水利水电和环境

　　曹楚生 


　　摘要  文中所述三峡等水利水电对环境往往是一个重要和有益的补充。它们改变并改善了环境。对如何限制并减少水库及工程给环境带来的不利影响进行了阐述。最后建议要关注：1. 风险分析、风险设计和风验管理，2.  包括水利水电工程在内的环境保护以确保安全。
关键词  水利水电；环境；负面影响；保护  

               Water conservancy and hydropower vs environment
                          Cao chusheng
(1.    Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2.MWC Tianjin Design Institute)

Abstract:  The water conservancy and hydropower as Three Gorge etc projects stated in this 
paper are always an important supplement to the environment. They change and improve the
 environment. It has been stated how to prevent and eliminate the unfavorable effects 
brought to the environment. Take great attention to the following suggestions: 1.Risk 
analysis, risk design and risk management, 2.The environment protection must be included 
those hydraulic projects. 
Keywords:  water conservancy  hydropower  environment  negative impact  protection


　　1前言

　　“水利”一般应涵盖防洪、供水、灌溉、发电和航运等等，但习惯上又常代之以“水利水电”。建国60年来特别是近30年水利水电迅猛发展，目前几乎可开发站点都已在进行，其中已建、在建或筹建中的工程在工程规模、库容、坝髙、装机容量较突出的主要有：三峡、龙羊峡、溪落渡、龙滩、锦屏一级、向家坝、拉西瓦、二滩、水布垭、瀑布沟、李家峡、小浪底、古贤、天生桥、隔河岩等等。它们因具有较大的供水供电的能力，并在生态环境以及地区经济建设中发挥显著作用。然而它们也会带来诸多负面影响，如水库淹没、移民搬迁、库岸稳定和地质灾害等。上述正面和负面影响不易从定性和定量来衡量，往往因不同观点得出不同的结论。三峡大坝经过数十年的设计、论证，通过人大会议立项建设，今已基本建成蓄水发电，其防洪发电航运等效益已昭然若揭。但迄今仍有人将近年四川大地震、干旱等灾难以莫须有的罪名，强加于三峡工程。埃及Aswan髙坝已建成运行，通过灌溉发电使工农业得到较大发展，但仍有人认为其对环境负面影响是主要的。多年前我曾去美胡佛大坝现场，途经著名的博奕休闲城市Lasvegas,建筑设施等十分壮观，悉该处原属沙漠地区，十分干旱炎热，因有该水库供水，才得以发展。现场负责工程师称此工程己安全运行70年效益显著，颇得各方好评，同时我还获悉有利用胡佛坝趾下游水库作下池，增建2000万kW 抽水蓄能机组之说。此例说明：一座好的水利水电工程经过长期运行，终会逐渐被社会认可。故水利水电对环境影响是值得关注和深思的。

　　2水利水电

　　我国近20年来国民经济及工农业等急剧增长，部分城乡用水用电时有供不应求的现象， 虽水利水电进展神速，一些地区水资源和水能资源已出现开发殆尽现象，再修建新的工程将受到限制，并影响水利水电的可持续发展。甚至有人认为我国水资源和水利水电的开发利用已滨临极限。

　　抽水蓄能电站的兴起，作为水电的补充，使水电重新步入了新的境界。虽然已无新的水能资源以供开发，但可利用电力系统低谷电能，通过抽水蓄能储存转换在尖峰时发电，这样蓄能运行使水利水电的发展增加了新的活力。抽水蓄能已与水利水电融为一体，近十余年来我国已建和在建抽水蓄能电站容量约近2000万kW，扩大了水利水电的阵营。
         
　　本文拟通过二座有代表性的工程阐述水利水电和环境的关系：

　　1) 三峡水利水电枢纽在长江干流上，控制流域面积很大达100万km2，故入库流量大而均衡，年平均流量达1.43万m3/s，而校核洪峰仅为12.4万m3/s。水库总库容393亿m3, 大坝采用重力坝、坝高181m，装机容量1820万kW(连同地下电站则总装机达2240万kW)。左岸设有万t级双线五级船闸，年单向通过能力为5000万t。工程具有巨大的防洪、发电、航运、供水等综合效益。其中最主要的是防洪，使长江荆江河段从目前的10年一遇提高到100年一遇。还应该指出：三峡工程投资还涵

　　盖庞大的输电设施，在坝址直流换流站(总容量1800万kW)以500kV输电线与华中、华东、川渝和南方电网连网，对各电网电力平衡、互补互济，对节能减排是极为有利的; 此外工程建成后在供水灌溉和调水引水方面潜力还很大。

　　2) 潘家口混合式抽水蓄能电站位于中型河流滦河上，控制面积相对较小为3.37万km2、占全流域3/4，上/下库库容为29.3亿/ 1000万m3，装设有常规机组15万kW和抽水蓄能机组27万kW，总容量42方kW。它是引滦南北二线供水网络中的龙头水库，与其他大黑汀、于桥、尔王庄等5水库以及有关水闸、泵站，水电站、河网、渠道等构成一个庞大的跨流域的开发网络。它既考虑常规发电,又考虑抽水蓄能，两种机组互为补充。丰水期可补常规机的不足，而枯水期又可利用抽水蓄能多抽的水供常规机发电。这样直接或间接缓解 和改善了津、唐、京供水供电状况。

　　以上一个是世界上规模最大的水利水电枢纽，连同与全国连网在内的综合效益显著;另一个除常规水利水电外还兼有抽水蓄能和周边水利设施在内的水资源开发网络以利可持续发展。

　　3 环境和水环境

　　如上所述：三峡集雨面积和径流量很大，为世界之最，其洪峰流量与年平均流量的比值很小仅8.7; 而潘家口控制面积较小，此比值很大达810，将导致泄洪设施大增。这说明三峡由于年水量大而均衡，工程建设条件更为有利。从上节阐述知此二工程综合效益极为显著，使环境在有关方面得到改变、改进或重新塑造，特别在水环境方面改变更多：

　　1) 由于水库调蓄作用提高了下游防洪标准和供水效益。增加了可利用水量，可以较好地改善城乡用水状况。在缺水地区减少了抽取地下水，使地下水位及地面沉降得到控制，城市排水及卫生等条件亦相应得到了改善。

　　2）三峡大坝经过16年施工已初步建成，开始蓄水发电迄今已6年。从发电通航能力已基本上达到设计标准：年发电量达900亿kWh，年收益约500亿元，可节约原煤燃烧5000万t，并少排出污染气体和粉尘等数千t，对节能减排和改善环境有利。半月前从报上知悉：09年6月中旬三峡通过特高压输电线已正式投产运行送电北京; 三峡船闸通航6周年，运输能力逐年增长，08年已略愈设计值(5370万t)。

　　3）我国某些地区水利水电发展受限于水资源和水能资源，从兼有抽水蓄能和常规机组的潘家口混合式抽水它能电站，使这个地区供电供水状况得到改善。水电为清洁电能，既缓解了电力紧张形势，又可使空气免受污染。

　　4)  从经济分析所得的经济净现值和内部收益率等效益较难在现实的财务收益中兑现，故常不为人理解和重视。但经三峡多年来运行实践据悉从财务计算，其建设支出(含运行成本)和电费收入已趋平衡。这说明与原经济分析相近，今刚基本建成投资已回收，其经济效益是很好的。

　　4 对环境的负面影响

　　水利水电不可避免地会给环境带来一些不利的影响，应侭量予以限制。

　　1) 要认真做好移民迁建规划和妥善安置。但事与愿违，我国一些已成水库，移民往往都留有后患。近20-30年来一些工程曾提出并实施开发性移民、变过去简单的补偿为积极支持创业，使移民拥有生产手段和资料，既发展了生产又解决了移民的生计来源。近年来政府还推出一些在抓好移民后期扶持发展工作的政策。还应指出：在一些工程实施的不同内容的投资型移民引起各方关注，它们的核心是移民以其享有的土地使用权入股水利水电枢纽，这样移民有权定期获取其应得的收益。以上各种移民型式各有所长，都在继续发展完善中，似后者开发性移民更为可行。据报导我国水库移民自愿外迁，经统一安排迁至东南沿海或其他地区，成功地融入当地社会，扩大了移民的空间。

　　2)拦河建坝，阻断了洄游鱼类回游的途径，但由于建坝又扩大了对发展非洄流鱼类是很有利的。在三峡、葛洲坝对鱼类洄游设置鱼道和洄游鱼类中华鲟人工繁殖进行了数十年研究，成功孵育大量鱼苗投囬长江，保护并维持了它的生存。此外在水库养鱼和网箱养鱼等方面也取得了较好成积。

　　3) 建库后一般改善了库区和下游河道的航运，但在枯水期因流量减小，局部河道会有碍航现象发生，应注意监测维护。坝下游河道由于下泄流量长期冲刷，河床会逐年降低，导致下游水面髙程降低，影响航运。这些都应在水库调渡运行中注意改进。

　　4) 联合国教科文组织曾规定坝高100m以上，或库容大于10亿m3以上水库应监视其触(诱)发地震．据悉不少水库建成蓄水后都发生了程度不同的诱发地震如新丰江、乌江渡、佛子岭等都发生过诱发地震，而龙羊峡等水库在若干年前遭遇较强地震，但据地震部门从震中位置等判定为非诱发地震．潘家口经过蓄水后所出现的地震频率等性状、水库周边精密水准测量（蓄水前后）和坝基地应力测量，证明未发生过诱发地震。三峡工程对此也十分重视，在库区周围布置了数十个监测站，组成了数字遥测地震台网。从2003年开始蓄水以来，监测资料显示：发现无感地震(<3.3级)次数较多，但震级和频次逐年递减并趋于稳定。以上说明我国尚未发现严重水库触发地震亇例，我国大型水库据统计触发地震的机率不高仅约为20%。但各方对此都十分关注，要认真监测、及时维护。

　　5) 笔者曾参加滦河下游的考察，发现当年的移民外迁点唐海县已成为“虾米之乡”一片欣欣向荣景象。但至滦河入海口，因洪水大部分蓄在水库里，入海流量减少很多，海口被淤堵。故上游诸水库要作综合调度，在洪水期应按设计规定泄放洪水以改善入海口的泥沙淤堵状况。

　　6) 以上负面影响连同水库淹没浸没和水库消落会引发坍岸和其他地质灾害，除应注意监测维护外，还应对会否危及大坝安全给予关注，拟在下节中阐述。

　　5 环境保护和改造

　　一般通过水利水电开发，打通交通道路，开通信息渠道，设置地震台网，发展库区经济，实施产业转轨，进行生态移民和改变落后面貌［5］，将成为环境组成的一部分，形成新的水资源供应体系。水利水电对环境的改善起着推动作用，反过来环境的改善和经济的发展又对水利工程建设提出更高的要求。这说明水利水电与环境是互补互进、相辅相成。为此我们应对包括水利水电在内的环境得到保护和改善：

　　1) 随着前言中所列三峡等10余座骨干枢纽的建成，可基本上满足我主要河流的上拦下排、蓄水放淤等任务。但由于种种原因黄河干流上壶口、大柳树、渍口等重要工程迄未兴建，建议早日动工。

　　2) 水利水电长期来重建设轻管理，当前普遍存在的水库淤积、河槽萎缩，尤以黄河为甚，显著地影响了防供、防凌、供水效益。为此建议发挥骨干枢纽联合调度作用，以拦蓄洪水，并及时泄放或塑造一定量级的洪水对下游河道和水库进行冲刷和排淤。

　　3) 加强水土保持，特别对黄土高原、植被差、秃山、并有风积沙区域等要予以关注。

　　4) 在库区周边及上下游常有厂矿(如印染、铜、铁、机械、化工、造纸等)的废水废碴，未加处理即经河道泄放入水库和河道，将会造成污染，应请有关当局予以制止。由于水库有一定容量、污水日积月累，经生化作用，将会使整个水库水质逐渐恶化，应引起重视。

　　5) 大坝安危为各方关注，按可靠度设计三峡一级工程失效概率应低于10万分之3。此外三峡在设计施工方面又作了更周全考虑，以确保大坝安全。但考虑垮坝酿成生命财产等巨大灾难，建议再进行风险分析研究，使大坝抗风险能力得以提高。我校（天津大学）曾为深圳某水库进行过此项研究工作，提出主要风险因子，风险概率，抑制、减免和转移风险的对策，并进一步通过风险设计，提高抗风险能力。

　　6 结 语
水利水电改变并改善了环境，如何限制、减少对环境负面影响和如何做好环境保护是关键，其中尤为各方关注的是如何确保大坝安全。笔者还记得在80年代参与三峡论证会议中曾专门组织国防、军事以及有关科研院校等专家对三峡工程的人防、溃坝问题进行认真讨论，听取并阅读有关设计试验报告，察看了现场大型水工模型溃坝试验。经多次会议讨论研究，基本上取得了各方认可。

　　当前风险分析理念已逐渐深入工程设计并与之融为一体。据文献统计，国内外大坝溃坝率从上世纪初的约10%降至目前的0.1%左右，而与上述可靠度设计要求(3-10)%相差甚远。这说明目前垮坝率还有进一步改进的空间。加强风险管理和大坝安全监测可以提高抗风险潜力。观测资料分析有统计性模型和确定性模型，可以预测在今后高水位或其他特殊下大坝的性态，以判断大坝的实际安全度。大坝监测有长期性、连续性和突发性，须持之以恆，监测资料须及时并定期（汎前、年终等）整理分析，当发现异常或险情及时处理。

　　水利水电及其跨流域引水和跨地区送电是一种对水资源极端缺乏地区的一种很好的开发模式。它们的建成是对环境的一个重要的和有益的补充，对国民经济的作用是十分巨大的。要抓紧环境保护，保护水库，改善水质、保护环境、维持生态平衡的作用，这要靠水库管理单位以及水库周边的工厂企业、地震、环保和各级地方政府等部门通力合作，才能奏效。

　　总之三峡工程在完善坝的设计和施工质量外还曾重奌对溃坝进行了大量论证研究工作，工程安全是有保证的。在此基础上希继续做好风险管理和预警预案以堤髙抗风险潜力。

　　参考文献

　　[1]  钱正英， 中国水利，水利水电出版社，北京1989年

　　[2] 曹楚生，
　　Both Pump Storage Plant and Hydropower is Favorable to the Retainable Development of “Power
 Network，联合国水电与可持续发展会议文集2004.11

　　[3] 曹楚生，水利水电的蓄能运行有利于节能减排和可持续发展，第十届中国科协年会/河南省领导与院士座谈会，调研报告集，中国科协调研宣传部2008.9.18

　　[4]  曹楚生，潘家口水利枢纽和环境，水资源保护，1993.12

　　[5]  潘家铮，汶川大地震和水坝安全，工程研究，2009.3

　　[6]  从大坝设计和分析看大坝安全，21世纪水电科技战略研究研讨会论文集，中国电力出版社，1999.11

　　[7]  杜祥豌、黄其励，我国再生能源战略研究，中国工程院北京2008.6

　　　　　　[8] Rachel Wright, Making the most of pumped storage, Interr. Water Power & Dam Construction 
2009.5