生態(tài)大壩科學內涵與建設路徑探析

引言

大壩是人類除水害興水利的重要利器，是長期以來人類適應自然、改造自然并與自然共生的關鍵基礎設施。大壩由于具有防洪、供水、發(fā)電、航運等多重功能，20世紀以來在全球得到迅猛發(fā)展。截至2023年，根據國際大壩委員會統(tǒng)計，全球壩高≥15m的大壩約有6萬座，其中我國有23841座，約占全球大壩總數的40%；而若將壩高5~15m的小型壩也計算在內，全球大壩數量將超過200萬座，平均每70km河流就有一座壩。

大量的大壩建設對河流生態(tài)系統(tǒng)形成了劇烈干擾。針對大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，20世紀末期，歐美曾掀起拆壩運動，但拆掉的主要是年久失修的小型壩。我國幾年前開始持續(xù)推進小水電清理整頓工作。新時期，我國提出“雙碳”目標，并著手構建國家水網，由于水電在新能源體系建設中具有巨大調節(jié)作用，水庫在國家水網“綱、目、結”體系中具有重要調蓄與紐帶作用，大壩仍將是未來一個時期我國治水的主要工具和手段。本著“善待、善用、善治、善享”河流、人與河流和諧共生的河流倫理準則，水利部黨組提出“生態(tài)大壩”建設理念，要求大壩建設之初就要考慮河流生態(tài)系統(tǒng)安全，把維護河流健康生命擺在重要位置，并且要求將河流倫理貫徹到大壩的規(guī)劃、設計、建設、管理和運行全過程，構建更加生態(tài)的水利基礎設施。這是大壩發(fā)展史上的一個重要里程碑。

以往關于水庫大壩的生態(tài)環(huán)境效應已有大量研究，但何為生態(tài)大壩、怎樣建設生態(tài)大壩尚沒有清晰完整的理論指導。為此，本文在生態(tài)大壩概念解析基礎上，提出了生態(tài)大壩在規(guī)劃設計、建設蓄水、運行管理等不同階段需要達到的基本要求，并據此提出了現階段推進生態(tài)大壩建設的若干建議。

生態(tài)大壩概念內涵

大壩作為一種人工阻水設施，不可避免地會對河流天然生態(tài)系統(tǒng)造成干擾和影響，但由于其對河流的攔截和調蓄也會發(fā)揮一些天然河流所不具備的生態(tài)服務功能，如提升水質凈化和水產品供給能力、增加水域面積形成新的水生生物和候鳥棲息地、水力發(fā)電減少溫室氣體排放等，因此對于一座大壩來說，若其生態(tài)效應總體是正向的，同時其負面生態(tài)影響是可以接受和可控的，便可稱之為“生態(tài)大壩”。

生態(tài)大壩秉承了人與自然和諧共生的河流倫理價值觀，既不完全以人類經濟社會的需求為核心，也不陷入“唯生態(tài)論”“唯自然本底論”的誤區(qū)，而是在人與河流生態(tài)系統(tǒng)之間尋找最大的公約數與平衡點。要實現這一平衡點，就需要在大壩的規(guī)劃、設計、建設、蓄水、運行維護等各個階段都特別注重生態(tài)影響和風險防控，注重生態(tài)化的建設方式與材料應用，并竭力發(fā)揮大壩和水庫產生的新的生態(tài)功能。

▲生態(tài)大壩概念內涵示意

1.大壩規(guī)劃和設計能夠最大程度規(guī)避生態(tài)風險

①大壩在規(guī)劃階段的選址不對重要生境、生物、自然遺產造成毀滅性影響。以金沙江龍盤水電站為例，其規(guī)劃壩址具有上虎跳峽、中虎跳峽、下虎跳峽3個方案，其中的中虎跳峽和下虎跳峽雖然河谷更加狹窄，更有利于大壩建設和降低工程成本，但會造成虎跳峽這一世界自然遺產和著名景區(qū)的永久性淹沒損失，屬于不可接受的毀滅性影響；而上虎跳峽壩址位于虎跳峽核心景區(qū)的上游，大壩建設后雖然也會對虎跳峽景區(qū)的來水條件產生重要影響，但通過合理調度，能夠最大程度減少對虎跳峽核心景觀的影響，保留其自然遺產價值。因此，在目前的規(guī)劃論證階段，以上虎跳峽作為龍盤水電站壩址的方案得到一致認可，是大壩在規(guī)劃階段規(guī)避生態(tài)影響和風險的典型案例。

②在梯級開發(fā)規(guī)劃方案中適當保留自然流水生境。大壩建設后對于河流生境最顯著的影響就是改變了其水動力條件，原先的流水生境大面積轉化為深水緩流生境，對喜流水性魚類等重點水生生物的產卵繁殖、餌料資源造成巨大影響。在河流梯級開發(fā)過程中，若單純?yōu)榱俗非蠊こ獭靶詢r比”和發(fā)電效益最大化，形成上庫庫首與下庫庫尾首尾相連的“一庫連一庫”開發(fā)方案，則會將這種負面影響無限放大，造成對梯級開發(fā)河段喜流水性魚類的毀滅性影響。因此，梯級開發(fā)河流在規(guī)劃階段就應考慮河流生態(tài)系統(tǒng)安全，保留適當的流水生境和“生態(tài)水頭”。比如，怒江中下游水電開發(fā)規(guī)劃中在742km河段保留了長達148km的流水河段，河長占比20%，落差占比21%，輔之以對應的重點支流棲息地保護，能極大程度減緩怒江開發(fā)對魚類資源的影響，實現生態(tài)梯級開發(fā)。

③在大壩的結構與功能設計中充分考慮對生態(tài)影響的規(guī)避與減緩。譬如：為了緩解對魚類遷徙洄游的影響，需要根據過魚需求，科學設計魚道、魚閘、升魚機等不同類型過魚設施；為了防治水庫淤積和保障基流下泄，需要設計排沙底孔和生態(tài)流量泄放設施；為了緩解高壩大庫下泄水溫滯后對壩下河段魚類產卵的影響，需要科學設計疊梁門等分層取水設施；為了降低大壩泄洪對下游河道的沖刷作用以及氣體過飽和帶來的魚類“氣泡病”風險，需要科學設計大壩泄洪消能池；為了加強珍稀特有生物保護，需要根據保護需求設計魚類增殖站、植物培育館等輔助設施。

2.大壩建設和蓄水過程所產生的生態(tài)影響可控

大壩建設階段的生態(tài)影響主要包括采石和施工等造成的水土流失、臨時性高強度生活污水排放、各種建筑材料帶來的潛在污染、揚塵和聲光對于各類生物的影響等，這些因素在大壩環(huán)境影響評價中都會被重點考慮，并有場地恢復、污水收集處理等針對性解決方案，只需嚴格按照環(huán)評相關要求執(zhí)行，即可解決絕大部分問題，將大壩施工對生態(tài)的影響降到最低。

需要加強關注的是大壩初期蓄水過程中產生的生態(tài)影響防控。①徹底做好“清庫”工作，在大壩蓄水前應對庫區(qū)范圍內所有點狀污染源、淹沒后容易腐爛加劇庫底缺氧狀況的物體、不易降解的塑料制品等進行全面清理，避免水庫蓄水之后污染物質和溫室氣體的集中性、持久性排放。②合理選擇水庫蓄水時間，避開魚類產卵期等敏感時段，避免水庫蓄水對壩下河流生態(tài)系統(tǒng)造成短時間的高強度沖擊和毀滅性影響。③在蓄水階段也要嚴格按照要求泄放生態(tài)基流，避免蓄水導致下游河道斷流和脫水。

3.大壩運行和管理能夠維系庫區(qū)與壩下河流生態(tài)健康

大壩運行管理階段的生態(tài)保護措施主要包括生態(tài)調度、庫區(qū)植被恢復、生境修復及支流生境替代、增殖放流等。以往的大壩生態(tài)調度工作更多關注對壩下河流生態(tài)系統(tǒng)影響的減緩。而在新時期，我國大壩建設形成的水庫水面面積已全面超過自然河流水面面積，在長江上游等水利水電工程密集建設區(qū)，水庫化蓄水河流長度也已超過自然流水河段長度，通過合理的運行管理方式保障庫區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康已變得同等甚至更加重要。

實現庫區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康，重點需要達到以下幾個方面標準：

①庫區(qū)泥沙淤積情況正常，包括量和質兩方面的正常。庫區(qū)泥沙淤積規(guī)模和速度應控制在其設計范圍之內，并且盡可能將淤積控制在死庫容對應庫區(qū)范圍之內，且沉積物污染釋放不對庫區(qū)水質和生態(tài)造成重大影響。

②庫區(qū)水質穩(wěn)定達標，包括入庫河流水質達標和庫區(qū)各點位各時段水質達標。具有明確水質保護目標的水庫，需達到規(guī)定水質標準；不具有明確水質保護目標的水庫，一般應達到地表水Ⅲ類水質標準。特別是作為集中式飲用水水源地的水庫，除了滿足常規(guī)水質目標之外，還應加強微塑料、持久性有毒有機污染物等指標的監(jiān)測和評價。

③庫區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，在水庫不同區(qū)段盡可能形成特色良性生態(tài)系統(tǒng)。其中，庫尾流水段應重點關注流水生境的維系，在魚類產卵期，通過降低水庫運行水位、加大出庫流量等措施，盡可能增強庫區(qū)水體流動性，增加對庫區(qū)魚類生殖洄游的刺激作用，并通過干支流聯(lián)合調控，促進產漂流性卵魚類的自然繁殖和魚卵漂流孵化。支流庫灣段要重點關注春夏季節(jié)水溫升高、流速緩慢帶來的藻類“水華”問題，通過建立在線監(jiān)測與預警機制、進行干支流應急聯(lián)合調控等措施，降低庫灣“水華”風險與危害。庫心和壩前深水區(qū)要重點關注水溫分層、水體流動性降低帶來的低氧區(qū)與無氧區(qū)問題。由于在低氧環(huán)境下，反硝化作用、硫化細菌等的作用會極大地促進水庫沉積物、深層水體污染物及溫室氣體排放，因此應盡可能采取合理的大壩調度措施，壓縮水庫低氧區(qū)、無氧區(qū)的形成范圍與存在周期。此外，對于整個庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，還需要重點關注生物入侵可控、產黏沉性卵魚類繁殖期間庫區(qū)水位整體穩(wěn)定避免魚卵裸露在空氣中等生態(tài)問題。而對于壩下河流生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定問題，除了做好生態(tài)基流保障、促進壩下魚類產卵的生態(tài)調度、疊梁門取水、氣體過飽和調控等常規(guī)調度措施之外，還需重點關注通過大壩合理調度加強對壩下河流生態(tài)系統(tǒng)的生源要素和泥沙補給，避免水庫攔截導致的壩下河流“貧營養(yǎng)”及河床沖刷、生境萎縮等問題。

4.大壩建成后能夠發(fā)揮新的或更大的生態(tài)功能

對于生態(tài)大壩而言，除了要最大程度規(guī)避其生態(tài)影響和風險，也應在建成之后盡量發(fā)揮原先河流生態(tài)系統(tǒng)所不具備或不夠顯著的生態(tài)功能，使其總體生態(tài)效應是正向的，成為名副其實的“生態(tài)大壩”。

①最大程度發(fā)揮水庫大壩水質凈化功能。以三峽工程為例，2006年三峽水庫蓄水后至2022年，湖北宜昌南津關出庫斷面NH-N多年平均濃度較重慶朱沱入庫斷面下降0.048mg/L，COD_Mn多年平均濃度較朱沱入庫斷面下降0.4mg/L，2015年之后南津關斷面NH-N、COD_Mn一直維持Ⅰ類水質標準，初步估算2006年以來，三峽庫區(qū)年均降解NH-N2.2萬t、COD_Mn17.9萬t，是目前我國最大的污水處理企業(yè)高碑店污水處理廠年污染物削減能力的1.5倍。

②提升水產品供給數量和質量。相比于河流，大壩形成的水庫生態(tài)系統(tǒng)天然具有水體清澈、水面增加、初級生產力高的特征，在構建適宜食物鏈網的基礎上，能大大增加魚類等水產品的供給能力和產品質量。以新安江大壩形成的千島湖為例，其年漁產量達4300~4600t，其中，鰱鳙占比85%以上，鱖魚、鱸魚等共占比10%左右，且漁產品品質和價值很高，有機魚均價為70元/kg，年產值達2.8億~3.2億元，加之魚宴、垂釣等旅游產品的開發(fā)，綜合效益超15億元/a。

③調節(jié)小氣候。特別是在干熱河谷地區(qū)建設的水庫大壩，建成蓄水后，能有效增加河谷內小氣候水分條件，促進兩岸植被生長，這一點在我國西南地區(qū)多個水庫大壩得到實踐驗證。

④形成新的水鳥棲息地。水庫大壩建成之后，能大幅增加河流常年有水面積，特別是形成大量離人類活動較遠、符合水鳥生境需求的水域，一方面增加了水鳥的長期棲息地，另一方面增加了候鳥遷徙途中的“停留地”和“中轉場”。

⑤促進新能源體系建設，減少溫室氣體排放。雖然從水庫本身來說，隨著自然環(huán)境、建成時間、調控方式的不同，其CO源匯特征不一，但已有研究表明，多數為CO凈匯，即CO吸收大于排放，但水庫大壩實現少溫室氣體排放的主要途徑還是來自其水力發(fā)電對于傳統(tǒng)能源的替代，以及水電在水風光新能源體系建設中的巨大調節(jié)作用。隨著我國“雙碳”目標的提出，水庫大壩對于新能源體系建設的重要性更加突出。

⑥水庫大壩具有的景觀娛樂和科普教育等作用。大壩是在河流倫理理念指導下，人類社會“善待、善用、善治、善享”河流的標志性建筑物，具有獨特的科普教育作用，在適當條件下形成的不同于天然河流的大面積清澈水面，能提供多樣化的景觀娛樂用途。

新時期生態(tài)大壩建設路徑與建議

1.建立生態(tài)大壩監(jiān)測評價體系與技術標準

基于生態(tài)大壩理念和內涵，全面完善水庫大壩生態(tài)監(jiān)測評估體系，時間上盡量囊括大壩建設之前的水生態(tài)環(huán)境本底調查、大壩建設和蓄水過程中的監(jiān)督式監(jiān)測，以及大壩建成與各項保護修復措施實施之后的跟蹤性監(jiān)測評估；空間上需要覆蓋入庫河流、庫尾庫灣、庫心和壩前深水區(qū)不同水深區(qū)域、大壩泄水區(qū)等重點區(qū)域；監(jiān)測指標根據水庫功能特性，在常規(guī)水質指標基礎上，重點關注水溫、密度、含沙量、溶解氧、浮游底棲生物、魚類結構和數量、沉積物形態(tài)與化學組成、新型污染物、候鳥棲息地等指標。基于各項指標監(jiān)測結果和推廣可行性，分區(qū)分類提出生態(tài)大壩評價的技術指南和標準。

2.落實完善大壩工程環(huán)境影響后評價機制

在大壩建設之前的環(huán)評階段，很難完全、準確地預測大壩建設運行對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的復雜影響，提出的防控措施在變化條件下也難以保障完全有效和科學可行。以金沙江下游梯級水庫為例，為了緩解水庫低溫下泄水影響，在烏東德、白鶴灘、溪洛渡工程中均設置了疊梁門，并提出魚類產卵期的疊梁門使用要求。但近年來的應用實踐表明，隨著流域整體梯級開發(fā)達到較高水平，河流水溫整體變化過程變得極為平緩，魚類產卵期相關水庫水溫分層效應本身較弱，導致疊梁門使用效果較差，幾乎難以起到預先設計的提高下泄水溫作用，反而給大壩調度運行增加了較大負擔。在此情形下，應進一步完善大壩工程環(huán)境影響后評價制度，開展原有環(huán)評要求的保護修復措施落實情況與成效評估，對新的形勢和條件下原有不合理、不高效措施進行必要的修正，以更好促進生態(tài)大壩的建設運行。

3.進一步明確水庫大壩生態(tài)調度法定地位

由中國長江三峽集團有限公司主導開展的金沙江下游-三峽梯級水庫生態(tài)調度工作成效明顯，調度期間，宜都斷面四大家魚產卵量從2011年不足1億粒上升到2024年340億粒。但即使如此，目前金沙江下游-三峽梯級水庫生態(tài)調度仍然僅為“試驗”性質，其他水庫大壩雖也開展了生態(tài)調度相關工作，但持久性和規(guī)范性存有不足?！吨腥A人民共和國長江保護法》首次明確將生態(tài)調度納入法律條文，規(guī)定“長江干流、重要支流和重要湖泊上游的水利水電、航運樞紐等工程應當將生態(tài)用水調度納入日常運行調度規(guī)程，建立常規(guī)生態(tài)調度機制”，但這些條文更多是提倡和鼓勵性質，強制性約束不夠，對應的河湖敏感生態(tài)流量目標制定也不夠，大壩生態(tài)調度工作未能全面開展。建議國家層面出臺“關于全面加強水利水電工程生態(tài)調度工作的意見”對相關工作進行部署，逐步將大江大河干流重大水利水電工程的生態(tài)調度落實到法律條文與各水庫大壩具體調度規(guī)程中。

4.加強生態(tài)大壩建設運維關鍵技術研究

目前，關于水庫大壩的生態(tài)監(jiān)測、生態(tài)影響、生態(tài)流量、生態(tài)調度、生態(tài)模擬等方面已有大量研究成果，但相比于生態(tài)大壩的豐富內涵，已有研究還不夠系統(tǒng)與深入，需要選擇一批代表性水庫大壩，以全面的生態(tài)監(jiān)測調查為基礎，研發(fā)新型高效生態(tài)大壩生態(tài)水庫監(jiān)測裝備與技術，分析不同調度方式下水庫分區(qū)分層水動力條件、“溫-氧-鹽”要素與水生生物演變規(guī)律，研發(fā)適應水庫大壩調度特征的水生態(tài)系統(tǒng)模擬模型，創(chuàng)新綜合提升水庫與壩下河流生態(tài)系統(tǒng)質量的生態(tài)調度、高效過魚、棲息地修復、替代生境、濱岸帶治理等保護修復技術，發(fā)展氣候變化影響下水庫生態(tài)健康、生態(tài)功能、生態(tài)影響、生態(tài)風險評價及調控技術。在水利部三峽工程管理司指導下，中國水利水電科學研究院在2024年牽頭成立了全國水庫生態(tài)學研究協(xié)作網，在全國選擇60座代表性水庫，持續(xù)開展了水庫生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測調查與演變規(guī)律、保護修復措施研究，為生態(tài)大壩的建設與研究奠定了良好基礎。

5.開展生態(tài)大壩建設試點與品牌認證

生態(tài)大壩是一項全新的理念，對于踐行河流倫理、促進水利水電工程綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為了進一步提升生態(tài)大壩的社會認知與認可度，建議水利部選擇一批代表性水庫大壩，開展生態(tài)大壩建設試點工作。通過試點，明晰各水庫大壩尚存在的生態(tài)問題與風險，提出針對性的修復與提升方案，促進水庫大壩生態(tài)質量提升與生態(tài)功能進一步發(fā)揮，并為同區(qū)域同類型生態(tài)大壩建設積累技術與經驗。對于通過生態(tài)大壩試點建設符合生態(tài)大壩評價標準的水庫大壩，聯(lián)合生態(tài)環(huán)境、交通運輸、能源、漁業(yè)、世界自然基金會等部門和團體，給予“生態(tài)大壩/生態(tài)水庫”品牌認證。通過認證的水庫大壩，享受在碳匯交易、水產品貿易、水電上網、取水許可等方面的優(yōu)先與優(yōu)惠政策。

生態(tài)大壩是壩工建設和調度管理領域的重要發(fā)展方向，是踐行河流倫理價值觀的基礎性實踐支撐，其理論內涵豐富。生態(tài)大壩建設需要多學科、多部門、多領域的緊密合作與聯(lián)合攻關，呼吁更多專家學者、大壩運行管理部門和社會公眾參與生態(tài)大壩的研究和建設實踐，推進人與河流和諧共生。

Abstract: For a long time, the construction of dams has involved contradictions and trade-offs between socioeconomic benefits and ecological impacts, which has triggered discussions and debates in related fields. In the new historical period, guided by Xi Jinping’s thought on ecological civilization, the Ministry of Water Resources has proposed the construction of “ecological dams” as a strategic response and innovative practice to this fundamental issue. Although many studies and practices have been carried out on the ecological and environmental effects of dams and corresponding mitigation measures, comprehensive and systematic analyses of the scientific connotation of ecological dams are still limited, and specific construction pathways remain unclear. From the two aspects of controllable ecological impacts and the realization of ecological benefits, the basic concept and scientific connotation of ecological dams are proposed. Based on the whole life cycle of dams, including planning, design, construction, impoundment, and operation and maintenance, the key points of ecological dam construction are analyzed, including that planning and design should minimize ecological risks, ecological impacts during construction and impoundment should be controllable, and operation and management should maintain the ecological health of both reservoirs and downstream rivers. Furthermore, the establishment of monitoring and evaluation systems and technical standards is suggested as a pathway to promote the construction of ecological dams at the present stage.

Keywordsecological dam; river ethics; reservoir ecology; ecological effects of water projects; scientific connotation; construction pathway; ecological dispatch

本文引用格式：

王建華，張云昌，胡鵬.生態(tài)大壩科學內涵與建設路徑探析[J].中國水利，2025（20）：23-28.

封面供圖河南省水利廳

責編李盧祎

校對｜呂彩霞

審核王慧

監(jiān)制楊軼

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