水電工程建設的環境效應研究

郝紅升，吳 程，徐天寶，王偉營

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

水電工程建設的環境效應研究

郝紅升，吳 程，徐天寶，王偉營

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

針對水電工程建設帶來的生態環境影響問題，采用實際調查和監測等方法，對水電站建設前后的環境變化進行了系統的研究。將社會關注度比較高的水環境、水生生態、陸生生態三個方面的調查和監測數據進行了對比分析，得出實際存在的環境效應，研究成果為水電開發環境影響研究提供參考。

水電工程；水環境；水生生態；陸生生態；環境效應

0 引 言

水電工程建設對生態環境影響的分析研究大多數是停留在類比或預測評估階段，系統開展水電工程建成運行對生態環境實際影響的研究工作相對較少[1-2]。

水電工程對生態環境的影響程度與工程規模、工程位置、水庫運行方式等方面有關[3]。本文以已建成的具有季調節性能的水電站為例，系統開展工程建設的環境效應研究，為后續水電開發的環境評估提供借鑒。該水電站采用堤壩式開發，最大壩高130 m，總庫容10億m3，為不完全季調節水庫。

本研究擬從水環境、水生生態、陸生生態三個方面，主要針對國內專家學者和政府主管部門關注度比較高的環境因子，即水環境影響因子(徑流變化、泥沙變化、水溫變化、水質變化)，水生生態影響因子(浮游植物變化、浮游動物變化、底棲動物變化、魚類資源變化)，陸生生態影響因子(土地利用、植被、景觀、動植物)等進行研究分析[4-6]。

1 水環境影響回顧性評價

1.1 水文泥沙情勢變化

庫區水文泥沙情勢的變化主要是水庫蓄水水位抬升，庫區河道寬度和水深增加、流速減緩，寬度和水深隨著庫水位的變化而變化；壩址下游的水文泥沙情勢變化是水電工程環境影響關注的重點，本文通過實際數據的對比分析來研究這些變化。電站建成前后，壩址下游水文站徑流及沙量的變化情況見圖1和圖2。

圖1 工程建設前后壩下流量的變化

圖2 工程建設前后壩下沙量的變化

由圖1、圖2可看出，電站建成對徑流的年內分配影響很小，與天然情況相比，水文站各月流量變幅在-20～26 m3/s之間，汛枯期變化均很小；對沙量有一定的攔蓄作用，約攔蓄了14.1%的沙量。

1.2 水溫變化

庫區壩前斷面2月份垂向水溫觀測結果見圖3。

圖3 2月份庫區壩前垂向水溫分布

由圖3水溫分布來看，庫表溫躍層比較明顯，溫躍層以下庫區基本呈同溫狀態。根據電站建成前后下游水文站的水溫實測資料，分析水庫調節運行對下游水溫的影響。水庫建設前后水文站多年平均水溫值見圖4。由圖4可見，水庫運行對下游水溫的影響很小，尤其是在3月～8月份建庫前后水溫變化平均為0.1 ℃，年平均變化0.7 ℃。

圖4 建庫前后壩下水文站實測水溫變化

1.3 水質情況

根據2010年8月、11月及2011年2月對水庫壩前、庫區及出庫斷面的水質監測成果，水庫建成后，除了總氮為Ⅲ類水質，其余指標均滿足地表水Ⅱ類水質標準。水質總體良好，且滿足該河段水環境功能區劃要求(Ⅲ類水體)，目前未發現水庫富營養化現象。從調查和監測成果來看，工程建成后對研究河段的水質基本沒有造成影響。

2 水生生態影響回顧性評價

2.1 水電站建成前后浮游植物的種類和生物量變化

根據電站建成前后對水體中浮游植物的實地調查監測(見表1)，從時間分布來看，研究河段浮游植物種數、類群及優勢種均有明顯變化，工程建成后水庫江段浮游植物種類增加近一倍。從空間分布來看：庫中，建成后比建成增加了73.08%；壩前建成后比建成前增加了130.23%；壩下建成后比建成前減少了14.63%。

從表中的時間分布來看，工程建成后水庫河段浮游植物各門類密度均有增加，硅藻門增加幅度較藍藻門、綠藻門小。從空間分布看，庫尾浮游植物密度增加較少，僅39.55%，庫中次之，壩前增加最明顯成庫前11.05×104ind./L，成庫后15.42×104ind./L，增加了39.55%，主要是硅藻門數量增加；庫中浮游植物密度成庫前11.05×104ind./L，成庫后49.16×104ind./L，增加了3.45倍，各門類數量均大幅增加，硅藻門增加幅度小于藍、綠藻門；壩前浮游植物密度成庫前10.55×104ind./L，成庫后137.73×104ind./L，增加了12.05倍，各門類數量均大幅增加，硅藻門增加幅度小于藍、綠藻門。壩下情形則相反，浮游植物密度下降了61.60%，主要是硅藻門數量下降。

2.2 水電站建成前后浮游動物的種類和生物量變化

從時間分布來看(見圖6、圖7)，建庫后浮游動物種類數量明顯增加，從浮游動物種類組成比例上看，建庫后大型枝角類和橈足類所占比例明顯增加，輪蟲所占比降低。建庫后浮游動物優勢種明顯，主要為綠急游蟲、王氏鈴殼蟲、尖尾疣毛輪蟲等。

表1 水電站建成前后浮游植物種類變化

注：表中成庫前指1984年；成庫后指1997年和1998年。

圖5 水庫成庫前后浮游植物密度變化

圖6 不同時期浮游動物組成百分比

1998年蓄水后，庫中、壩前浮游動物密度分別是1984年同期的3倍、2倍；壩前生物量是建庫前的2倍；庫中生物量增加幅度較小。2011年庫尾、壩前浮游動物密度與1997年同期相比分別減少了98、1 916 ind./L，庫中變化不大；壩前生物量明顯降低，庫尾生物量降幅較小，降低的主要因為小灣蓄水后，上游營養物質輸入減少，所以庫尾、壩前浮游動物與同期相比降低。

2.3 水電站建成前后底棲動物種類和生物量變化

水電站建庫前，庫區河段底棲動物較為貧乏。由跟蹤調查結果(見表2)可看出：水電站成庫后，底棲動物種類較前有所增加；由于庫區2011年與1998年底棲動物種類結構差異不大，說明從1998年開始，庫區底棲動物種類結構已進入穩定階段。

表2 建庫后底棲動物種類變化

成庫前，底棲動物密度、生物量低，成庫后，底棲動物密度、生物量是逐步上升的，其中環節動物、搖蚊科生物密度、生物量較前提升更為明顯(見表3)。

2.4 水電站建成前后魚類資源變化

根據歷史記載，水電站建成前1984年調查其所在河段有土著魚類52種；建庫后的多年監測調查到魚類為52種。雖然魚類依然52種，占原記錄種類的100%，但分布區域發生了明顯變化。

表3 建庫后底棲動物密度、生物量變化

表4 建庫后庫尾與庫區魚類組成(2011年)

水電站建成前研究河段魚類主要分為3個生態類型：①急流型魚類，17種(墨頭魚屬2種、平鰭鰍科6種、鮡科9種)；②流水型魚類，28種(亞科2種、鲃亞科10種、華鯪屬2種、裂腹魚亞科3種、鰍科8種、刀鲇科2種、刺鰍科1種)；③緩流水或靜水型魚類，7種(鯉亞科2種、鰍科1種、胡鲇科1種、青鳉科1種、合鰓魚科1種、鱧科1種)。這3種類型魚類一般沿著干流散布在相應環境的河道中，并沒有明顯的區域劃分。

水電站建成后，庫區流速減緩，透明度升高，營養物種滯留，魚類餌料生物基礎由原來以底棲動物、著生藻類為主的河流相群落結構演變為以浮游生物為主的群落結構。庫區江段原來適應于底棲急流、礫石、洞穴、巖盤底質環境中生活繁衍的魚類，由于失去了攝食、生長、繁殖的場所，已逐漸移向干流庫尾上游或進入各自庫區的入庫支流。亦即，魚類在庫區干流的數量明顯減少，如結魚、鱸魚、紅鰭鲃、白甲魚、裂腹魚、巨魾、鮡科、平鰭鰍科魚類等。

適應于緩流或靜水環境生活的魚類(如鰕虎魚、小黃魚、麥穗魚、棒花魚、鰟鮍、鯉、鯽、鰱、鳙等)，由于水庫能夠滿足其繁殖條件，餌料生物比較豐富，棲息水域十分廣闊，資源數量大幅上升，成為庫區的優勢魚類。

水電站建成后魚類在庫區中分布的情況(見表4)：①壩前15 km庫區內，土著魚類以微流水型魚類為主，外來種類多且種群數量大，如鰕虎魚、小黃魚、麥穗魚、棒花魚、鳑鲏等以及網箱中逃逸出來的一些種類，如鯉、鯽、鰱、鳙等。②離壩前15 ～40 km庫區內，土著魚類以流水型魚類為主，外來種類和數量較少，或在部分支流緩流處有發現。③庫尾40 ～70 km庫區及其支流，土著魚類以急流型種類為主，外來種類更稀少。

4 大型水電工程建設對陸生生態系統影響分析

結合1984年和2011年對水電站庫區綜合調查成果，以1991年(電站下閘蓄水前)、2009年(蓄水后15a)兩期的TM衛星影像數據做數據源，利用景觀生態學方法，分析庫區第1層山脊線以內區域(下稱“面山區域”)的生態系統變化情況。

水電站修建后，面山區域生態系統組分中，常綠闊葉林、稀樹灌木草叢、農田等3類生態系統面積出現一定程度的減少，其中稀樹灌木草叢和常綠闊葉林相對較大，變動比例約為77%和58%。而暖性針葉林、溫性針葉林、水域、城鎮建筑、裸地、道路等6類生態系統的分布面積呈增長趨勢，其中暖性針葉林增長值最為明顯(約為136 km2)。在斑塊數量上，面山區域生態系統斑塊總數由9 769塊增加到了10 464塊，增幅約7%，面山河谷區域總體破碎化程度增長不明顯(見表6)。上述分析表明，水電站修建后，該區域生態系統分布面積及破碎化程度發生了一定程度的變化，其中生態質量相對較好的暖性針葉林增加明顯，且區域總體破碎化程度增長程度甚小。

研究結果表明，1991年水電站面山區域以常綠闊葉林、稀樹灌木草叢和農田的優勢度相對較高，并構成了該區生態系統的基質成分。水電站運營15年后(2009年)工程所在的面山河谷區域生態系統基質成分發生一定的變化，生態質量相對較好的組分——暖溫性針葉林的優勢度增長明顯，使得該區優勢生態系統轉換成常綠闊葉林、暖溫性針葉林和農田。整體上，電站修建后，面山區域優勢生態系統向良性方向演進。

表5 水電站面山區域生態系統變化情況

表6 水電站面山區域生態系統優勢度變化情況

由表7可看出，在水電站面山區域內，生態系統景觀聚集度有所降低，但變幅較小；而景觀分割度略有增加，但其變幅亦較小，對該區域破碎化影響不大，這面山區域斑塊數量有較小幅度的增長相吻合。對景觀多樣性，其香農威納(Shannon-Weaver)多樣性指數和辛普森(Simpson)多樣性指數均有一定程度的增長(增幅在11%～15%之間)，這表明面山區域生態系統組分趨向豐富和復雜，尤其是暖性針葉林森林生態系統組分的明顯增長，以有助于該區域整體結構穩定性和生態系統功能的發揮。

表7 水電站面山區域景觀優勢度變化情況

綜上分析，水電站建設后對庫周生態系統破碎化影響不大，且對該區森林生態系統分布面積有一定的增長。水電站運營的15年間，其面山區域生態系統有向良性方向演進。其主要是面山區域零散分布的村寨移民后形成相對集中聚居狀態和庫區封育，使面山區域的人為干擾明顯減輕及區域濕度增長等因素所致。

5 結 語

水電工程建設給生態環境帶來的實際影響是水電環境領域研究的重點，也是社會關注的一個熱點。本文利用實地調查和現場監測手段，對電站建設前后的數據進行了研究，初步研究結果表明：電站運行后對壩址上下游的水文、泥沙、水溫產生一定的影響，對水質基本沒有影響；大壩建設、水庫蓄水對改變了工程所在河段的魚類分布；水電站建成后對庫周生態系統破碎化影響不大，且對該區森林生態系統分布面積有一定的增長。水電站工程建設對生態環境的影響程度與水庫調節性能、電站運行方式、工程規模等指標有關，今后將繼續系統的開展該流域已建電站的水環境、陸生生態環境和水生生態環境的實地調查和監測，通過長系列的調查和監測成果進一步研究水電工程建設的環境效應，為后續水電開發的環境影響和政府決策提供參考。

[1]鐘華平，劉恒，耿雷華. 瀾滄江流域梯級開發的生態環境累積效應[J]. 水利學報，2007 (增刊)：557-581.

[2]樊啟祥. 水力資源開發要與生態環境和諧發展——金沙江下游水電開發的實踐[J]. 水力發電學報，2010，29(4)：1-5.

[3]毛戰坡，王雨春，彭文啟，等. 筑壩對河流生態系統影響研究進展[J]. 水科學進展，2005，16 (1)：134-140.

[4]崔宇龍，黃濤，劉政，等. 水電站環境影響后評價指標體系研究[J] 水資源與水工程學報，2015，26(2)：169-173.

[5]NB/T 35059—2015. 河流水電開發環境影響后評價規范[S].

[6]國家環境保護總局. 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)[M]. 北京：國家環境保護總局，2006.

(責任編輯 陳 萍)

Study on Environmental Effects of the Construction of Hydroelectric Engineering

HAO Hongsheng, WU Cheng, XU Tianbao, WANG Weiying

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

In view of the ecological environment impact problem of hydroelectric engineering construction, the environment change before and after the construction of hydropower station are systematically studied based on the methods of investigation and monitoring. The actual environmental effects of hydroelectric engineering are presented by comparatively analyzing the investigation and monitoring data before and after project construction in three aspects of water environment, aquatic ecology and terrestrial ecology. The research will provide references for environmental impact study of hydropower development.

hydroelectric engineering; water environment; aquatic ecology; terrestrial ecology; environmental effect

2016-05-12

國家科技支撐計劃項目(2011BAC09B07)；中國電建集團科技項目(CHC-KJ-2009-04)

郝紅升(1979—)，男，山東安丘人，高級工程師，博士，主要從事水電水利工程環境保護工作.

X828

A

0559-9342(2016)12-0001-05