態難題,需開展專題研究,確保措施的科學性和有效性。

(4)可操作性和經濟性原則。水電開發的水生生態保護技術目前還在不斷發展和完善,諸多措施尚存在技術壁壘,或者經濟性較差,暫不具備大規模運用的條件。比如,錦屏一級最大壩高305 m,壩址處工程地質條件復雜,修建魚道的工程難度和代價極大,而且也無法達到恢復魚類洄游通道的預期效果,不具備可操作性和經濟性;對于一些目前人工繁殖技術尚未突破的珍稀保護魚類,應該在考慮可行性的前提下合理規劃人工增殖放流計劃,以確保近期放流目標的可操作性。因此在規劃水生生態措施體系時,應結合工程的特性,注意措施的可操作性,使設計符合實際情況,盡量用較小的投入獲得最大的生態效益、社會效益和經濟效益。

4 水生生態保護關鍵措施類型

4.1 棲息地保護

水電開發使魚類“三場”和重要棲息地遭到破壞,甚至消失,需實施有效的棲息地保護措施。魚類棲息地保護包括兩種方式:一種是棲息地保護,指棲息地仍處在未被干擾的初始狀態時所采取的保護措施;另一種是棲息地修復,指棲息地已經受損并遠離初始狀態,通過人工措施使其得到恢復或改善[3]。保留天然河道是對魚類棲息地進行保護的最主要措施。通過保留存在魚類重要棲息地且未受人類活動干擾的自然河段,支流生境替代、建立禁捕區、自然保護區等達到保護魚類的目的。支流生境替代是指對受干流水電開發影響的河流生物進行近地保護,將開發干流的支流作為保護河段,建立保護區,維持或創造受影響生物的適宜棲息地,最大程度替代干流生境,緩解水電開發對生態環境的負面影響。

4.2 水文過程維護和生態調度措施

河流生態系統是生物要素和生境要素相互作用的統一體,自然水文過程是江河生態系統的重要“驅動者”,水利水電工程建設人為改變了河流的自然演進和變化過程,改變了原有的生態系統平衡,河流生態系統受到脅迫[4]。水庫生態調度主要致力于改進水庫調度方式,通過模擬自然河流水文過程的方式,減緩水庫調節對水文過程、水溫、水質的影響,從而修復河流生態功能。水庫多目標生態調度方法是指在實現防洪、發電、供水、灌溉、航運等社會經濟多種目標的前提下,兼顧河流生態系統需求的水庫調度方法[5]。生態調度屬于非工程措施,與工程措施相比,水庫生態調度措施具有實施費用較低、措施效果較明顯的特點。

4.3 下泄水溫減緩措施

水溫分層型水庫采取傳統的底層取水方式產生的下泄低溫水,會降低下游河道的水溫,下泄的低溫水會抑制水生生物的生長和繁殖,對下游的農作物造成危害[6]。為了減緩低溫水下泄造成的影響,在分層型水庫中取水時,不同的高程設取水口,抽取不同水層的水體,這種形式稱為分層取水。目前,分層取水是緩解低溫水影響最有效的措施。分層取水建筑物主要有多層平板門、疊梁門、翻板門、浮筒等豎井式、斜涵臥管式以及多個不同高程取水口布置等形式[7]。

4.4 水生生物保護措施

水生生物保護工作的重點是魚類資源保護。魚類是水生生態系統中的頂級群落,對其他類群的存在和豐度有著重要作用,對河流生態系統具有特殊作用。加之魚類對生存空間最為敏感,故將魚類作為水生生態系統的重點保護目標。魚類保護主要是維持魚類物種多樣性水平和種群規模,避免數量減少,甚至滅絕。水電工程水生生態保護河段涉及魚類通常不止一種,諸多魚類種群中,應以珍稀保護魚類和當地主要的經濟魚類作為保護的主要對象。

水文過程維護、生態調度、水溫減緩、棲息地保護、庫底清理等水生生境保護措施對魚類資源保護發揮著重要作用。除此之外,水電工程建設和運營期間通常還會根據工程特點,選擇性地采取過魚設施、魚類增殖放流、魚類科學研究、魚類資源監測、漁政管理等措施。

(1)過魚設施。魚類的洄游是一種有一定方向、一定距離和一定時間的變換棲息場所的運動。這種運動通常是集群的、有規律的、有周期性的,并具有遺傳的特征。依據洄游的目的,可以將洄游分為索餌洄游、越冬洄游和產卵洄游。攔河筑壩會阻斷或延滯魚類的洄游,造成棲息地的喪失或改變,導致魚類的減少甚至滅絕。過魚設施是為緩解這種現象采用的措施,對促進壩址上下游魚類遺傳信息交流,維護自然魚類基因庫、保證魚類種質資源、維護魚類種群結構等有著重要作用。

根據《水電水利建設項目河道生態用水、低溫水和過魚設施環境影響評價技術指南(試行)》,世界范圍內已經設計建造的過魚設施包括以下分類體系:

①水渠式魚道,如平面式魚道、導培式魚道、階梯式魚道等;

②撈揚式魚道(升魚機式魚道);

③閘門式魚道;

④特殊魚道。

從發展的趨勢來看,撈揚式魚道有望成為高壩過魚的途徑,閘門式魚道被廣泛應用于河口大堰及河流中下游通江湖泊出口節制閘。河流中上游地區大部分采用水渠式魚道特別是階梯式魚道。平面式和導培式魚道已漸成過去。

我國的學者在1980年代也提出了如下過魚設施分類系統:

①魚梯,如直培式魚梯、導墻傾斜式魚梯、深導墻式魚梯、池式魚梯、丹尼爾式魚梯等;

②魚閘(閘門式魚道);

③升魚機與索道式魚道;

④集魚船;

⑤特殊魚道,如鰻魚梯、管道式魚梯、過魚閘窗等。

魚梯或水渠式魚道的基本設計原理都是一致的,有的形式結構是從另一種形式結構改良而來,因此簡單地將其歸納為槽式魚道和池式魚道兩種類型。合適魚道的選擇取決于魚的種類、水力條件、蓄水位、費用和其他因素。目前,國內外主要過魚設施有魚道和仿自然旁道,對河流連通性恢復具有較好的作用。但高壩大庫建設魚道和仿自然旁道,受地形條件、過魚效果和經濟投入等多方面的限制,采用這兩種過魚設施時需非常慎重。

(2)魚類增殖放流措施。魚類增殖放流是對處于瀕危狀況或具有生態及經濟價值的特定魚類進行人工繁殖和放流,人為增加魚類資源補充量,緩和魚類資源的波動,維持一定數量的自然種群,促進其趨于穩定。增殖放流站的主要任務是對開發河段的親魚收集、馴養、人工繁殖、苗種培育、標記、放流,并對增殖放流效果進行評估。根據放流對象不同的生態習性,養殖生產工藝分為循環水養殖、流水養殖及靜水養殖。魚類增殖放流是補償水電開發對魚類的不利影響,維護珍稀、瀕危魚類種群延續以及補充經濟魚類資源的一種重要手段。

對水電站工程河段開展水生生境保護工作,可以一定程度上保障魚類生境,但仍難以達到整體保護魚類資源的目的。首先,電站運行后會壓縮原有魚類種群的生存空間,水文情勢的改變也可能會降低魚類的自然繁殖能力,且大壩阻隔將一定程度降低不同群體之間的基因交流,導致遺傳多樣性下降,降低種群生存力,需要通過其他途徑補充魚類資源。其次,水電站工程河段可能涉及珍稀保護物種,且其中大部分為當地的主要經濟魚類,在漁業捕撈和生存環境惡化的雙重壓力下,種群數量將受到嚴重威脅。所以,開展魚類增殖放流工作對于水電開發過程中的魚類資源保護工作意義重大。

(3)其他魚類保護措施。除了過魚設施和魚類增殖放流措施之外,通常在水電開發過程中還會采取魚類科學研究、魚類資源監測和漁政管理等魚類保護措施。雖然諸多電站均配套建設了魚類增殖放流站,且近期可以放流多種保護魚類和經濟魚類。但受科學研究進展的限制,目前我國開展水電開發的流域尚有諸多珍稀保護魚類未實現人工繁殖,比如雅礱江流域的裸體異鰾鰍鮀、圓口銅魚、西昌高原鰍、松潘裸鯉、中華鮡和青石爬鮡等魚類。因此,工程根據需要開展較為系統的魚類科學研究,以便在魚類人工繁殖和魚類保護方面取得更大的突破。

定期在工程影響河段開展水生生態監測工作是必不可少的,以考察工程建成后水生生物的區系組成、種群數量、分布、漁獲物組成及優勢度。水生生態調查有利于及時追蹤分析工程建設對工程河段的水生生態影響程度,便于開展魚類保護效果評估。

通過地方主管部門加強漁政管理的措施,避免出現過度捕撈的現象。結合魚類監測、調查成果,劃定魚類禁捕區,再結合各種魚類的生態習性劃定禁捕期。在禁漁期間,禁止一切捕撈活動。

5 結 語

筆者總結分析了我國水電開發水生生態保護的工作歷程、筑壩河流水生生態問題及保護必要性,并系統梳理了水生生態措施體系構建原則。 同時,探討和總結了筑壩河流水生生態保護措施類型,主要包括棲息地保護措施、水文過程維護和生態調度措施、下泄水溫減緩措施、水生生物保護措施和其他魚類保護措施等。為筑壩河流的措施體系構建提供了基本的思路,具有一定的借鑒意義?？偨Y的水生生態問題、措施體系構建原則和措施類型均為綜述性內容,仍存在一定的局限性。