水電站拆除方案探索與思考

李向東，劉艷娟

(青海省水利水電勘測設(shè)計研究院，青海 西寧 810012)

1 概述

近年來，隨著我國將環(huán)境保護確立為基本國策，國家逐步推進環(huán)境保護進程，環(huán)境保護力度進一步加大。特別是2017年度全國環(huán)保大督查工作的開展，水利水電工程的環(huán)境保護問題也日益凸顯。水電工程能產(chǎn)生綠色電力，減少傳統(tǒng)能源的污染和碳排放，以往我們過度注重其生態(tài)環(huán)境的正面效益，但是，其引起生態(tài)環(huán)境負面影響往往被弱化和部分忽視。水電工程造成的環(huán)境影響是長期而復(fù)雜的，雖然工程設(shè)計階段對造成的環(huán)境影響已通過環(huán)境影響評價予以明確，并提出了相應(yīng)的環(huán)保措施，使影響消除或減少至容許的程度，但是以往受經(jīng)濟建設(shè)政策的導(dǎo)向影響，以上工作的重點并非以環(huán)境保護為出發(fā)點。隨著工程建設(shè)環(huán)境保護意識逐步加強并占據(jù)主導(dǎo)地位，論證以往水電工程建設(shè)相對于自然環(huán)境的合理性，將重新被提及。環(huán)境保護的要求將越來越嚴格，為保護水資源、水環(huán)境和動植物，限制水電工程建設(shè)將成為主導(dǎo)。一些水電工程因破壞周邊自然環(huán)境，改變上下游沿岸及岸邊野生動植物的棲息地，并影響流域區(qū)域生態(tài)，進而將被提上拆除的議事日程。同時，部分水庫、水電站壽命接近或超過其正常使用年限、存在功能已經(jīng)喪失或本身就是病險壩，經(jīng)濟效益日益衰退等問題，隨著工程的運行成本及除險維修加固費用不斷上升，致使工程運行難以為繼，執(zhí)行降等使用或報廢的數(shù)量將逐年增多，為減少債務(wù)和維修費用，通過拆除來恢復(fù)生態(tài)取得更大的社會和環(huán)境效益，將成為水利水電工程建設(shè)的新方向。

2 水電站拆除現(xiàn)狀及問題

2.1 國內(nèi)外電站拆除現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)文獻資料統(tǒng)計自20世紀90年代初年至今，美國作為全世界拆壩歷史最長與數(shù)量最多的國家，其拆壩已有百年之久，期間拆除各類水壩共計約1100余座。20世紀80年代以后拆壩數(shù)量和范圍也逐漸擴大至全美范圍，但壩高大多小于20m，拆壩原因主要包括：生態(tài)恢復(fù)、經(jīng)濟因素、安全保障，其中生態(tài)恢復(fù)原因所占比重最大。目前情況看，發(fā)達國家拆除的絕大數(shù)是小型壩，壽命超過使用年限、功能已經(jīng)喪失或本身就是病險閘壩，水電站的拆除少有資料記載。

根據(jù)相關(guān)文獻統(tǒng)計美國拆除閘壩情況匯總見表1。

我國降等使用或報廢的水庫水壩數(shù)量較多。但迄今為止，這些降等使用或報廢的水庫水壩絕大多數(shù)為小型水庫。已拆除和正考慮拆除的水壩，也僅僅只是一些相對較小已經(jīng)不發(fā)電的閘壩，尤其是徑流式閘壩大多不足5m高。能為水壩拆除和研究提供的信息和技術(shù)資源甚小。2017年隨著國家環(huán)境保護進程的大力推進，閘壩拆除工作明顯進入快車道，特別是對周邊環(huán)境影響較為嚴重的水電站工程。例如，安徽省岳西縣鷂落坪國家級自然保護區(qū)內(nèi)，16座總裝機約8000kW的小水電站，先后被關(guān)停、拆除；2017年末，甘肅省印發(fā)了《甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)水電站關(guān)停退出整治方案》，明確對甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)內(nèi)42座水電站采取差別化處理意見，其中9座停建、7座關(guān)停退出。隨著關(guān)停退出水電站的增多，緊隨其后的拆除工程也將成規(guī)模的開展。

表1 美國閘壩拆除情況匯總表

2.2 水電站拆除存在的問題

自1900年以后，全世界拆除閘壩最多的美國，雖然有長達百年的拆壩歷史但真正意義上符合大壩標準，即高度超過15m的壩僅占5%左右，且大都為水閘，水電站拆除更少涉及。真正涉及一定規(guī)模的閘壩也是近20年左右，2000年后美國閘壩拆除才真正意義上實施規(guī)范化管理，形成了具有一定指導(dǎo)和操作性的技術(shù)文件和規(guī)程。如：2006年出版的《大壩退役導(dǎo)則》和《退役壩拆除的科學與決策》，可見大壩退役與拆除的相關(guān)標準、規(guī)范也處于初期階段。

我國由于長期以水電工程建設(shè)為主，因此無論是拆除工程本身還是拆除后的環(huán)境影響情況知之甚少。十二五期間，我國以遼河流域部分水庫閘壩為試點，開展了退役閘壩拆除的相關(guān)研究，目前初步制定完成《水庫大壩降等報廢評價指標、方法和標準》，另一方面對暫時沒有條件除險加固的水庫實施控制運用。遺憾的是，對于拆除工程本身和拆除前后河流的相關(guān)環(huán)境狀況少有研究。因此，當水電站報廢拆除工作開展之時，工程技術(shù)人員的參考資料也僅僅是一些相對籠統(tǒng)的文獻和報告，以及傳聞軼事，缺乏科學的有參考價值的技術(shù)理論和規(guī)程規(guī)范。因此，開展水電站拆除相關(guān)技術(shù)研究和探索變的尤為重要和緊迫。

3 水電站拆除方案設(shè)計與探索

3.1 黃河源水電站基本概況

黃河源水電站位于青海省瑪多縣境內(nèi)，為一壩后式電站。大壩建在鄂陵湖湖口下游17km處的黃河干流上，是黃河上第一座水電站。近年來，隨著瑪多縣社會經(jīng)濟發(fā)展，青海主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程已于2015年年底建成投運，電站最初為解決唯一無電縣用電問題的功能已褪去。現(xiàn)電站地處黃河源頭，位于2003年成立的三江源國家級自然保護區(qū)扎陵湖-鄂陵湖保護分區(qū)核心區(qū)內(nèi)，對原河道生態(tài)及上下游連通響較大，不利于周邊生態(tài)環(huán)境保護。2017年7月青海省發(fā)展和改革委員印發(fā)了《關(guān)于限期拆除瑪多縣黃河源水電站的通知》至此，明確了水電站拆除的工程任務(wù)。

黃河源水電站庫區(qū)與壩址上游17km處的鄂陵湖連為一體，帶湖總庫容25.01億m3，死庫容0.61×108m3。地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。電站由大壩、溢洪道、發(fā)電放水管、廠房和升壓站等組成。工程新建批復(fù)認定等別為Ⅲ等，相應(yīng)主要建筑物，大壩級別為3級，溢洪道、發(fā)電放水管等其它永久性建筑物級別為4級。黃河源水電站庫區(qū)由和鄂陵湖湖口下游電站水庫共同組成，電站設(shè)計庫容所指為電站總庫容減鄂陵湖庫容。黃河源水電站水庫水位-面積-庫容曲線，因受客觀因素和歷史問題制約現(xiàn)無法準確取得現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。本次對水庫庫容在原設(shè)計資料的基礎(chǔ)上進行復(fù)核，由復(fù)核結(jié)果可知，水庫不含鄂陵湖時僅湖口以下庫區(qū)，通過對比分析得到4270.263m以下水位-面積-庫容曲線。見圖1。

圖1 湖口以下4270.263m以下水電站水位-庫容-面積曲線

圖2 黃河源水電站地理位置示意圖

水庫大壩為粘土心墻砂礫石壩，最大壩高l8.0m，壩頂長l521.6m，壩頂寬5.0m。防滲體為粘土心墻，心墻頂寬2.0m，底寬6.0m，上、下游坡比均為1∶0.15。大壩上游壩坡1∶3.0，在4265.0m高程處設(shè)寬1.5m馬道，馬道上部采用C20混凝土八角形預(yù)制塊護坡。下游壩坡1∶2.0，在4257.6m高程處設(shè)4.0m寬的馬道作為進場公路，壩腳設(shè)褥墊式排水體和排水溝。水電站位置示意圖見圖2。大壩平面布置圖見圖3。

圖3 黃河源水電站平面布置示意圖

水電站拆除工程的主要任務(wù)為，通過拆除徹底消除黃河源水電站對下游的防洪安全隱患，盡可能還原電站范圍內(nèi)黃河河床自然形態(tài)，恢復(fù)和修復(fù)電站及周邊自然生態(tài)，嚴格落實水生生態(tài)保護措施，恢復(fù)黃河源頭河段連通性。

3.2 黃河源水電站拆除工程方案

據(jù)有效資料顯示，國內(nèi)迄今為止，主動拆除的大中型閘壩未有記載，中小型閘壩的拆除才剛剛起步，國內(nèi)主要大江大河上大壩拆除尚未開展，僅有個別省份正在開展相關(guān)論證工作。黃河源水電站拆除工程作為迄今為止國內(nèi)第一座大江大河上拆除的中型水電站工程。考慮到上級部門對于水電站拆除工作較為緊迫的時間要求，在考慮安全可靠的前提下，將以最快的放水騰庫和拆除進度作為設(shè)計的重點。現(xiàn)狀水庫庫容缺乏實測資料，本文中所示庫容-面積曲線，是在原初設(shè)資料的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)分析得來，泄水建筑物大多年久失修，泄流能力也存在理論偏差。因此，在水庫拆除放空期間應(yīng)加強對下游河道的水位流量監(jiān)測，及時調(diào)整水庫放水流量，使水庫放水不影響下游河道及建筑物的安全。

3.2.1 電站總體拆除方案

根據(jù)對水電站現(xiàn)狀的勘察，結(jié)合工程設(shè)計資料和相關(guān)工程要求，確定水電站拆除總體原則為，先截流湖口(庫位與上游鄂陵湖連接口)阻斷上游來水，拆除溢洪道側(cè)堰，利用現(xiàn)有設(shè)施進行水庫放空，同時開展壩體全長逐層挖運工作，完成電站附屬建筑物的填埋和拆除清理。隨著工程的逐步實施，根據(jù)水庫水量和拆除進度，結(jié)合下游防汛要求適時挖開河床段壩體，利用龍口泄流放空庫內(nèi)蓄水，壩體拆除及建筑物填埋清運工作。后續(xù)進行必要的裸露庫區(qū)、拆除場地和河床的水土保持治理、環(huán)境整治恢復(fù)工作。拆除工程方案按照6個工序階段實施。湖口地形、溢洪道側(cè)堰等見圖4—6。

(1)第一階段，堆筑鄂陵湖與水電站庫區(qū)湖口圍堰，同時拆除溢洪道進口側(cè)堰，并保持放水洞持續(xù)放水。現(xiàn)狀實測庫區(qū)水位為4269.12m，對應(yīng)庫容約1.09×108m3。雖然放水洞處于半開啟狀態(tài)，但是由于鄂陵湖與電站庫區(qū)湖口存在連通關(guān)系，電站庫區(qū)任然有水量補充，因此庫區(qū)水位相對穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的水位下降。水庫與鄂陵湖連接處湖口河床底高程約為4270m與鄂陵湖常年平均水位相差不足1m。由于大壩攔蓄造成的25.01×108m3庫容(不含湖口地面高程以下湖泊庫容)約有24×108m3庫容積蓄在鄂陵湖中，湖中積蓄庫容經(jīng)過湖口狹窄河道宣泄能力有限。根據(jù)以往水電站維修經(jīng)驗，在現(xiàn)狀水位情況下，湖口水深較淺且水流緩慢，進行較小規(guī)模的圍堰封堵即可滿足截流目的。經(jīng)水文分析鄂陵湖出口處多年平均徑流量，如不棄水9月份僅能增加水深約0.15m。見表2。

表2 鄂陵湖出口處設(shè)計徑流年內(nèi)分配表 單位：萬m3

電站拆除工作能否如期完成放空是重點，然而電站本身可供利用的放水建筑物僅有溢洪道和放水洞，溢洪道側(cè)堰堰頂高程4270.15m，已高出庫區(qū)水位1m多。因此，為了最大限度騰庫泄洪，除放水洞持續(xù)泄水外，同時利用溢洪道側(cè)堰前的淤積體，做天然圍堰將溢洪道側(cè)堰拆除槽底高程4264.09m用于泄水。

圖4 湖口地形

圖5 溢洪道側(cè)堰

圖6 溢洪道側(cè)堰、側(cè)槽及堰前堆積體

(2)第二階段，拆除溢洪道側(cè)堰前淤積體，進行泄水。同時根據(jù)庫區(qū)水位，開展大壩挖運工作。考慮大壩拆除施工期的壩體穩(wěn)定安全和施工期防洪要求，大壩拆除采取全壩線整體逐層下降開挖，原則上在水庫水位未達現(xiàn)有放水建筑物能夠泄水的最低水位即4261m前，壩頂作業(yè)面始終高于水庫水位1.0～1.5m，高水位宜取大值，反之取小值。

根據(jù)環(huán)保要求，大壩拆除產(chǎn)生的壩體砂礫石和黏土心墻料應(yīng)分開挖運，并且不應(yīng)在保護區(qū)內(nèi)產(chǎn)生新堆料和環(huán)境保護新問題。壩體砂礫石料全部運輸至水電站建設(shè)時的黏土料場、砂礫石料場、塊石料場和壩址至湖口道路兩側(cè)遺留的取料坑內(nèi)。黏土心墻料，在進行必要的粉碎和營養(yǎng)化處理后可全部利用，用于表層覆土，種植草木恢復(fù)生態(tài)。

(3)第三階段，回填溢洪道恢復(fù)右岸山體邊坡，大壩最終拆除至4262.0m高程。隨著庫區(qū)水位的有序下降和大壩及其他建筑物的拆除推進，當庫水位下降至4264.1m附近時，溢洪道已不再具備進一步放水的條件。利用開挖出的棄料將溢洪道泄槽及部分堰體進行回填，回填高程以原山體自然邊坡為參考，最大可能模擬自然山體形態(tài)，并與河床地形地貌協(xié)調(diào)一致，上部覆土種植草皮植被。

(4)第四階段，清理大壩下游河床，視情況挖開主河床壩段形成泄水龍口，通過水流逐漸沖刷自由泄流。至此大壩挖運除河床段外，其他壩段基本拆除完成并與原河道形態(tài)相銜接。由于水位下降至4261.0m，放水管等建筑物已無法發(fā)揮作用，17m3/s左右的下泄流量對于可能存庫的1700萬m3水量，工期上是不允許的。綜合考慮該階段，根據(jù)水位下降和庫區(qū)水量的具體情況，進行主河床段大壩龍口開挖，進一步騰庫泄水。大壩龍口開挖規(guī)模應(yīng)按照施工需要，同時采取限制下泄流量進行控制。隨著大壩整體的下降，逐步開挖擴大龍口至4258.0m高程。同時，完成廠房尾水段的回填和下游河床的清理工作。至此，電站主體拆除基本完成，利用自然水流逐漸沖刷，通過進一步清理人為恢復(fù)河床，盡可能的形成較為自然的河流河床形態(tài)。

(5)第五階段，根據(jù)拆除后的壩址泄流情況，適時打開鄂陵湖湖口圍堰完成電站拆除工作。湖口圍堰拆除時間將參考施工進度和河流水位變化，盡可能做到減少壩址至湖口河床段斷流。圍堰拆除初期通過較小的泄水依靠水流自身沖刷龍口，逐步由小到大，由緩到急的向下游補充注水，減少對湖口自然河床的擾動。

(6)第六階段，清理裸露庫區(qū)岸坡，完善庫區(qū)及壩址處環(huán)境恢復(fù)和水土保持工作。

3.2.2 環(huán)境保護和水土保持設(shè)計

(1)水電站地處青南高原高山土壤區(qū)-西北部高山草甸土、高山草原區(qū)，土壤以高山草原土為主，土層中明顯有鈣積層出現(xiàn)；項目區(qū)植被是以耐旱的紫花針茅草原群落為主的高寒草原，群落覆蓋度一般在30%～50%之間，植物生長矮小。為維護自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，維持敏感區(qū)生態(tài)功能不下降，確保重點保護野生動物在工程施工過程中不受損。設(shè)計不新增施工工程設(shè)施，盡可能利用現(xiàn)有電站生活區(qū)設(shè)施，處理生活污水等污染物。工程土石方均綜合利用不設(shè)置臨時堆放場，不設(shè)置永久棄渣場。工程結(jié)束后，將拆除工程產(chǎn)生的建筑垃圾運至縣城垃圾填埋場集中處理。水電站拆除后，庫區(qū)能更好的通過紫外線照射降解有機污染物，河道水體流動速率加快，溫度降低，水中的含氧能力提升，一定程度上能促進水生生物的生長。同時，恢復(fù)了河流的連通性，大壩上下游魚類不再有阻隔，對促進其種群的恢復(fù)與增長具有重要作用。

(2)工程位于青海省水土保持生態(tài)建設(shè)區(qū)中的V2黃河源山原河谷水蝕風蝕水源涵養(yǎng)區(qū)，屬三江源國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)，按照1級標準防治。水土流失預(yù)測范圍包括圍堰、大壩、電站廠房和回填治理區(qū)，共4個預(yù)測單元。工程建設(shè)擾動地表、破壞土地和植被面積24.23hm2，治理面積1042.11hm2。

水土保持措施總體布局以植物措施為主，工程措施為輔，形成一個有機結(jié)合的水土流失防治體系，對項目區(qū)進行綜合恢復(fù)治理。水電站拆除后進行場地平整(除天然河道區(qū)域)，恢復(fù)與周邊地形景觀一致，然后撒播種草。由于恢復(fù)區(qū)位于高寒高海拔地區(qū)，土壤地質(zhì)條件差，蓄水保墑能力弱，為了保證出苗率和保苗率，必須合理搭配多種草種以及加大播種量。草種選擇披堿草、冷地早熟禾和中華羊茅的混合草種，按2∶1∶1比例撒播，撒播密度120kg/hm2。高陡邊坡裸露面采用馬克菲爾抗侵蝕防護毯進行防護。

水電站和道路建設(shè)時歷史遺留的未治理的采料場和取料坑，將做為渣料回填治理區(qū)，區(qū)域總占地16.86hm2。大壩、電站廠房、圍堰拆除后的碎石、塊石、建筑物廢棄物、土方等均拉運至回填治理區(qū)。采用由下向上回填堆放，堆放高度與周邊地形協(xié)調(diào)一致，將混凝土等建筑廢棄物堆置于底部，砂礫石和碎石置于中部，土方堆置于頂部和坡面，分層碾壓均勻，最后頂部撒播草籽恢復(fù)生態(tài)景觀，場地平整恢復(fù)與周邊地形景觀一致。

場地平整之后，表層鋪填0.3m厚土，加施適量的有機肥或復(fù)合化肥，耕翻20cm左右，清除土壤中碎石等雜物，然后人工細耕，以保證土壤疏松、透氣、平整、排水良好，適于草種生長。對于原水庫淹沒區(qū)或原生植被蓋度在20%～40%的沙化退化草地，在不進行翻耕草地，不破壞原生植被的前提下，通過耙耱、鎮(zhèn)壓將牧草種子埋入表土中，建立多年生半人工草地來恢復(fù)植被。撒播時間，5月中下旬—6月中旬，雨季水熱同季時節(jié)進行。去雜、精選，保證種子質(zhì)量，精選的草種浸泡24小時，適當施有機肥或N、P、K復(fù)合肥。

3.2.3 人員安置

按照國家有關(guān)政策規(guī)定和青海地區(qū)企業(yè)關(guān)閉人員安置實踐，黃河源水電站拆除后人員安置原則：

(1)根據(jù)本人意愿，堅持以人為本從實際出發(fā)采取公平、公正、透明、公開的安置原則。

(2)堅持行業(yè)內(nèi)部消化和社會吸納相結(jié)合，以內(nèi)部消化為主。

(3)鼓勵自謀職業(yè)，鼓勵調(diào)入其它單位工作。

(4)制定相關(guān)針對性政策，對符合條件的人員可考慮辦理退休。依據(jù)本人意愿，對距法定退休年齡不足5年的職工，經(jīng)與職工協(xié)商一致，解除勞動關(guān)系時可將經(jīng)濟補償金轉(zhuǎn)為一次性繳納養(yǎng)老保險費、醫(yī)療保險費以及一次性計發(fā)生活費，不足部分由相關(guān)部門與職工協(xié)商解決；

(5)依據(jù)本人意愿，對符合條件的職工可考慮解除勞動關(guān)系，給予一次性經(jīng)濟補償金，自謀職業(yè)。經(jīng)濟補償標準和支付辦法，按照相關(guān)解除勞動合同的經(jīng)濟補償辦法、規(guī)定和相關(guān)地方標準，對解除勞動關(guān)系的職工支付經(jīng)濟補償金。經(jīng)濟補償金原則上按職工在本單位工作年限計算。

3.2.4 其他相關(guān)事宜

現(xiàn)行水利水電工程概(估)算編制原則和規(guī)程，并沒有相關(guān)水電站拆除相關(guān)內(nèi)容，對于編制過程中缺項部分，參考其他相關(guān)專業(yè)定額及文件執(zhí)行，例如參照2016版《青海省房屋修繕工程消耗量定額與基價》中拆除工程、2016版《青海省市政工程消耗量定額與基價》中拆除工程等。

4 結(jié)語

水電站拆除應(yīng)建立在環(huán)境后果、經(jīng)濟效益、拆除費用與風險等因素進行分析比較的結(jié)論之上。水電站的拆除對恢復(fù)生態(tài)環(huán)境總體是有利的，大壩拆除被倡導(dǎo)為環(huán)境修復(fù)的一種手段，一些文獻資料對該觀點提供了一定的支持，但是對大壩拆除所造成的影響方面缺乏長期而廣泛的研究。原先的庫區(qū)被流動的河水所代替，庫區(qū)形成的生物環(huán)境鏈、水庫邊緣濕地生態(tài)將如何變化仍未可知。水電站拆除的需要，明顯超越了水利水電工程領(lǐng)域基礎(chǔ)科學建設(shè)的步伐，造成制定大壩拆除工作存在理論空缺。

大壩的拆除勢必對緊鄰大壩區(qū)域產(chǎn)生重大影響，涉及能量交換、泥沙重分布以及魚類通道等問題。例如河流流速增大、水溫改變、含沙量變化、魚類洄游、河流水質(zhì)和生物變化、河流岸坡植被變化等等。同時，可能潛在地質(zhì)災(zāi)害問題、庫內(nèi)重金屬和有機污染物下泄問題、壩址區(qū)附近的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)建設(shè)問題等。如拆除工程不能有效的做到對庫區(qū)水的控導(dǎo)，水流自然發(fā)展演變將不以人的意志而轉(zhuǎn)移，極有可能對防汛安全帶來極大的危險，對下游群眾的生活及生產(chǎn)造成危害。

時至今日，水電站拆除工程審查評價等內(nèi)容仍沒有全國統(tǒng)一的標準或準則。應(yīng)盡快制訂水利水電大壩拆除工程相關(guān)標準、規(guī)范制定和影響評估研究評價等工作。本文通過研究國內(nèi)外水電大壩拆除現(xiàn)狀，探索黃河源水電站拆除實踐方案，以及拆除工作存在的問題，進而提出相關(guān)建議供決策部門參考。