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长江上游水电梯级开发的水域生态修复问题

2019年08月14日  来源: 长江技术经济杂志

摘要:当前,长江上游水生生物保护形势严峻,渔业资源衰退,水电工程的水域生态影响明显,致使上游实施生态修复面临严峻挑战。要贯彻习近平总书记生态文明建设思想和长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”等重要指示精神,实施河湖和湿地生态保护修复等工程,科学解决长江上游水电梯级开发的水域生态修复问题,使水生生物栖息生境得到全面保护,水生生物资源显著增长,水域生态功能有效恢复。

关键词:生态修复;水生生物;梯级开发

1  长江生态环境修复的重要性

2016年1月5日,习近平总书记在重庆召开的推动长江经济带发展座谈会上的讲话指出,长江拥有独特的生态系统,是我国重要的生态宝库,当前和今后相当长一段时期,要把修复长江生态环境摆在压倒性位置,共抓大保护,不搞大开发,要把实施重大生态修复工程作为推动长江经济带发展项目的优先选项,实施河湖和湿地生态保护修复等工程。

2018年4月26日,习近平总书记说,我讲过长江病了,而且病得还不轻。2018年9月24日,国务院办公厅发布的《国务院办公厅关于加强长江水生生物保护工作的意见》指出,多年来,受拦河筑坝、水域污染、过度捕捞、航道整治、岸坡硬化、挖砂采石等人类活动影响,长江生物多样性持续下降,水生生物保护形势严峻,水域生态修复任务艰巨。《意见》要求,牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,坚持保护优先和自然恢复为主,把“共抓大保护、不搞大开发”的要求落到实处,推动形成人与自然和谐共生的绿色发展新格局。《意见》确定的基本原则是,树立红线思维,留足生态空间,即在生态功能重要和生态环境敏感脆弱区域科学建立水生生物保护区,实施严格的保护管理。落实保护优先,实施生态修复,即进一步强化涉水工程管理,完善生态补偿机制,修复水生生物重要栖息地和关键生境的生态功能。坚持全面布局,系统保护修复,即把水生生物和水域生态环境放在山水林田湖草生命共同体中,全面布局、科学规划、系统保护、重点修复。

《意见》关于水域生态修复的主要目标是,到2020年,长江流域重点水域实现常年禁捕,水生生物保护区建设和监管能力显著提升,保护功能充分发挥,重要栖息地得到有效保护。水域生态环境恶化和水生生物多样性下降趋势基本遏制。到2035年,长江流域生态环境明显改善,水生生物栖息生境得到全面保护,水生生物资源显著增长,水域生态功能有效恢复。

1.1  水生生物保护形势严峻

许多国家重点保护的陆生动物经过三十多年的努力,种群数量明显扩大。朱鹮从最少时的7只发展到一千多只;大熊猫的保护等级从濒危改为易危;麋鹿、蒙古野马等流落国外的我国野生动物,少数个体返国后现已形成较大规模种群。

但是水生动物的命运却相反,国家一级保护动物白鱀豚,在本世纪初已宣告“功能性灭绝” 。国家一级保护动物白鲟,自2003年见到1尾误捕的大个体后,迄今再未见到。大型凶猛性鱼类——鯮,已有多年未见到。长江江豚和川陕哲罗鲑,1988年被定为国家二级保护动物,由于种群数量显著减少,濒危状况加剧,现准备升为一级保护动物。

1.2  渔业资源严重衰退

普遍使用的电捕和网簖(迷魂阵)等破坏鱼类资源的渔具,大量捕杀幼鱼。“四大家鱼”在长江干流的产卵量,从20世纪60年代的1000~1200亿锐减到现在的仅20~30亿。鲥鱼是著名的“长江三鲜”之一,在二十世纪六七十年代,每年渔汛都有较高产量,平均约为450t,到80年代产量剧降,1986年仅12t,80年代后期已不形成渔汛,如今鲥鱼已在长江绝迹。因此,十年休渔势在必行。

现国家已作出决策,决定2020年在全长江流域实现全面休渔。除严格休渔外,对污水排放、航道整治、挖砂等加强管理,待休渔取得一定效果后,再根据具体情况实施江湖连通、支流产卵场恢复等生态修复措施。当前长江水生动物面临的主要威胁是上游水电梯级开发所造成的大片特有鱼类栖息地丧失,使它们处于濒危状态,必须尽快解决。

长江上游特有鱼类的生物学特性

世界第三大河长江,全长6 300km,自西向东穿越我国地势的三个阶梯,浩浩荡荡,奔向东海。长江河流特征:水量丰沛,生境多样,水能资源丰富

长江上游位于我国地势第一和第二阶梯,流域面积100×104 km2 干流长度4 504km,从河源至宜宾干流全长3 464km,落差5 100m。落差大,支流多,水能资源蕴藏量大,是西电东送的主要产电区。

中、下游流经地势平缓的江汉平原、太湖平原,沿岸有许多通江湖泊,构成很有特色的江—湖生态系统。现在仅有洞庭湖、鄱阳湖、石臼湖等少数湖泊与长江直接相通。

长江上游特有鱼类众多。长江水系现有鱼类400余种(亚种),其中纯淡水鱼类360种左右,淡水鱼类之多居全国各水系之首。例如,珠江水系纯淡水性鱼类239种,黄河水系仅150种。长江有156种特有鱼类,占长江纯淡水鱼类种类数的43.3%。长江上游有鱼类286种,其中局限分布于上游的特有鱼类124种,占43.4%。长江水系有9个特有属,其中8个属分布于长江上游,仅似刺鳊鮈属1个属分布于中、下游。

长江上游的河流多为峡谷型河流,河道蜿蜒曲折,滩潭相接。在河道两侧,流速、流态、水深、底质等水文要素随主流走向而交替变化。河滩砾石表面和河岸岩石上普遍生长着生藻类,主要是硅藻,其次是绿藻。这些是上游水域生态的初级生产者。在砾石下面和侧面附生有大量水生昆虫的幼虫或稚虫,主要类群为毛翅目、蜉蝣目、襀翅目和双翅目的昆虫,还生长有溪蟹、钩虾、河虾等甲壳纲动物。

在河流弯曲处被主流冲刷形成的潭,水较深,是鱼类白天隐蔽的场所。底质多为泥沙,在漩水下面常聚集有半腐烂的植物碎屑。泥沙和碎屑中生长有水蚯蚓、摇蚊幼虫、蜻蜓稚虫和螺、蚬等软体动物。在河岸岩石上常生长有淡水壳菜。

上游特有鱼类常年栖息于江河流水中,营底层或底栖生活,对其栖息生境有高度的适应性和强烈的依赖性,是长江上游水域生态的代表性物种,也是维护上游水生生物多样性的主要保护对象。

长江上游实施生态修复面临严峻的问题

20多年前,“西电东送”是国家“西部大开发”决策的主要举措之一。为此,在水能资源丰富的长江上游,先后修建了二滩、向家坝、溪洛渡、锦屏一级、瀑布沟、亭子口等大型水库。特别是在2012年2月发布的《长江流域综合利用规划》,在上游干流和主要支流规划了若干水电站,形成梯级开发。现金沙江中游已经实现了梯级开发,而金沙江下游继向家坝、溪洛渡水电站建成并运行多年后,白鹤滩和乌东德电站即将完工,这两个电站建成后的发电量,又相当于一个三峡电站。

 

图1 金沙江中下游梯级剖面图

 

图2 雅砻江干流梯级开发剖面图

 

图3 大渡河干流梯级剖面图

水电工程的水域生态影响诸多:河流的连通性受到阻隔,影响鱼类洄游;水文情势显著改变,流水性鱼类栖息生境消失;水温层化,下泄水温升、降滞后,鱼类繁殖时期延迟;河流的自然径流过程改变,影响鱼类繁殖;水库内水深增加,流速显著减缓,泥沙沉积,库水变清。原来河道内砾石河滩为泥沙覆盖,深水缺氧,饵料生物组成改变。流水性鱼类栖息生境消失,水库内已不具备它们基本的生存条件。水温层化,下泄水温升、降滞后,鱼类繁殖时期延迟。深水水库水库中部到坝前的深水区,水温通常会出现分层现象。新安江电厂下泄的水温,在春、夏和秋初比建坝前水温显著降低,月平均水温7月降低15.78℃;但在冬季,下泄水温反而比建坝前增高,1月高4.15℃。

 

图4  新安江水库建坝前后坝下罗桐埠站月平均水温(℃)

 

图5  蓄水前后三峡坝下水温对比

三峡工程运行使得水温变化滞后,4月至5月水温降低,最多的4月可降低3.0 ℃;水温到达18℃的时间推迟近1个月,四大家鱼繁殖推迟。10月至来年2 月水温升高,升高可达3.6℃;水温降至20℃的时间推迟1个多月,中华鲟繁殖推迟。

梯级电站下泄水温变化的叠加效应,须引起重视。雅砻江二级水电站为季调节水库,坝前最大水深约190m,其下泄水温在2月至8月较天然河道为低,在9月至翌年2月较天然河道为高。与其上游的锦屏一级电站联合运行后,下泄水温变化幅度增大。

表1  梯级电站下泄水温变化

 

3

4

5

11

12

1

二滩单独运行

-2.2

-2.0

+2.1

+2.9

+2.2

与锦屏一级联合运行

-4.3

-3.3

+3.0

+4.8

+4.0

河流的自然径流过程改变,影响鱼类繁殖。三峡水库总库容393亿立方米防洪库容221.5亿m3

 

图6  三峡水文情势(2013)

水电工程修建使水域生态系统改变,由河流生态系统改变为近似湖泊的水库生态系统。流速显著变缓,水深增大(在金沙江、雅砻江、大渡河等水量较大的河流修建的梯级电站坝前水深一般是50-100m左右,深的达200m以上)泥沙沉积,使水的透明度增加。水温层化,深水处常年低温,水库下泄水水温滞后;底层溶氧亦相应减少。饵料生物组成改变,原来在河滩砾石上生长的着生藻类和底栖无脊椎动物消失,浮游生物大量滋生。鱼类群落结构显著改变,由于栖息环境在水库内消失,原有的裂腹鱼类、类、高原鳅类等在水库内不能生存,而适应缓流或静水环境的鲌类、䱗类、鲴类以及人工放流的鲢、鳙等鱼类在水库内生长良好。

高坝大库修建后,水域生态系统改变,原来在库区江段生活的特有鱼类的栖息生境已不复存在。因此,对于特有鱼类的保护工作,很难在梯级开发的河段内实施的。

三峡工程修建时设计的上游特有鱼类保护措施,主要是在水库以上的干流和赤水河等支流建立自然保护区,使40余种过去在库区江段栖息的特有鱼类的栖息生境在自然保护区内保存下来。事实证明,采取这种保护措施是有效的。

由于水库内已经没有特有鱼类的栖息生境,这些物种已在水库内消失。因此,在梯级水库间修建鱼道、升鱼机或集运鱼船等过鱼设施与保护特有鱼类无关。其实,这都是一些可以适应鱼道内水力学环境的小型鱼类(如䱗、鲴、鳊等),它们在水库内可正常生活,鱼道里面出现了这些鱼,与河流的生态修复并无关系。

建立特有鱼类人工繁殖场,向水库内投放特有鱼类的幼鱼,不但不能起到保护作用,反而有害。因为水库内缺乏它们的栖息生境。为捕捞人工繁殖用的亲鱼,又加重了对特有鱼类的伤害。

二滩、瀑布沟等水库每年放流特有鱼类的幼鱼已持续多年,至今仍未见到在水库内有成熟个体形成自然种群,表明放流没有效果。必须彻底扭转特有鱼类保护工作的错误认识和举措。

长江上游的特有鱼类有124种,分别分布在不同的河流或河段,它们是上游鱼类的代表性物种,是生物多样性保护的主要对象。在上游的金沙江、雅砻江和大渡河等水能蕴藏量较大的河流修建梯级大型水电站后,这些特有鱼类的栖息地已大部分丧失甚至完全消失,已经不能继续在原河段生存。要保护这些特有鱼类,只有从一些与上述梯级开发河流相连的支流着手,因为在这些支流内,原来就生存有相同的特有鱼类,只是由于20世纪80、90年代无序的小水电开发破坏了支流的水域生态,使它们生存条件恶化。

据国家审计署2018年6月19日发布的《审计结果公告》,长江流域截至2017年底,10省已建成小水电2.41万座,8个省有930座小水电未经环评即开工建设,过度开发致使333条河流出现不同程度断流,断流河段总长1 017km。

这些小水电一般是建在流量较小的二级或三级支流,通常装机容量仅几百kW,最多不过5~10万kW,比起装机容量1 600万kW的白鹤滩电站,这些小水电站微不足道,但是它们数量多,大量引水式电站使河流断断续续脱水,丧失连通性,对水域生态的破坏性巨大。

小水电在二十世纪八九十年代,缓解了当时能源短缺的困境,但其发电的收入,很可能不够抵偿它对水域生态破坏所造成的生态服务功能下降或丧失的损失。

长江上游水域生态修复的重要区域和关键措施

4.1  修复支流

在中央关于生态文明建设的意见中,提出必须“尊重自然,顺应自然,保护自然”。而水电工程建设,改变了河流的自然属性,尤其是河流的径流增减、水位涨落、水温升降等生态要素周年内变化的自然节律。要“顺应自然”,就应当恢复河流的连通性和水文、水温等生态要素原来的自然节律,使适应于这种生态条件的鱼类得以正常生长繁衍。

在目前的情况下,这在一些已建高坝大库的河流是难以实现,但完全可能在一些只建了一些小水电的支流进行生态修复工程。将整个支流水系的小水电全部拆除(小支流上游的蓄水水库除外),恢复河流原来的自然流态,建立自然保护区。

这将发挥巨大的生态服务功能,不但能维持原有的生物多样性,保护珍稀、特有鱼类,还有净化水质、美化景观、便利灌溉、调节气候等功能。现在长江上游的一级支流赤水河,就是一条自然流淌的生态河流。

4.2  赤水河的修复

赤水河是长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区的重要组成部分。赤水河干流全长436km,河口多年平均流量309 m³/s,整个干流未建水电大坝,水域生态系统完整、健康,水生生物种类繁多

赤水河径流过程和水温周年变化过程完全是自然状态,未受任何人为干扰。

赤水河有生态河、美酒河、美景河和英雄河的美称,风景优美,气候宜人,水质清澈。由于河流生态系统的结构完整,其生态服务功能也正常,突出之处是河流的自净作用十分明显。赤水河河源地区的云南省威信县和镇雄县,是两个贫困县,从县城排出的污水未经达标处理,呈黄色或黑色,但经过约200km的流程,流到茅台镇时,已是一河清水。

茅台酒厂用来酿造茅台酒的水,是每年“九九重阳”以后从赤水河汲取的。此时已是枯水季节,水量较少,稀释能力较低,但水质很清,表明赤水河有很强的自净作用。茅台酒厂(集团)2016年营业收入502.4亿元,利润总额251.1亿元,上交税金188亿元。

赤水河的物种保护价值。赤水河分布有鱼类160种,其中长江上游特有鱼类46种。赤水河鱼类种类组成与长江干流和金沙江下游的鱼类组成相似。宽唇华缨鱼是仅在赤水河发现的上游特有种。长薄鳅、中华金沙鳅等特有种过去上溯到金沙江中游繁殖,受向家坝阻隔的成熟亲鱼,现在到赤水河产卵。2018年初夏,已采集到草鱼在赤水河繁殖所产的卵。

将来长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流段的水温、径流过程等生态因素受上游不断增多的梯级电站叠加影响,可能更加不利于鱼类繁殖,届时赤水河的物种保护作用将更加凸显 。

4.3  对青衣江、安宁河、水洛河和藏曲等河流实施全面的生态修复工程

这几条河流同赤水河相似,流程较长,水量较大,支流较多,生境多样,鱼类种类较多,有较多的特有鱼类。

青衣江是大渡河支流,干流长276km,有天全河、荣经河、卢山河、周公河等支流。鱼类有125种,其中上游特有鱼类37种,有3种为极危物种,7种濒危物种,9种易危物种。支流卢山河曾发现有川陕哲罗鲑产卵场。

安宁河(包括邛海)是雅砻江支流,干流长320km,鱼类有68种,其中上游特有鱼类21种,有2种极危物种,5种濒危物种,4种易危物种。

水洛河是金沙江中游支流,又称稻城河,干流长273.8km,河口多年平均流量201m3/s,规划修建水电站1库11级(引水式电站)。鱼类15种,其中上游特有鱼类11种,3种濒危物种,4种易危物种。

藏曲是金沙江上游支流,河长120km,其上游已建2座电站。鱼类27种,其中上游特有鱼类17种,有6种濒危物种,5种易危物种。

这些支流两岸阶地发育,农林业较发达,人口密度较大,城镇也较多。为了民众的健康,需要有清洁的水源。四川省和重庆市的国土面积仅占全国的6%,但人口占全国的9%左右,众多的大小河流,孕育了天府之国。

在二十世纪八九十年代,无序的水电开发,在这些支流上修建了不少引水式小水电站,使河流断断续续脱水干涸,河流生态系统遭到严重破坏,生态服务功能丧失。应当对这些小水电站对生态系统的破坏程度进行回顾性环境影响评价,其对生态造成的损失,应当给予生态补偿。过去人们对河流的生态服务功能的价值严重低估,对水电工程的环境影响评价流于形式。对长江上游河流生态服务功能的运行机制,应当开展深入的研究。

比照赤水河生态河流的自然状态,将这些河流中所有水电站全部拆除,清理河道,恢复河道自然流态,实施全面的生态修复工程。然后将整条河流建立自然保护区,充分发挥自然河流净化水质和维护生物多样性的生态服务功能,使一些濒危的上游特有种得到切实有效的保护。这是落实国务院办公厅《意见》提出的“以自然恢复为主”的重要举措。

除了上述的4条较大的支流外,在一些汇入大水库的支流,如三峡水库的支流大宁河,也可将支流内的小水电拆除,为一些产漂流性卵和在流水中产黏石性卵的中、小型鱼类提供繁殖场。

5  健全生态补偿机制

在《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》中,要求“加强自然保护区建设与管理,对重要生态系统和物种资源实施强制性保护,切实保护珍稀濒危野生动植物”。在该《意见》第24条“健全生态保护补偿机制”明确指出“加快形成生态损害者赔偿、受益者付费、保护者得到合理补偿的运行机制,加大对重点生态功能区的转移支付力度”。

在高坝深库的梯级电站间修建鱼道、集运鱼船等设施,以及向水库内放流特有鱼类,是很难收到保护效果的,应当设立“生态补偿基金”,把计划用于这些设施的经费用在支流的生态修复、自然保护区建设和管理等方面。

河流作为水生生物自然保护区,所保护的虽然是水中的水生生物,特别是珍稀特有鱼类,但是保护区的管理要求沿岸居民不得在保护区内从事一些有损保护功能的生产建设活动,这就会对当地的经济社会发展带来一定的影响。因保护区建设使经济发展受到影响的地区,应当给予合理的补偿。

加强水域生态健康状况监测和研究

长江上游梯级水电相继建成后引起的水域生态改变,对上游自然保护区干流段,对三峡水库下泄水温和径流过程的叠加影响应进行连续的观测。

建议着力开展上游自然保护区内的长江鲟、白鲟、胭脂鱼等珍稀鱼类自然繁殖的水温下限的研究,葛洲坝下中华鲟产卵场生态要素变化对其繁殖影响的研究。四大家鱼繁殖要求的下限水温18℃,研究最晚滞后到什么时候出现才不至于影响当年幼鱼生长和安全越冬。

长江上游的水电梯级开发规模,需要以珍稀水生动物生存安全和四大家鱼等重要渔业资源长盛不衰为前提,划出生态红线,确定开发的“度”。

作者简介:曹文宣,男,中国科学院院士。

作者: 曹文宣
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