王全录、徐希林、段炼:西欧的水电站和大坝

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王全录
加大戴维斯分校生态学博士,现任美国能源部阿岗国家实验室研究员
徐希林
哥伦比亚大学法学博士,现为加大戴维斯分校农业经济学博士研究生
段 炼
现任加拿大不列颠哥伦比亚省规划局地理信息系统研究员

一、荷兰的须德海工程
二、瑞典的苏诺瓦水库
三、芬兰的洛卡和波蒂帕塔水库
四、奥地利和匈牙利的多瑙河大坝工程
五、西欧水电站建设的经验

欧洲大陆有近七亿人口,陆地面积为一百九十四万平方公里,在那里水力发电是一个主要的能源来源,OECD国家百分之二十三的总发电量来自水电,其中有些国家的这个比重高达百分之五十以上(见表1)。因此欧洲国家对建设水电站大坝既有极为丰富的经验,也有很多教训,值得我们认真研究。

欧洲国家并没有因为大力建设水电站而忽视生态和环境的保护。以基本上依靠水力发电的挪威为例,该国虽然高度依赖水电,政府每年将能源研究经费的六分之一用于水电研究,但是,为了保护生态环境,挪威已经通过法令,永久性地禁止在一些有潜在水力资源、但建设大坝会对环境有不利影响的地区建设水电站。瑞典的水力发电占该国总发电量的百分之四十八,该国的自然保护法也已经禁止在大部份还未开发的河流上建造水电站。

本文将分析欧洲四个大坝工程对社会及生态和环境的影响,这四个大坝是荷兰的须德海(Zuiderzee)工程,芬兰的洛卡(Lokka)和波蒂帕塔(Porttipahta)水库,瑞典的苏诺瓦(Suorva)水库,以及奥地利莱茵河(Rein)和多瑙河(Danube)流域的大坝工程。有关这四个大坝的资料来源于国际大坝委员会(ICOLD)的公告。国际大坝委员会有二十个成员国,其中绝大部份是发达国家,该机构不隶属于任何政府,它是唯一的对欧洲大坝的资料有广泛记载的机构,发表过一些有关大坝的社会和环境效应的公告。在这些公告中,国际大坝委员会对大坝的社会和环境问题作了分析和披露,该委员会的倾向是对建坝持赞许态度,认为科学技术可以克服修建大坝而带来的弊端。由于本文引用的资料基本上取材于国际大坝委员会,因此以下的分析评价或许会受到国际大坝委员会观点的影响。

表1. 部份OECD欧洲国家水力发电量

001

资料来源:国际机构

一、荷兰的须德海工程

荷兰的须德海工程是本世纪初开始的一项建造拦海大坝、围湖造地的工程。

1.从筑坝隔海到开发低地

须德海地区位于荷兰中北部,这里的土地由冰河时期的泥炭组成,以前曾经是淡水湖区。过去这个淡水湖区主要有两条水道,其一是作为进水道的艾瑟尔河,这条河为淡水湖区提供淡水源;其二是由淡水湖区到北海的出水道。大约从公元前两千年到公元一千年,开始出现了河流对土壤的侵蚀,侵蚀引起了出水道的加宽,并导致湖区盐分增加。到公元十四世纪,出水道逐渐变得和湖区一样大,整个地区由此变成了一个占地面积为五千七百平方公里的海滨生态系统。

1916年,荷兰政府开始筹建一个大坝,以隔离须德海和北海,试图排除须德海地区内的水,并将该地区开发为农业区。这项多目标的工程,首先是要防范北海风暴的侵袭,制造出一个淡水流域以加强对荷兰中部地区的淡水系统的控制;然后准备把拥有良好粘土层的水域建成围湖低地;进而改善荷兰西部和东北部的交通连接。

这项拦海造田的巨大工程开始于1919年,四年后,一个长三十公里的混凝土结构大坝建成了,这个大坝将艾瑟尔湖与北海切断。由于大坝的保护,大坝内的区域从此免受海洋暴风的危害,坝内被保护的总面积达三千七百六十平方公里。大坝建成之前,须德海是一个被海水咸化了的海口湾生态系统;大坝建成之后,这个系统变成了一个具有稳定水位的淡水生态系统,水流贮存于艾瑟尔湖并排入万顿(Wadden)海。大坝的两端建有水闸用于排水,水闸与建成的船闸并用,还可作为从艾瑟尔湖到万顿海的船道。大坝建成之后的约四十年内(1930至1968年),通过排除积水建成了四个“低地”(或拓荒地),这些低地总面积达一千六百五十平方公里。现在,已经正式提出筹建第五个低地。

虽然在大坝建设初期,没有考虑到生态因素。早期曾经有些生物学家对大坝建成之后的生物变化作了研究,但他们的这些研究被排除在大坝建设的规划和决策过程之外。后来在几个低地的开发过程中,生长在水洼和沼泽地的鸟类开始受到人们的注意,大坝引起的生态和环境问题得到了重视,人们开始研究低地对生态和环境的影响。而后来在开垦地的工业化和城市化发展阶段,开发低地的目的从单一的农业转向了林业、城市化和旅游业等多重目标,在设计多目标用途的低地开发项目中,生物学家开始介入了低地发展的规划和决策过程。在规划第五个低地时,生态因素已经被放到了和其他领域如水文、经济、农业、渔业和景观等因素同等重要的地位。

2. 湖区生态环境的变化

大坝建成后,湖区和附近浅水域的水质发生了变化,其中包括湖水盐分、沉积物和化学污物含量的变化。

这些变化中最直接明显的是生态和环境的变化。在建设围湖大坝之前,海洋潮汐对须德海的影响,是从北向南即由近到远逐渐减弱,因此须德海的淡水成份比重,也是从北向南逐渐增加。但围湖大坝建成之后,艾瑟尔湖含盐度明显降低,这个地区因而变成了富饶的农业区。在随后的几年里,上游河流持续的来水造成了围湖区内水质的新的盐分平衡。

由于大坝的作用,湖水中来自海洋的沉积物基本上消失了,但是来自上游河流的沉积物仍然存在,部份原来沉积下来的沉积物又重新悬浮起来,这些沉积物随水流再沉积到其他浅水域,又改变了这些浅水域的水质。

在大坝工程完成后的最初阶段,由于城市、工业和农业的污染,重金属、油类、聚氯苯基类化合物,都被排放到流域系统,造成日益严重的生物化学污染,导致艾瑟尔湖内水质下降。从六十年代开始,荷兰政府花费了大量的人力和投资,控制污染物的排放,水质因此而得到了改善。

须德海工程完成以后,新的植物开始生长,新的鱼类和鸟类开始在开发区内安家落户,该地区的生物种类出现了显著变化。须德海工程中开发的四个低地原计划用于农业,后来发现有些地区的土质不适合耕种,结果改而发展林业,新的林区不仅林木逐渐茂盛,而且已成为蕨类和菌类的繁衍地,其中东北部的低地成为一个鹅类的冬季栖息地。

建设低地时采取的排水措施引起了附近地区地下水水位的明显下降,继而影响到附近的一些自然保护区。为了提高地下水位,又在附近陆续兴建了一些小型人工湖。但是,工业化和农业生产活动造成的污染又引起人工湖水质的下降,人们意识到必须采取措施以控制水质恶化。

须德海工程给该地区的生态和环境带来了一系列影响,还需要持续的观察研究分析,也需要不断地投资和采取一系列的补救工程来维护生态平衡和消除大坝工程的负面影响。

3. 围湖造地带来了经济社会结构的演变

在广大的地域内人为地建造出陆地、工业区、农田、自然保护区,不仅会带来生态变化,还会引起经济社会结构的变化。然而,究竟上述区域之间应该保持什么样的关系,各占多少比重为最佳组合?则是十分复杂的新问题,荷兰至今还在研究探索中。例如,低地中部份土地被规划为林区和自然保护区,但目前这两部份的面积很小,林区占整个须德海地区总面积的百分之一点七,自然保护区仅占百分之一点二,人工保护区、森林与新兴城镇之间的生态变化是否适当和谐,还有待探讨。

须德海地区从一个自然的海滨生态系统变成人为修造的淡水生态系统,导致了该地区渔业生产下降。围湖大坝建设之前,百分之九十以上的居民以打鱼为生,当地盛产种类繁多的滨海鱼类。大坝建成之后,除了鳗鱼、胡瓜兰和比目鱼,其他滨海鱼类都消失了,而在围地内的水域出现了一些新的淡水鱼,但捕鱼业的总收获量比过去减少了。荷兰政府通过立法和持续的投资,对受到工程影响的居民提供经济补偿与生活方面的安置。有些居民由从事海洋渔业转为从事淡水渔业,有些居民则由从事渔业转为农业、工业及服务业。

4. 须德海工程的经验

国际大坝委员会认为,须德海大坝工程是一个成功的例子。其主要的经济效益是在该地区开创了旅游业、改进了交通网络、稳定了水文系统,并增强了防洪控制能力。国际大坝委员会还强调这一工程的生态效应,他们认为,须德海从海滨生态系统转化为淡水生态系统是利大于弊的。

国际大坝委员会总结了须德海工程的经验。这些经验是,第一,在如此庞大和长期的工程建设中,管理决策者和各科专家同时介入工程的规划和执行过程,全面考虑和周密权衡了社会、经济、生态、景观等各方面因素。第二,为了应付工程执行过程中所遇到的各种问题,工程设计准备了几种可供选择的方案。第三,虽然生态学在须德海工程的初期设计时未受到重视,但在低地和湖泊的规划开发中则发挥了重要作用;在这项工程的规划和决策过程中,生态学从描述现状发展到分析和预测生态和环境的发展及影响,从而让生态学家成功地把科学运用在大型工程中。

这个委员会在报告中虽然提到了大坝工程对环境的负面效应,但是没有对这些负面效应作更详尽的分析。例如,委员会提到筑坝导致了特定群落生物物种的变化,但没有分析这些变化对新的生态系统的影响。同时,大坝委员会认为,须德海部份地区仍处于发展演变过程中,但该委员会没有预测将要出现的前景。

二、瑞典的苏诺瓦水库

苏诺瓦(Suorva)水库位于瑞典最北部,靠近挪威边界,水面面积为二百七十平方公里, 是瑞典的第二大水库。该水库的大坝高六十七米,长一千三百七十米,是卢勒河(Lule)上的一系列大坝之一。卢勒河本身起源于瑞典的Ritsem城附近,向东南流入波的尼亚湾。1986年,卢勒河流域所有水电站总发电量占瑞典全国总发电量的四分之一。

在苏诺瓦大坝建设初期,砍伐地表植被、及时清理库区地面这一问题被忽略了,结果大坝建成后,大量的树木和灌木丛被淹在水中。由于瑞典北部气候寒冷,被淹树木和灌丛的腐化要经过很长时间,这些淹在水下的朽木和灌丛不仅给渔业操作带来不便,而且妨碍了库区的景观。

苏诺瓦大坝的建成造成了当地鱼类品种的改变。建坝之前,天然湖泊河流里盛产北极江点鲑鱼(Salveinus alpinus)、鳟鱼(Salmo trutta)和白鲑鱼(Coregonus lavaretus),当地的土著居民拉普人从事自给自足的捕鱼业。大坝建成之后,浅湖区在乾旱的冬季经常乾枯,做为鱼类食物的营养性微生物减少,由此而造成了鳟鱼数量下降。

最近的一些研究还发现,瑞典湖中汞的含量较高,这一含量与湖中有机物质的浓度成正比,因为长期滞留在水中的有机物质含有一定量的汞,这些汞转化到水体中,引起水体汞含量增加。由于苏诺瓦水库中未清理的树木及灌丛很多,使库中有机物质含量增高,因而可能导致库中汞含量偏高。库中高汞浓度的水体会使鱼类体内汞含量高,进而通过食物链使其他动物包括人类体内的汞含量增高。

国际大坝委员会研讨了苏诺瓦水库对当地游牧居民生活的影响。在苏诺瓦水库建设之前,当地没有永久性居民。数百年来,居住在瑞典、芬兰和前苏联的游牧部落拉普人,只有夏季才到湖边扎营聚居,以驯鹿、打猎和捕鱼为生。苏诺瓦水库建成后,驯鹿放牧地大量减少,牧民移居及安顿住处的回旋空间缩小,水面变化又使船只运输增加了困难,而且水库还对两个拉普人村庄直接构成威胁。

但国际大坝委员会认为,苏诺瓦大坝对这个地区还是有益的。例如,为工程而修建了四通八达的道路,给拉普人的生活带来了方便。水库修成后,把过去未开垦的土地用于开发旅游业和渔业,给当地居民带来了生机。大坝委员会还提出了保护拉普人利益的措施,包括修筑道路、建设桥梁、修建驯鹿的围栏和人工驯鹿迁移路径等。大坝委员会试图用这些例证说明,工程的社会效应是给当地居民带来了商业机会,拉普人的生活因此得到了改善。

但在瑞典也存在着与上述观点略有不同的看法。一个瑞典政府的报告曾指出,虽然苏诺瓦水库尚未造成驯鹿业生产的下降,却增加了驯鹿业的成本。因此政府陆续拨款四百万美元,用以补贴拉普人传统的驯鹿畜牧业。

三、芬兰的洛卡和波蒂帕塔水库

洛卡(Lokka)和波蒂帕塔(Portipahtai)两个水库位于北极圈内,库区水源来自芬兰凯米乔卡(Kemijoki)河的上游。洛卡水库于1967开始蓄水,最高水位时水面面积为四百十七平方公里。波蒂帕塔水库于1970年开始蓄水,蓄满水时水库面积为二百十四平方公里。这两个水库之间是由一个二十一公里长的水道连接,水先经由洛卡再流到波蒂帕塔,这条水道用于控制波蒂帕塔水库的水位。这两个水库的建造都是为了水力发电,它们是凯米乔卡河流域一系列水库中两个比较大的水库,这两个水库每年总发电量为二点一亿度,占凯米乔卡河流域每年总发电量的二分之一强,是芬兰每年总发电量的百分之二。

在讨论生态和环境效应时,国际大坝委员会认为该工程的修建不仅丰富了当地鸟类动物区系,还推动了当地渔业的发展,由于整个工程注重开发渔业,捕渔业的产值已上升到40万美元。

水库修建前,当地是沼泽地带,土壤成份绝大多数是泥炭,水库的修建对当地的土质和水质都有很大影响。水库贮水数年以后,由腐植质分解产生的气体导致大量泥炭变松,变松的泥炭由水库底部漂浮到水库上部,造成了水库水质下降。

和前述瑞典的苏诺瓦水库一样,芬兰的这两个水库施工之前,也没有及时清除树木。结果,水库建成后,淹没在水中的大量朽木导致库水中有机质含量增加,对捕鱼业造成很大影响。由于水库水体中有机物含量高,水库中汞含量也可能会相应增加,由此导致鱼体内汞含量高,最终会对捕渔业造成长远损害。

但是,国际大坝委员会提出了不同的见解,他们认为汞含量问题的影响不会很严重。该委员会根据一些研究报告分析,在经过氧含量下降的初期阶段后,水中的氧溶解量会得到改善。然而,大坝委员会所依赖的报告仅做了表层水氧含量的分析。而其他机构的一些研究报告却指出,在从两个水库排出的水体中,未分解的有机质含量仍有增加趋势,由此还会造成水体氧含量降低,从而影响到水体中其他生物的生存。究竟这些水质变化趋势如何,利弊何在,还有待更深层次的观察和探讨研究。

由于大坝工程浩大,库区居民经重新安置后,人口结构发生了显著变化。工程期间迁出这个地区的人口中,大多数是处于工作年龄的中、青年,这样库区居民年龄结构中,中、青年比重下降,老龄化趋势明显,继而造成了当地人口出生率下降。

国际大坝委员会提到,水库建设之后,草场面积减少,拉普人的驯鹿业相应萎缩,农业生产也减少。但是,大坝委员会认为,当地居民的收入比建库之前有明显增加。教育、医疗、交通和其他社会服务设施也有明显改善。他们深信工程终将使人们获益,并描述了当地建库后经济发展,为民造福的蓝图。

然而,另一位专家Paine在对挪威的阿尔塔/考特凯诺(Alta/Kautakeino)水库做实例分析时,描述了当地土著居民沙米(Saami)人反对在当地建造水库的看法。阿尔塔/考特凯诺河从挪威的考特凯诺村流过,这个村位于芬兰-挪威边界,毗邻于北大洋海滨城市阿尔塔。Paine提到,沙米人从一开始就反对在阿尔塔/考特凯诺河上建造大坝,因为工程会破坏驯鹿业的生态环境。为了阻止该项工程,沙米人加入了一个包括环保组织和渔民的同盟。这个同盟先在1976年成功地使立法机构通过了暂停大坝建设的决议,又在1980年将大坝建造事宜提交挪威最高法院辩论。一些沙米人甚至曾经以绝食抗议大坝的建设。

Paine的见解与国际大坝委员会对苏诺瓦、洛卡和波蒂帕塔水库的结论不同,这会启发人们从另一个角度思考和分析大坝的效果。在国际大坝委员会提及芬兰的洛卡和波蒂帕塔水库对当地拉普人带来的好处时,却忽视了挪威的沙米人对修建阿尔塔/考特凯诺水库如此强烈的反对态度。拉普人是否确实完全赞同洛卡和波蒂帕塔水库的建设呢? 事实上,大坝委员会在报告中从未提到拉普人对大坝的态度。国际大坝委员会虽然提到在水库建设之前的六十年代早期,当地居民已经开始搬迁,但并没有提到他们的搬迁是否出于自愿。

国际大坝委员会关于苏诺瓦水库、洛卡和波蒂帕塔水库的实例研究以及Paine对阿尔塔/考特凯诺水库的实例研究,留下了许多有待回答的问题。虽然他们的研究解答了许多问题,但是都带有一定的片面性。况且,还有大量问题仍未被触及到,有待人们去进一步认识,这些问题对世界其他地方建造大坝工程所引起的生态环境及其他一系列问题都有宝贵的借鉴意义。

四、奥地利和匈牙利的多瑙河大坝工程

举世闻名的多瑙河(Danube)发源于德国,蜿蜒流经几个欧洲国家,向东注入黑海,是欧洲的第二大河流。在多瑙河上建设水电站的工程最早可以追溯到1919年,当时奥地利政府制订了多瑙河全面开发计划,准备逐步在奥地利境内的多瑙河上建十一个水电站。后来,在匈牙利境内的多瑙河上也陆续修建了一些水电站。

建设这么多的水电站,对河流及流域的生态和环境必然带来变化。国际大坝委员会的报告曾就此作过一些分析。该报告提到,“为了保持和改进河流的生态平衡,广泛地对鱼类采取了人工繁殖措施。”但是,这个报告并未说明,如此之多的水电站建成后对河流里的鱼类究竟造成了什么影响或损害。大坝委员会还提出,为了保护受到筑坝威胁的滨水林地,应利用灌溉措施保证林地的水源。而该委员会却未分析那些滨水林地受威胁的严重性及灌溉的可行性。

国际大坝委员会还提到了其他影响环境的因素,例如由于修建众多的大坝水库而造成泄洪途径的改变、河流流速的变化、水道深度和宽度的变异、河道运输能力的下降、动植物区系的繁衍变异、微气候的变化、河流水质及流域土质的变化以及自然景观的保护等。这些因素在任何大型水利工程建设中,都应该是不容忽视的因素。

事实上,环境保护组织反对在多瑙河上建设这一系列大坝的呼声甚高。学者Thorpe曾提到,在匈牙利共产党执政的后期,尽管政府对本国境内的三个多瑙河大坝作了大量的正面宣传,压制了不同意见,环境保护组织仍然得到了六千二百多个签名反对大坝建设。

五、西欧水电站建设的经验

由于水力发电在欧洲各国总发电量中占有重要比重,欧洲国家自然也很关注世界其他地区水电站大坝的不良作用,西欧人逐渐增强的环境保护意识则促使欧洲各国在大坝工程中更多地采取环境保护措施。本文所介绍的四个欧洲大坝工程似乎表明,这些大坝工程所产生的对生态和环境的负效应是有限的。

从欧洲的水电站工程建设中,我们可以总结出以下经验。首先,也是最重要的经验,就是在大坝的规划和设计过程中,西欧国家的民主制度保证了政府、工程部门和有关专家们能广泛倾听和采纳各方面的不同声音和要求。因此,工程得以博采众家之长,瞻前顾后,慎之又慎,使负面效应最大限度地得到控制。在这样的制度下,政府和大坝施工管理机构一意孤行、好大喜功、偏听偏信、排斥异己、置芸芸众生于不顾的情形不太容易发生。

第二,这些欧洲国家都投资了数量可观的经费,用于有关环境和生态的科研,这些科研无疑有助于防止或减少水利工程对生态和环境的破坏。

第三,除了前苏联大量修筑大型电站大坝以外,在欧洲修建的诸多大坝的规模相对比较小,没有超大规模的大坝。小型水坝的益处是,其环境和社会效应有限而且易于控制。

第四,在建坝期间和建坝之后,政府、工程部门及专家学者们注意持续观察,不断采取防范措施,尽力消除环境和社会效应的负面影响。

最后,部份北欧国家气候温凉,人口密度比较低,因此那些在热带和亚热带地区由于修建大型水库和筑坝工程而常见的种种问题,可能在北欧国家较少发生。

但是,需要说明的是,本文所引用的资料基本上取自于国际大坝委员会的报告。国际大坝委员会虽然在大坝建设方面总结了不少有益的经验,但是该机构有鼓励建设大坝的倾向性,因此不重视对大坝的生态环境和社会效应作更透彻的分析。国际大坝委员会断言,由大坝建设而引起的环境和生态问题,可以通过适当的规划和采用必要的技术加以解决,但这个断言缺乏足够的证据。

至于欧洲的大坝在多大程度上获得了成功,负面的社会和环境效应在多大程度上受到了制约,人们是各持所见的。有不少人不赞成国际大坝委员会的倾向、方法和结论。例如,学者Goldsmith和Hildyard就从另一个侧面对世界上一些大坝进行了评价,他们对大坝建设一般持否定态度,但他们所分析的大坝中没有用欧洲大坝的实例。

当代中国研究
MCS 1997 Issue 3

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