水電工程魚類保護流域性管理的國際經驗與借鑒

禹雪中

(Ecofish研究有限公司,加拿大溫哥華V6C 2T5)

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水電工程魚類保護流域性管理的國際經驗與借鑒

禹雪中

(Ecofish研究有限公司,加拿大溫哥華V6C 2T5)

摘要：從管理體制和機制、管理要求和技術措施、實施效果三個方面,介紹了美國哥倫比亞河流域實施的《聯邦哥倫比亞河電力系統生物保護意見》及其實施方案。這種管理的特點是政府監管、電站運行單位進行實施,根據流域梯級水電站和魚類保護對象的特征,綜合采用各種技術手段進行流域性魚類保護。其多年實踐表明,成效明顯。在此基礎上,根據中國水電開發以及魚類保護的現狀和需求,分析了加強運行期魚類保護監管的必要性,并提出建立完善的管理體制和機制、制訂流域性保護規劃和方案是需要重點關注和解決的問題,進而從管理和技術兩個方面就行業管理提出了建議。

關鍵詞：魚類保護；水力發電工程；流域性管理

水電工程運行對魚類群落的影響是水電開發環境影響的關鍵內容,梯級水電工程的影響還具有明顯的累積性特征,需要采取針對性的措施進行減緩或者補償。經過一段時期的快速發展,我國水能資源的開發程度顯著提高,2014年底常規水電的裝機容量已占技術蘊藏量的52%。未來,我國水電行業的重點將逐步由工程建設轉向優化管理,水電工程運行期的魚類保護將是重要內容之一,需要從技術措施和管理機制兩個方面進行加強。

美國水電大規模開發的時間開始于20世紀30年代,水電工程長期運行階段魚類保護的實踐歷史較長、經驗比較豐富,在法律法規、管理體制、技術措施和實施管理等方面已經形成了比較完整的體系,這對于我國加強以魚類保護為重點的已建水電工程環境管理具有重要的借鑒意義。

1水電工程魚類保護流域性管理的國際實踐

1.1管理體制和機制

哥倫比亞河位于北美太平洋西北地區,長2 044 km,流域面積41.5萬km2,河口平均流量7 500 m3/s,落差約820 m,較大的水量和落差使其成為北美水電開發程度最高的河流之一。哥倫比亞河上游在加拿大境內,河長801 km,建設了18座水壩；中下游在美國境內,干流和支流共有470多座水壩。美國境內水電站中的31座大型水電站由聯邦政府建設和運行,發電量約占所有水電站總發電量的40%。這31座電站分別由美國陸軍工程兵團(U.S. Army Corps of Engineers,USACE)和美國墾務局(Bureau of Reclamation,USBR)運行,美國陸軍工程兵團、美國墾務局和邦尼維爾電力局(Bonneville Power Administration)共同組成了聯邦哥倫比亞河電力系統(Federal Columbia River Power System,FCRPS),對這些骨干水電工程進行綜合管理,以有效發揮防洪、發電、灌溉、航運、魚類和野生動物保護等多種功能(見圖1)。

美國在1973年頒布了《瀕危物種法案(Endangered Species Act,ESA)》,要求對瀕危和受脅物種及其棲息地進行識別,并且制定恢復計劃,美國漁業與野生動物局(United States Fish and Wildlife Service,USFWS)和美國國家海洋和大氣管理局漁業署(National Oceanic and Atmospheric Administration Fisheries,NOAA Fisheries)共同負責法案的實施,其中USFWS負責陸生和淡水物種,NOAA Fisheries負責海洋和洄游物種。該法案將哥倫比亞河流域的13種魚類列為保護對象。因此,作為哥倫比亞河水電開發執行機構的FCRPS必須采取措施,保證其活動不會對這些魚類的長期生存造成危害,并且不會破壞這些魚類的關鍵棲息地。NOAA Fisheries負責提出《聯邦哥倫比亞河電力系統生物保護意見(FCRPS Biological Opinions,FCRPS BiOps)》,以保證ESA名錄中的魚類生存和恢復,并且提出保護建議。FCRPS是FCRPS BiOps的執行機構,需要根據FCRPS BiOps 制訂具體的實施計劃(Implementation Plan),并進行具體的實施、監測、分析和做出報告,各種保護和修復項目的費用也都由FCRPS承擔。2008年NOAA Fisheries正式發布了FCRPS BiOps ,這份文件提出了 包括73項措施的“合理和謹慎的方案(Reasonable and Prudent Alternatives,RPAs)”,并且在 2010年再次對FCRPS BiOps進行了審查和確定[1-2]。在此過程中,一些環保組織對FCRPS BiOps的有效性提出質疑,并且訴訟到法院,2011年俄勒岡州地方法院裁定要求NOAA Fisheries在2014年1月之前解決存在的問題。2014年1月,NOAA Fisheries發布了新的FCRPS BiOps,再次肯定了2008和2010年FCRPS BiOps在保護魚類及其棲息地方面所做工作的有效性,在保護措施方面僅僅做了少量的修改[3]；同時,FCRPS也發布了新的實施計劃[4]。

圖1　哥倫比亞河水電工程魚類保護的管理機制示意

1.2 管理要求和技術措施

NOAA Fisheries在FCRPS BiOps中提出了RPAs(見表1)[1],分別從適應性管理、工程運行管理、棲息地、孵化、捕食管理以及研究、監測和評估6個方面對哥倫比亞河流域骨干水電工程的魚類保護提出了要求。它們各自又分別包括一定數目的策略(strategy),每個策略又包括相應的行動(action)。

適應性管理包括了3項行動內容,要求FCRPS分別在2009年、2013年和2016年的12月底之前向NOAA Fisheries提交實施計劃,詳細說明后續年份的執行計劃,并且在每年的9月提交年度進展報告,對上一年度的各項行動制定情況進行介紹[4-5]。2009年6月和2013年6月,執行機構需要向管理機構提交綜合評估報告,對各項行動的執行情況及其效果進行詳細說明,并且對實際效果與預期目標進行比較和分析。

水電工程運行管理包括4個策略,共計有30項行動。其主要規定了為了提高關鍵魚類生存和洄游,工程運行需要保證的水流和水質(溶解性氣體和水溫)條件,并且對每個工程在魚類洄游期間的調度原則提出了原則性要求。主要的技術措施包括：①運行調度。在魚類洄游季節加大下泄流量,為魚類洄游提供適宜的水流條件,降低水溫以利于魚類洄游,并且縮短魚類洄游的時間；通過壩頂泄流,從而減少魚類通過水輪機的機會。②魚類保護設施。哥倫比亞河下游及Snake河的8座水電站修建了16條魚道(包括豎縫式、池式和旁側渠道式魚道),一些電站建設了幫助生活在表層的幼魚向下游過壩的泄流閘門表層過魚設施,以及減小魚類傷害的生態友好水輪機。③幼魚運輸。在位于主要支流Snake河的Lower Granite, Little Goose,Lower Monumental和McNary水電站旁側渠道式魚道進行幼魚收集,采用特制的駁船或卡車運輸到干流最后一個梯級Bonneville水電站下游進行放流。

為了保證魚類安全、順利地完成洄游過程,NOAA Fisheries對以保護魚類為目標的水電工程改善運行措施提出了具體要求。BiOps對魚類過壩的生存率提出了具體的指標：成魚在Bonneville和 Lower Granite之間的水電站,通過每個水電站的生存率需要達到90%～94%,虹鱒魚通過哥倫比亞河上游每個水電站的生存率需要達到92%；幼魚在春季通過每個水電站的生存率需要達到96%,夏季需要達到93%。

棲息地的保護主要強調支流及河口棲息地的保護,包括2個策略、5項行動。哥倫比亞河的魚類棲息地保護項目是美國全國同類型項目中最大和最全面的項目之一。RPAs提出了支流和河口棲息地保護在2018年需要達到的最終目標,并且制定了2009年之前需要達到的階段目標。支流棲息地保護的目標以相對于2008年的狀況、棲息地質量提高的百分比表示。支流棲息地的保護措施主要包括：增加減水河段的流量、更新老舊的引水堰壩以減少阻隔、灌溉渠道設置攔魚柵、提高棲息地形態的多樣性、恢復因堤壩而阻隔的濕地和棲息地的連通性、改善陸生棲息地、減輕沖蝕作用。在河口區域,RPAs還提出實施樁堤拆除計劃。

孵化措施是通過人工的方式對重要魚類進行增殖、養育和放流,從而對水電工程淹沒的產卵和養育場進行補償,包括2個策略、4項行動。在進行人工孵化的同時,還要保證這些措施不會對生物進化重要單元和主要種群產生不利影響。孵化措施的另一個重要作用是保存和重建關鍵魚類的基因資源,從而降低物種滅絕的短期風險。

魚類、鳥類和海洋哺乳動物的捕食是哥倫比亞河瀕危魚類面臨的威脅之一。因此,BiOps將捕食管理也列為RPAs的一項措施。捕食管理包括3個策略、7項行動,從魚類、鳥類和海洋哺乳動物捕食三個方面,對主要的捕食動物進行控制。

研究、監測和評估包括9個策略、24項行動,主要作用是為各項行動的規劃、實施和評估提供支持信息。行動內容分為三類：狀態監測、行動有效性評估、主要不確定性的研究。狀態監測用于確定魚類和流域的健康狀況,行動有效性評估是為了確定各項行動計劃是否達到了預期的魚類保護目標,主要不確定性的研究是開展政策、技術和管理關鍵問題的研究,這些問題可能對政策、技術和管理的實施效果產生重要影響。

表1哥倫比亞河流域骨干水電工程運行魚類保護要求的基本內容

類別子類別管理適應性實施計劃;年度進展報告;RPA綜合評估工程運行·策略1—為了提高幼魚和成魚的生存,工程的運行需要提供水流和水質條件·策略2—對哥倫比亞河與斯內克河水壩的調度進行調整,使得幼魚和成魚的生存最大化·策略3—在哥倫比亞河與斯內克河的水壩進行泄流和幼魚運輸措施的改進·策略4—對于陸軍工程兵團位于干流的工程進行調度,以保持生態作用棲息地·策略1—根據生物需求和優先行動計劃,對支流進行保護和改善·策略2—在河口棲息地,改善幼魚和成魚的生存孵化·策略1—作為水電工程環境減緩措施,由FCRPS執行機構資助實施的的孵化場項目不能對進化顯著單元和主要種群產生不利影響·策略2—通過保護網絡和保育行動保存和重建基因資源,從而降低物種近期滅絕的風險,并促進物種恢復捕食管理·策略1—在哥倫比亞河和Snake河下游實施水生動物捕食魚類控制措施,以保護幼年鮭魚和虹鱒魚的生存·策略2—在哥倫比亞河和Snake河下游實施捕魚鳥類的控制措施,以保護幼年鮭魚和虹鱒魚的生存·策略3—在Bonneville電站實施海洋哺乳動物控制措施以保護幼年鮭魚和虹鱒魚的生存研究、監測和評估·策略1—監測與FCRPS行動相關的魚類種群的狀態·策略2—工程運行的研究、監測和評估·策略3—支流棲息地的研究、監測和評估·策略4—河口與海洋的研究、監測和評估·策略5—漁獲物的研究、監測和評估·策略6—孵化的研究、監測和評估·策略7—捕食管理的研究、監測和評估·策略8—協調和數據管理·策略9—項目實施和遵守性監測

1.3實施效果

2014年1月,FCRPS的執行機構發布了2008年～2012年BiOps實施情況及其效果的綜合評估報告,歸納和總結了實施的各項技術措施及其效果,并且分析了魚類和環境條件的狀況[6]。作為實施BiOps的中期評估,該報告認為BiOps的主要措施發揮了有效的作用,魚類生存條件和狀況都得到了一定程度的改善。監測結果表明,魚類通過電站洄游進入哥倫比亞河的數量呈現增加趨勢,魚類順流通過電站的生存率在所有的電站都接近了NOAA Fisheries提出的目標。圖2為2007年～2012年成年魚類通過Bonneville水電站的生存率以及BiOps要求的標準[6]。

在棲息地修復方面,改善了長度為331.52 km的河流棲息地狀況,安裝了247個攔魚柵,改善了面積為2 751.86 hm2的河流棲息地和1 497.34 hm2的河口棲息地條件。瀕危魚類生存狀況方面,13種瀕危魚類中的12種魚類種群數量呈現上升趨勢,通過Bonneville水電站洄游到哥倫比亞河的鮭魚和虹鱒魚數量也在提高。圖3為1938年至2013年成年鮭魚通過Bonneville水電站洄游進入哥倫比亞河的數量和10年移動平均值[6]。

圖2　成年鮭魚通過Bonneville水電站的生存率

圖3　成年鮭魚通過Bonneville電站洄游進入哥倫比亞河的數量和10年移動平均值

2流域統一規劃和管理對我國的借鑒意義

中國是世界上修建水壩數量最多的國家,隨著近20年多來水電開發的快速發展,我國水電的開發程度逐年提高,因此水電工程生態環境保護的重點將逐步向運行期有效管理和監督過渡[7]。借鑒國際水電工程魚類保護的技術和管理經驗,從管理機制和技術方案兩個方面加強流域性的水電工程魚類保護,有助于我國實現水電開發與生態環境協調的目標。

2.1加強運行期監管的必要性

截止到2012年底,全世界140多個國家共建成6萬多座大壩(指壩高15 m以上,或壩高5～15 m且庫容大于300萬m3的水壩)。其中,中國修建了3.8萬座大壩。另一方面,我國水電開發程度近年來迅速提高,截至2014年底常規水電的裝機規模達2.8億kW,占技術可開發量的52%。我國已建工程的數量和水能資源開發程度都要求水電行業重點關注工程運行階段的高效管理,預計中國水電開發將在經歷一定時期的建設開發與運行管理并重的過渡之后,全面轉向運行期管理為重點的時期。

近年來,我國對水利水電工程魚類保護技術措施和管理的重視程度逐步提高。2006年環境保護部印發了《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)》,標志著新建水電項目生態環境保護措施要求開始規范化。近年來,環保部有關部門正在組織研究和建立綠色水電指標體系和認證制度；水利部建立了綠色小水電評價標準,并且正在進行評價試點工作；環境保護部及國家能源局于2014年聯合印發了《關于深化落實水電開發生態環境保護措施的通知》,提出統籌規劃和實施主要生態環境保護措施。總體而言,我國在水電工程運行期環境管理的制度和技術體系方面尚處于探索嘗試階段,尤其在大型水電工程的魚類保護管理方面比較缺乏經驗。在管理體制和機制、管理方式、技術措施的流域整合等方面都需要建立合理有效的解決方案,美國哥倫比亞河流域水電工程魚類保護的管理和技術經驗,由于其在工程規模、開發方式與中國水電開發具有一定的相似性,因此對于我國水電行業的發展具有有益的借鑒價值。

2.2建立完善的管理體制和機制

美國哥倫比亞河干流和主要支流上的骨干水電站都是由陸軍工程兵團和墾務局代表聯邦政府進行開發和運行,對大型水電工程魚類保護進行規范的《聯邦哥倫比亞河電力系統生物保護意見》由聯邦漁業主管部門NOAA Fisheries提出,工程建設運行管理部門陸軍工程兵團、美國墾務局和邦尼維爾電力局負責制定執行計劃并且具體實施。大型骨干水電站多種重要功能的影響決定了聯邦政府在工程開發和運行中的主導作用,魚類保護政策制定和實施的方式也是政府主導作用的具體體現。

對于大型骨干水電站,我國由大型國有電力企業進行開發和運行,并且實行流域梯級統一開發模式。即,一個流域或河段由一個業主進行開發和管理。鑒于骨干水電站的工程規模大、開發主體為國有企業的特點,大型水電工程的運行期魚類保護管理更適合采取政府管理、企業實施的體制,而非市場激勵的方式。對于重要流域梯級水電工程的魚類保護,可以建立環境保護主管部門制定政策和要求,工程管理單位與管理部門協商確定實施方案并進行實施,管理部門負責、相關機構和社會公眾參與監管的管理體制和運行機制。在這個過程中,需要完善相關的法規和政策,明確政府管理部門的職能、工程運行管理機構的職責、魚類保護目標、相關部門和公眾參與監管的方式等,作為管理體制和機制建立的基礎。

2.3制訂流域性保護規劃和技術方案

FCRPS BiOps以流域為整體,根據流域梯級水電工程的空間布局、工程特征以及魚類保護目標的生物屬性,對各項魚類保護措施進行統一規劃和管理,執行機構的技術方案也充分體現了流域性特征,并且具有明確的目標。例如,根據魚類洄游增建過魚設施、工程調度的整體性調整、魚類過壩的生存率目標等。

過魚設施、珍稀特有魚類增殖放流、生態調度已經在我國新建和已建的水電工程得到實施[8],作為棲息地補償的支流生境替代也在金沙江、瀾滄江等流域的水電開發中進行實踐。但是,我國對于這些技術措施的實踐經驗在時間和數量上都還比較有限,尤其是從流域整體性角度對魚類保護進行合理規劃方面更加欠缺。對于新建和已經實施了魚類保護措施的水電站,需要從流域尺度統籌考慮各項措施的功能定位、空間布局以及相互協調。對于建設時間較早、缺少魚類保護措施的水電工程,有必要論證增建魚類保護設施、運行調度調整和棲息地補償等技術措施的必要性。對于重要流域的梯級水電站,在制定原則性要求的基礎上還需要明確關鍵的技術指標,并且確定實施的目標、內容和時間要求。

3結論

美國哥倫比亞河流域的大規模水電開發基本在20世紀70年代完成,此后轉入流域梯級水電站優化運行的階段。對于干支流骨干水電工程的魚類保護,政府管理部門、運行管理部門及相關機構依據相關法規,提出了流域性保護意見,制訂了實施方案,采取工程調度調整、過魚設施、棲息地保護、人工孵化、捕食管理等技術手段,并以監測、研究和評估作為支持的適應性管理方式進行動態調整,在管理和技術兩個方面進行了成功實踐。

中國水電開發程度近年快速提高,已建水電工程的數量和規模均居世界首位,水電工程魚類保護工作的重點將逐步向運行期有效管理和監督過渡。借鑒美國哥倫比亞河流域性魚類保護管理的經驗,建立完善的管理體制和機制、制訂流域性保護規劃和方案是需要重點關注和解決的問題。這對于實現水電開發與生態環境協調的目標具有重要意義。

參考文獻：

[1]NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region. Endangered Species Act Section 7(a)(2) Consultation Biological Opinion and Magnuson-Stevens[R]. Seattle: NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region, 2008.

[2]NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region. Endangered Species Act Section 7(a)(2) Consultation Supplemental Biological Opinion[R]. Seattle: NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region, 2010.

[3]NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region. Endangered Species Act Section 7(a)(2) Consultation Supplemental Biological Opinion[R]. Seattle: NOAA’s National Marine Fisheries Service (NOAA Fisheries) Northwest Region, 2014.

[4]Federal Columbia River Power System. 2014—2018 Implementation Plan[R]. Portland: Federal Columbia River Power System, 2014.

[5]Federal Columbia River Power System. 2010—2013 Implementation Plan[R]. Portland: Federal Columbia River Power System, 2010.

[6]Federal Columbia River Power System. 2013 Comprehensive Evaluation[R]. Portland: Federal Columbia River Power System, 2014.

[7]唐萬林, 禹雪中. 國外水電環境認證制度對我國的借鑒意義[J]. 長江流域資源與環境, 2007, 16(1)： 123- 127.

[8]陳凱麒, 葛懷鳳, 郭軍, 等. 我國過魚設施現狀分析及魚道適宜性管理的關鍵問題[J]. 水生態學雜志, 2013, 34(4)： 1- 6.

(責任編輯陳萍)

收稿日期：2015- 04- 15

基金項目：International Water Management Institute資助項目(450-0025375)

作者簡介：禹雪中(1971—),男,河南開封人,高級環境專家,博士,主要從事水工程環境影響評估及研究．

中圖分類號：S937；TV213.2

文獻標識碼：A

文章編號：0559- 9342(2016)04- 0005- 05

International Practices and Implications of Integrated Watershed Management of Fish Conservation of Hydropower Development

YU Xuezhong

(Ecofish Research Ltd., Vancouver V6C 2T5, Canada)

Abstract:The management mechanism, requirements, technical measures, and implementation results of the Federal Columbia River Power System Biological Opinions (FCRPS BiOps) and its Implementation Plan for the federally owned multipurpose dams on Columbia River basin are outlined. The FCRPS BiOps is issued and supervised by NOAA Fisheries and implemented by the operational agencies of hydropower projects. The Reasonable and Prudent Alternatives (RPAs) are applied in fish community conservation according to the characteristics of cascade hydropower projects and Endangered Species Act listed fish species. Based on the introduction and analysis of the practices in Columbia River basin, the necessarily to enhance fish conservation for hydroelectric projects in operation in China is analyzed according to current status and future trend of hydropower development and fish conservation. The establishment of management mechanism, integrated watershed conservation planning and implementation are critical subjects that should be emphasized and addressed for hydropower projects in operation in China. Meanwhile some suggestions are proposed with respect to management and technology．

Key Words:fish conservation; waterpower project; watershed management