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水利研究 | 对美国“拆坝运动”的再认识与再思考
公告类型:新闻动态发布时间:2021-10-20 09:12:56

前 言

自20世纪初期以来,美国开启了长达一个多世纪的“拆坝”之路,并在20世纪末至21世纪初期引起世界各国的广泛关注,也在国内掀起了一波多方参与的激烈争论且持续至今。近年来,随着我国生态文明建设进程的逐步深入,特别是中央生态环境保护督察通报祁连山水电站问题,进一步引起了人们对水坝生态影响的深思。回望和分析美国“拆坝运动”的历程、拆坝原因、拆坝评估决策及相关启示,具有现实的参考借鉴意义。


Part


美国拆坝历程回顾

(一)历程

自1912年以来,美国拆坝历史已近110年。根据美国拆坝数据库统计,截至2019年,美国共拆除1699座坝,分布在46个州和华盛顿哥伦比亚特区,拆除水坝数量占现有水坝数量的1.8%。在1982年以前,每年拆坝数量不超过10座,但自1990年开始,拆坝数量明显增加,每年拆坝11~49座不等。自2007年以来,年拆坝数量增至50座以上,其中2018年拆坝数量最多,为97座(见图1)。

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虽然早在1912年美国就出现了拆坝,但直到20世纪80年代初期拆坝数量才开始稳步增加,这与人类环境保护意识的觉醒有直接关系。《寂静的春天》(1962年)、《只有一个地球》(1972年)等书籍的出版,开启了环境保护新纪元,美国也相继出台了多项环境保护法律法规,如《环境保护法》(1970年)、《清洁水法》(1972年)、《联邦水污染控制法》修正案(1972年)、《濒危物种保护法》(1973年)等。特别是《濒危物种保护法》以法律形式明确要求各方重视并处理水坝对濒危水生生物的影响,之后,美国环境保护方面的财政支出大幅增加。考虑到法律法规实施的滞后性,这些法律法规在一定程度上推动20世纪80年代水坝拆除进程加快。1990年和2007年是拆坝数量明显增多的两个年份,这与当时环境保护政策收紧有直接关系,特别以《清洁水法》(1987年修订)、《安全饮用水法》(1996年修订)为标志,水体水质改善越来越受到重视,生态恢复逐渐成为水环境保护的重点,这也成为推动水坝拆除的主要动力。
(二)特点
由于拆坝数量类型多、跨越年代长,很多已拆除水坝的特征信息并不完全,本节以目前所能掌握的信息进行统计分析。
从坝龄来看,有坝龄记录的709座水坝中,约81%的水坝拆除时坝龄已超过50年,其中12%的水坝坝龄逾150年。
从坝高来看,有坝高记录的1268座水坝中96%的水坝坝高不足15米,3%的水坝坝高在15~30米之间,仅有不足1%的水坝坝高在30米以上(见图2)。

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从坝长来看,有坝长记录的901座水坝中,60%的水坝坝长不足50米,30%的水坝坝长在50~150米之间,仅有10%的水坝坝长在150米以上。
从筑坝材料来看,有筑坝材料统计的786座水坝中,以混凝土坝居多,约占49%,其次是土坝,约占27%,石坝约占12%,土石坝约占8%,木坝约占3%。
从功能来看,有初设功能记录的753座水坝中,以水力发电功能为主的水坝居多,约占31%,其次是休闲功能的水坝,约占17%,供水水坝约占15%,灌溉水坝约占11%,其余发展渔业、消防及农场蓄水池、防洪、航运、废物处置等各功能水坝占比均不足10%。

Part 


拆坝原因及典型案例分析

(一)总体分析

从美国拆坝政策和实践看,拆坝往往是在综合考虑各种影响因素基础上对比分析利弊,并进行成本效益考量所作出的决策,单一要素而导致的拆坝并不多见。根据已有资料及相关文献,目前仅700座已拆坝明确记录了拆除原因。其中,306座水坝拆除的主导原因是生态因素,约占总数的44%;82座水坝是出于经济因素而拆除的,约占12%;79座水坝是因安全因素而拆除的,约占11%;无法区分主导因素,因综合原因拆除的水坝218座,约占31%;因重建、违规建造等原因拆除的水坝约占2%(见图3)。



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(二)原因及案例分析

1、生态因素

生态因素是美国拆坝的最主要驱动因素,主要是指因建造水坝对周边生态环境造成负面影响,包括改变河流原有水文情势(流量、流速、水温、脉冲水流等)、冲毁或恶化水生生物栖息地、分割自然种群、阻隔鱼类洄游路线、降低生物多样性等。根据世界自然保护联盟资料,水坝是造成美国40%淡水鱼种群灭绝、濒危的最主要原因。1973年由尼克松总统签署通过的《濒危物种保护法》,要求各方重视并处理水坝对濒危水生生物的影响,对濒危或受胁物种制定并执行恢复计划,直到该物种恢复到成功脱离濒危或受胁状态为止。据此法案要求,联邦能源管理委员会可责令业主采取增设鱼道、加大下泄流量、放弃发电功能、拆除坝体等生态改善措施,否则不予核发水力发电许可。

艾尔瓦水坝(1913年修建)和格莱恩斯峡谷水坝(1927年修建)是最为典型的因生态保护修复要求而拆除的典型案例。这两座水坝分别位于艾尔瓦河中游和下游,地处奥林匹克国家公园腹地,该公园是“世界自然遗产地”和“国际生物圈保护地”。在太平洋海洋性气候和春季融雪的双重作用下,冬季和春季是艾尔瓦河的水量丰沛期。修建水坝之前,这种天然的时空分布,不仅使得河水水温持续保持低温,也为鲑鱼的秋季洄游提供了一个相对平静、安全的时期,并使得该流域成为10种本土洄游型鲑鱼和鳟鱼的极佳栖息地。随着美国西北太平洋地区的经济发展和城市化进程的能源需求量越来越大,且该区域受煤炭资源匮乏限制,修建水坝开发艾尔瓦河谷丰富的水力资源,成为支撑区域经济社会发展的首选。然而,这两座水坝建成以来对周围生态系统产生了较大的负面影响,尤其是对鲑鱼产生了非常严重的不利影响,使得鲑鱼、虹鳟等洄游鱼类丧失了93%以上的洄游通道和栖息地,它们产卵孵化的场地变得越来越少,以致许多鱼类都濒临灭绝。除了对鱼类影响巨大之外,对以鲑鱼为主要食物的原住民、黑熊和白头海雕,其影响更是不言自明。这遭到了受水坝影响最大的原住民卡拉姆部落的持续反对,并逐渐得到很多环境保护组织的大力支持。加之两座水坝提供电力的主要功能被替代,其重要性下降,而水电许可证续期又要求建设成本高昂的鱼道,最终业主选择了拆除。2011年,这两座水坝拆除后,上下游河道得以贯通,大大改善了鲑鱼及其他水生生物的栖息环境。

2、经济因素

经济因素是指综合衡量水坝的成本效益从而确定是否拆坝。根据前述统计,美国已拆坝的服役年限大多超过50年,存在坝体老化、泥沙淤积和库容缩减、运行效率降低、服务功能减弱等问题。同时,因电力需求降低或其他能源替代,水坝丧失了原先的设计功能,经济价值急剧下降,甚至可能出现收不抵支、连年亏损现象。为保证水坝正常运行,达到安全和环保要求,业主需要投入一定经费维持水坝正常工况,甚至需要花费巨资对水坝进行升级改造或改变水坝运行方式,形成经济效益显著下降与维修养护费用上升的不利局面。闸坝的维修费用通常是拆除费用的3~5倍,如果还修建鱼类通道,费用则更加高昂。此外,业主还必须承担溃坝的潜在经济责任,缴纳水坝保险费,综合计算成本与效益之后,拆坝通常成为业主现实而理性的选择。

2011年拆除的康迪特水坝(1913年修建)是比较有代表性的案例。康迪特水坝位于白鲑鱼河与哥伦比亚河交汇处以上5.3千米处,坝高38米,水库库容160万米3,有效库容82万米3,最大发电能力14700千瓦。水坝下游是哥伦比亚河峡谷国家级风景名胜区,上游部分河流属于国家级野生和风景河流系统。1996年,联邦能源管理委员会开展的环境影响评价认为,康迪特水坝需增设鱼梯和过鱼显示屏并增加河道下泄流量,才能颁发新的发电许可。增加河道下泄流量势必造成发电量降低和效益锐减,而且投入约1亿美元建造鱼梯,这项费用对业主也是沉重的负担。综合分析成本效益之后,业主于1999年决定拆除水坝,并与有关机构和利益团体签署拆除协议。此后,经过多次拖延甚至与州及联邦机构发生法律纠纷之后,康迪特坝最终在2011年10月被拆除。

3、安全因素

安全因素是指水坝在拦蓄和引流过程中会承受不同程度的压力,导致坝体损伤、退化或寿命缩短,一旦超过承受能力或结构遭到严重破坏,可能造成垮坝,给下游造成重大的生命和财产损失。根据美国陆军工程师兵团全国水坝名录提供的统计信息,美国目前共有高危坝14262座,占水坝总数的15.6%,危险程度严重的10752座,占水坝总数的11.8%,低危坝54456座,安全状况待定的4806座。美国《水坝安全法》(1976年)规定,必须定期对水坝进行安全检查与评估,进而确定其维修、加固、升级改造或拆除退出等措施。在严格的水坝评估制度约束下,美国势必要消除老化坝或废弃坝的安全隐患以清除其对公众安全的威胁。某些情况下,相比投入大量经费进行坝体维修和加固,业主选择拆坝则更为经济、便捷,比如巴拉布河上系列坝的拆除。

巴拉布河是威斯康星河的支流,干流的总落差为46米,其中1/3的水头差(14米)集中在巴拉布河7k米长的急流段。自19世纪中后期开始,干流上陆续建造了11座坝,坝高为2.7~6米,均为低水头径流式水坝,主要为磨坊、木材和其他加工企业供电。20世纪90年代对这些水坝开展安全检查,评估认为,8座水坝的坝体严重老化,存在结构安全问题,泄洪能力也不足。从成本分析上来看,拆除水坝的成本比修复措施低近60%,最终8座水坝全部拆除,重新连通了整个巴拉布河干流。

4、重建违建因素

除了减小生态影响、减轻经济负担、保障人身与财产安全等因素外,还有一些水坝是由于未经批准、构建不当等原因被拆除的。如2008年,新罕布什尔州环保部门在常规检查中发现,一座无名坝和RexTannery坝没有办理审批手续,属于违规建筑物,而且业主不愿补办手续,最终选择将水坝拆除。此外,还有一些水坝在拆旧建新过程中存在拆坝现象,即业主根据实际需求在原有坝址处对水坝进行新建,对原坝进行局部或者整体拆除。


Part


拆坝评估决策

(一)政策框架

在法律法规层面,涉及水坝评估决策的相关要求散见于《水坝安全法》(1976年)、《国家环境政策法》(1969年)、《清洁水法》(1972年修正案)、《濒危物种保护法》(1973年)、《国家文物保护法》(1966年)及《未开发及景观河流法》(1968年)等法律法规,相关条文对水坝安全、生态保护与修复、文物保护等诸多方面作出了具体规定。在技术要求层面,美国先后制定出台了《已建大坝的安全评价》(1980年)、《大坝及水电设施退役指南》(1997年)、《大坝退役导则》(2006年)及《退役坝拆除的科学与决策》(2006年)等技术规范,为水坝退役、拆除提供了一套科学、规范的评估决策流程及标准。

(二)评估决策主体

执行水坝评估相关政策的主体主要有:美国联邦应急管理局、联邦能源管理委员会、美国陆军工程师兵团、水坝业主、第三方评估机构、社会公众等。其中,美国联邦应急管理局承担水坝改造或拆除的决策职能,并通过其下辖的国家大坝安全计划推动联邦与州政府层面的水坝安全合作、落实联邦水坝安全各项措施、共享知识和技术信息、提供公共教育等。联邦能源管理委员会是在国家大坝安全计划框架下监管水坝数量最多的机构,承担着定期检查水坝状况、确定水坝维修养护措施、查证水坝是否按执照进行运行调度、核发水力发电许可等职责。联邦能源管理委员会一旦发现实际发生或潜在的风险,将要求水坝业主采取相应的处理措施,并提供必要的技术指导。美国陆军工程师兵团主要负责编制和发布全国水坝名录,根据水坝评估情况定期更新和发布水坝风险等级,其公布的高危坝和危险程度严重水坝名录是政府相关部门实施监管、业主采取措施、回应公众关切的主要信息来源,也是决定水坝改造或拆除的重要参考。水坝业主是水坝改造或拆除措施的最终实施者,当然业主也可以在政府政策要求框架下聘请第三方机构开展水坝评估以辅助决策。此外,社会公众在水坝评估决策中也发挥着重要作用,他们可以通过发起请愿、示威游行、参加听证会等途径表达诉求和影响决策。

(三)评估决策的主要内容

总的来看,拆坝评估决策的主要环节包括水坝评估、决策、实施决策方案及后续工作。水坝评估涵盖了物理、化学、生态、经济、社会等五个方面,根据长期以来的拆坝经验形成了一个可度量的指标清单(见表1),为拆坝与否的主要决策过程提供了支撑。其中值得一提的是,生态方面,着重考虑水坝的生态影响,将鱼类、鸟类、陆地生物等纳入考量范畴;社会方面,针对水坝安全和可靠性,主要从水坝安全风险、由于水坝失事而产生的生命和财产损失风险的角度进行评估,针对文化价值,主张水坝建设、改造、拆除等要充分考虑历史遗产的问题。根据水坝评估结果,决策方案可分为继续运行、部分退役、全部退役三类。对于部分退役或全部退役水坝,要进一步开展改造或拆除论证与研究,进行方案比选、费用测算、实施监测、资产处置等,其中对生态环境和经济社会发展的影响以及方案的经济可行性是论证与研究的重点。在论证与研究的基础上,实施水坝部分拆除或全部拆除,并监测水坝拆除后的河流恢复状况,具体包括泥沙输运、植物更新及再生、河岸湿地响应、水生及相关物种的多样性和丰度等。

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再认识与再思考

(一)美国“拆坝运动”实质上反映的是水利工程生命周期规律,不宜做过度解读
从数据分析来看,美国拆坝总数不少,但放在近110年历史中,这些拆坝数量并不多,年均拆坝15~16座,拆坝数占现有水坝数量也极少。而且已拆除的水坝绝大多是坝高不足15米的小坝,且坝龄大多已超过50年。不论从拆除数量上还是坝体规模上,将美国拆坝行为称之为“拆坝运动”实际是名实不符的。
众所周知,虽然由于不同水坝的工作条件、设计标准和维修情况不同,不同水坝的生命周期具有一定的波动性,但可以肯定的是,使用年限越长,水坝受水流冲击而导致的破坏越严重,从而使水坝面临的风险增大,其经济效益和社会效益也会随之下降。美国拆除的许多水坝无论是从效益还是从生命周期来讲,都已经达到了拆除的条件。换言之,美国拆除的大部分水坝都是坝龄长、坝高坝长不大、安全性能较低的坝,拆坝是水坝生命走向消亡而采取人为终结其生命的一种选择。我国对一些年限较长、存在隐患的水坝进行除险加固,是另外一种延续水坝生命的举措。
从原因分析来看,美国已拆除的水坝有一半以上并未记录原因,属于零散的、一事一议的行为,不是国家或州政府意志下的集体行为,从这个角度来讲也不能称之为一项运动。当然,不可否认的是环境保护运动深化了人们对水坝负面影响的认识,促进了水坝生态改造(增加下泄流量、增设过鱼设施等),而拆除也属于水坝生态改造的重要选项之一。同时,经济与安全因素也很重要,既便是因生态因素拆除的水坝,也要考虑水坝运行的经济性和安全性,不应将拆坝原因过度归结于生态因素。
(二)长期拆坝实践催生了较为完备的水坝管理政策制度,但仍存在水坝管理薄弱、制度执行不力等问题
美国在长期拆坝过程中形成了一套较为完整的政策制度体系,如《水坝及水电设施退役指南》(1997年)、《水坝退役导则》(2006年)、《退役坝拆除的科学与决策》(2006年)等,涵盖了水坝自身安全、河流生态改善、文物保护等诸多领域和监测监控、评价评估、成本效益分析等诸多环节。归纳总结起来,主要体现了如下特点:一是系统全面地规范了水坝退役和拆除需要开展的评价内容,包括生态环境、经济、社会等诸多方面。二是明确了评价标准及下一阶段论证的内容,使评价工作有章可循。三是重视生态影响,要求不仅要给出定量的影响评价,还要视情况采取辅助措施或替代方案以减小对生态环境的不利影响。四是要求在水坝拆除过程中进行监测,并根据监测结果及时调整监测频率和必要的工程辅助措施。五是明确水坝退役拆除需要解决原有资产的处置问题。
但是,严密的政策制度并不能保证万无一失,美国也不例外。2020年5月密歇根州伊登维尔(1924年建成)和桑德福(1925年建成)两座水坝相继溃决,虽然特大洪水是造成溃坝的直接原因,但也暴露出水坝管理薄弱、制度执行不力的问题。早在1999年发现伊登维尔水坝泄洪能力不足问题起,联邦能源管理委员会发布了数不清的合规令,不厌其烦地提醒、要求水坝业主限时解决水坝泄洪能力不足问题,并按相关评估规范将伊登维尔水坝判定为高风险等潜在等级。但在近20年的时间内,监管机构“发文管理”,监管形同虚设;水坝业主“诊而不治”,缺乏社会责任感,一心只为发电;接管单位“接而不管、接而乱管”,不仅不设法提高水坝泄洪能力,反而要求业主汛前提高水位运行以满足地方保护游艇和码头、维护贻贝生存环境等要求。可以说,政策制度长期执行不力,最终才导致两座水坝溃决的惨剧,警示作用不容忽视。
(三)生态考量在水坝建设与管理中的地位与作用越来越突出
随着经济社会持续发展,社会公众的生态环境保护意识越来越强烈,参与程度越来越高,这在美国拆坝历程中体现较为突出。各种环境保护组织、环境保护运动如雨后春笋般出现,其中在水利领域集中体现于建坝与拆坝之间的论争。例如,美国艾尔瓦水坝、格莱恩斯峡谷水坝、格伦坝、蛇河四座坝等存废之争,引发了社会各界的广泛讨论和辩论,甚至推动政府举办了多场听证会。美国700座已知原因拆坝中,44%的主导因素是生态原因,其他已拆除水坝大多也考虑了生态影响,生态考量在水坝建设与管理中的地位与作用越来越突出。
理论方面,水科学研究越来越全面深入,特别是对水坝存废生态影响的认识水平不断提高,水坝建设、存废决策越来越客观、理性、科学。一方面,生态需水研究、生态调查评估、生态调度等一系列研究,使人们深入认识并尊重自然与生态规律,例如某些鱼类的生活特性和对水力条件的需求等;另一方面,人们不断反思人水关系,探索水利发展的新方向,对过去传统的重工程利益、轻环境保护的观念进行修正,越来越重视降低或消除水利工程负面影响,进而在水利工程规划设计、建设施工、运行管理以及工程改造、退役等过程中,开展定量化的研究,制定更有针对性的措施,当水坝不满足合理的生态环境标准或要求时,可考虑并实施水坝拆除等措施。
实践方面,建坝客观上会改变河流生态系统的栖息地分布、物种构成等,因此,有些情况下拆坝可能成为消除水坝对河流生态系统负面影响的最直接有效的方法。一百多年来,美国因生态保护修复要求而拆除了一批不同材料、类型、功能的水坝,一些国内外学者的研究成果表明,这些水坝拆除后,对河流水文情势、地形地貌、岸边带植物、鱼类和底栖动物存在短期和长期影响。虽然短期内拆坝使河流生态系统受到了强烈扰动,但长期而言,拆坝将使河流趋于回到天然状态,一定程度恢复了河流生态系统,大大改善了水生生物栖息地,对生态环境有积极影响。
(四)美国大坝安全管理相关经验可为我国水利工程强监管提供参考借鉴
截至2018年底,我国建有98822座水坝,是与美国比肩的水坝大国。我国超过70%的水坝是在20世纪70年代之前建造的,距今已有50年以上坝龄,很多已经出现不同程度的工况老化、功能减弱等问题,解决这些问题,美国大坝管理经验教训,包括拆坝的做法,可为我们提供参考。
一是认识美国拆坝本质,坚定中国特色水坝管理之路。美国已拆除的水坝,其原有功能大多已经被替代,变得可有可无或不经济,所以拆除是较为现实的选择。但是,我国仍处于社会主义初级阶段,现有水坝仍承担着防洪、供水、灌溉、发电等各种功能,不可能简单地一拆了之。而且,针对水坝的负面影响,我们也采取了积极的、有针对性的措施,如小水电退出、生态下泄设施改造、病险水库除险加固等,并建立了一套与之相匹配的政策制度体系,这些都是符合我国国情和水情的措施,我们要坚定地走下去。
二是建立健全水坝综合评价评估政策制度,强化水坝监管。我国目前主要侧重于水坝安全性评估,下一步可参考借鉴美国经验,建立覆盖生态环境、经济、社会等全方位的评价评估体系。水坝管理制度方面,美国水坝定期评价评估制度、发电许可制度、公众参与制度等比较有借鉴参考价值,可在完善《水库降等与报废管理办法(试行)》《水利部病险水库除险加固工作方案》等政策时,参考借鉴美国的有益经验。要吸取美国溃坝的教训,强化制度执行。立足我国水利改革发展的现实情况,继续做好我国水利工程建设与监管等工作。在工程建设方面,持续开展除险加固,保障工程安全。在工程监管方面,加强日常管理和风险管理,充分吸纳利益相关方的意见建议,重视舆论引导和宣传工作,降低工程的负面影响等。在行为监管方面,强化对水坝业主行为的要求与引导,通过行政法规或政策文件等方式,全面规范相关企业的活动,引导企业提高社会责任意识。
三是加快推进生态水利工程建设管理,不断消除水利工程的负面影响。在理念上,切实落实系统治理理念,推动山水林田湖草综合治理。在行动上,继续推进水生态保护修复,如长江上游水利工程联合调度改善四大家鱼栖息环境、黄河小浪底调水调沙等。在宣传教育上,主动回应公众关切,消除公众对于水利工程破坏生态环境的担忧。

来源:水利发展研究 2021.08

作者:杨研  李发鹏  常远  王建平


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水利研究 | 对美国“拆坝运动”的再认识与再思考
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自20世纪初期以来,美国开启了长达一个多世纪的“拆坝”之路,并在20世纪末至21世纪初期引起世界各国的广泛关注,也在国内掀起了一波多方参与的激烈争论且持续至今。近年来,随着我国生态文明建设进程的逐步深入,特别是中央生态环境保护督察通报祁连山水电站问题,进一步引起了人们对水坝生态影响的深思。回望和分析美国“拆坝运动”的历程、拆坝原因、拆坝评估决策及相关启示,具有现实的参考借鉴意义。


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美国拆坝历程回顾

(一)历程

自1912年以来,美国拆坝历史已近110年。根据美国拆坝数据库统计,截至2019年,美国共拆除1699座坝,分布在46个州和华盛顿哥伦比亚特区,拆除水坝数量占现有水坝数量的1.8%。在1982年以前,每年拆坝数量不超过10座,但自1990年开始,拆坝数量明显增加,每年拆坝11~49座不等。自2007年以来,年拆坝数量增至50座以上,其中2018年拆坝数量最多,为97座(见图1)。

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虽然早在1912年美国就出现了拆坝,但直到20世纪80年代初期拆坝数量才开始稳步增加,这与人类环境保护意识的觉醒有直接关系。《寂静的春天》(1962年)、《只有一个地球》(1972年)等书籍的出版,开启了环境保护新纪元,美国也相继出台了多项环境保护法律法规,如《环境保护法》(1970年)、《清洁水法》(1972年)、《联邦水污染控制法》修正案(1972年)、《濒危物种保护法》(1973年)等。特别是《濒危物种保护法》以法律形式明确要求各方重视并处理水坝对濒危水生生物的影响,之后,美国环境保护方面的财政支出大幅增加。考虑到法律法规实施的滞后性,这些法律法规在一定程度上推动20世纪80年代水坝拆除进程加快。1990年和2007年是拆坝数量明显增多的两个年份,这与当时环境保护政策收紧有直接关系,特别以《清洁水法》(1987年修订)、《安全饮用水法》(1996年修订)为标志,水体水质改善越来越受到重视,生态恢复逐渐成为水环境保护的重点,这也成为推动水坝拆除的主要动力。
(二)特点
由于拆坝数量类型多、跨越年代长,很多已拆除水坝的特征信息并不完全,本节以目前所能掌握的信息进行统计分析。
从坝龄来看,有坝龄记录的709座水坝中,约81%的水坝拆除时坝龄已超过50年,其中12%的水坝坝龄逾150年。
从坝高来看,有坝高记录的1268座水坝中96%的水坝坝高不足15米,3%的水坝坝高在15~30米之间,仅有不足1%的水坝坝高在30米以上(见图2)。

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从坝长来看,有坝长记录的901座水坝中,60%的水坝坝长不足50米,30%的水坝坝长在50~150米之间,仅有10%的水坝坝长在150米以上。
从筑坝材料来看,有筑坝材料统计的786座水坝中,以混凝土坝居多,约占49%,其次是土坝,约占27%,石坝约占12%,土石坝约占8%,木坝约占3%。
从功能来看,有初设功能记录的753座水坝中,以水力发电功能为主的水坝居多,约占31%,其次是休闲功能的水坝,约占17%,供水水坝约占15%,灌溉水坝约占11%,其余发展渔业、消防及农场蓄水池、防洪、航运、废物处置等各功能水坝占比均不足10%。

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拆坝原因及典型案例分析

(一)总体分析

从美国拆坝政策和实践看,拆坝往往是在综合考虑各种影响因素基础上对比分析利弊,并进行成本效益考量所作出的决策,单一要素而导致的拆坝并不多见。根据已有资料及相关文献,目前仅700座已拆坝明确记录了拆除原因。其中,306座水坝拆除的主导原因是生态因素,约占总数的44%;82座水坝是出于经济因素而拆除的,约占12%;79座水坝是因安全因素而拆除的,约占11%;无法区分主导因素,因综合原因拆除的水坝218座,约占31%;因重建、违规建造等原因拆除的水坝约占2%(见图3)。



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(二)原因及案例分析

1、生态因素

生态因素是美国拆坝的最主要驱动因素,主要是指因建造水坝对周边生态环境造成负面影响,包括改变河流原有水文情势(流量、流速、水温、脉冲水流等)、冲毁或恶化水生生物栖息地、分割自然种群、阻隔鱼类洄游路线、降低生物多样性等。根据世界自然保护联盟资料,水坝是造成美国40%淡水鱼种群灭绝、濒危的最主要原因。1973年由尼克松总统签署通过的《濒危物种保护法》,要求各方重视并处理水坝对濒危水生生物的影响,对濒危或受胁物种制定并执行恢复计划,直到该物种恢复到成功脱离濒危或受胁状态为止。据此法案要求,联邦能源管理委员会可责令业主采取增设鱼道、加大下泄流量、放弃发电功能、拆除坝体等生态改善措施,否则不予核发水力发电许可。

艾尔瓦水坝(1913年修建)和格莱恩斯峡谷水坝(1927年修建)是最为典型的因生态保护修复要求而拆除的典型案例。这两座水坝分别位于艾尔瓦河中游和下游,地处奥林匹克国家公园腹地,该公园是“世界自然遗产地”和“国际生物圈保护地”。在太平洋海洋性气候和春季融雪的双重作用下,冬季和春季是艾尔瓦河的水量丰沛期。修建水坝之前,这种天然的时空分布,不仅使得河水水温持续保持低温,也为鲑鱼的秋季洄游提供了一个相对平静、安全的时期,并使得该流域成为10种本土洄游型鲑鱼和鳟鱼的极佳栖息地。随着美国西北太平洋地区的经济发展和城市化进程的能源需求量越来越大,且该区域受煤炭资源匮乏限制,修建水坝开发艾尔瓦河谷丰富的水力资源,成为支撑区域经济社会发展的首选。然而,这两座水坝建成以来对周围生态系统产生了较大的负面影响,尤其是对鲑鱼产生了非常严重的不利影响,使得鲑鱼、虹鳟等洄游鱼类丧失了93%以上的洄游通道和栖息地,它们产卵孵化的场地变得越来越少,以致许多鱼类都濒临灭绝。除了对鱼类影响巨大之外,对以鲑鱼为主要食物的原住民、黑熊和白头海雕,其影响更是不言自明。这遭到了受水坝影响最大的原住民卡拉姆部落的持续反对,并逐渐得到很多环境保护组织的大力支持。加之两座水坝提供电力的主要功能被替代,其重要性下降,而水电许可证续期又要求建设成本高昂的鱼道,最终业主选择了拆除。2011年,这两座水坝拆除后,上下游河道得以贯通,大大改善了鲑鱼及其他水生生物的栖息环境。

2、经济因素

经济因素是指综合衡量水坝的成本效益从而确定是否拆坝。根据前述统计,美国已拆坝的服役年限大多超过50年,存在坝体老化、泥沙淤积和库容缩减、运行效率降低、服务功能减弱等问题。同时,因电力需求降低或其他能源替代,水坝丧失了原先的设计功能,经济价值急剧下降,甚至可能出现收不抵支、连年亏损现象。为保证水坝正常运行,达到安全和环保要求,业主需要投入一定经费维持水坝正常工况,甚至需要花费巨资对水坝进行升级改造或改变水坝运行方式,形成经济效益显著下降与维修养护费用上升的不利局面。闸坝的维修费用通常是拆除费用的3~5倍,如果还修建鱼类通道,费用则更加高昂。此外,业主还必须承担溃坝的潜在经济责任,缴纳水坝保险费,综合计算成本与效益之后,拆坝通常成为业主现实而理性的选择。

2011年拆除的康迪特水坝(1913年修建)是比较有代表性的案例。康迪特水坝位于白鲑鱼河与哥伦比亚河交汇处以上5.3千米处,坝高38米,水库库容160万米3,有效库容82万米3,最大发电能力14700千瓦。水坝下游是哥伦比亚河峡谷国家级风景名胜区,上游部分河流属于国家级野生和风景河流系统。1996年,联邦能源管理委员会开展的环境影响评价认为,康迪特水坝需增设鱼梯和过鱼显示屏并增加河道下泄流量,才能颁发新的发电许可。增加河道下泄流量势必造成发电量降低和效益锐减,而且投入约1亿美元建造鱼梯,这项费用对业主也是沉重的负担。综合分析成本效益之后,业主于1999年决定拆除水坝,并与有关机构和利益团体签署拆除协议。此后,经过多次拖延甚至与州及联邦机构发生法律纠纷之后,康迪特坝最终在2011年10月被拆除。

3、安全因素

安全因素是指水坝在拦蓄和引流过程中会承受不同程度的压力,导致坝体损伤、退化或寿命缩短,一旦超过承受能力或结构遭到严重破坏,可能造成垮坝,给下游造成重大的生命和财产损失。根据美国陆军工程师兵团全国水坝名录提供的统计信息,美国目前共有高危坝14262座,占水坝总数的15.6%,危险程度严重的10752座,占水坝总数的11.8%,低危坝54456座,安全状况待定的4806座。美国《水坝安全法》(1976年)规定,必须定期对水坝进行安全检查与评估,进而确定其维修、加固、升级改造或拆除退出等措施。在严格的水坝评估制度约束下,美国势必要消除老化坝或废弃坝的安全隐患以清除其对公众安全的威胁。某些情况下,相比投入大量经费进行坝体维修和加固,业主选择拆坝则更为经济、便捷,比如巴拉布河上系列坝的拆除。

巴拉布河是威斯康星河的支流,干流的总落差为46米,其中1/3的水头差(14米)集中在巴拉布河7k米长的急流段。自19世纪中后期开始,干流上陆续建造了11座坝,坝高为2.7~6米,均为低水头径流式水坝,主要为磨坊、木材和其他加工企业供电。20世纪90年代对这些水坝开展安全检查,评估认为,8座水坝的坝体严重老化,存在结构安全问题,泄洪能力也不足。从成本分析上来看,拆除水坝的成本比修复措施低近60%,最终8座水坝全部拆除,重新连通了整个巴拉布河干流。

4、重建违建因素

除了减小生态影响、减轻经济负担、保障人身与财产安全等因素外,还有一些水坝是由于未经批准、构建不当等原因被拆除的。如2008年,新罕布什尔州环保部门在常规检查中发现,一座无名坝和RexTannery坝没有办理审批手续,属于违规建筑物,而且业主不愿补办手续,最终选择将水坝拆除。此外,还有一些水坝在拆旧建新过程中存在拆坝现象,即业主根据实际需求在原有坝址处对水坝进行新建,对原坝进行局部或者整体拆除。


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拆坝评估决策

(一)政策框架

在法律法规层面,涉及水坝评估决策的相关要求散见于《水坝安全法》(1976年)、《国家环境政策法》(1969年)、《清洁水法》(1972年修正案)、《濒危物种保护法》(1973年)、《国家文物保护法》(1966年)及《未开发及景观河流法》(1968年)等法律法规,相关条文对水坝安全、生态保护与修复、文物保护等诸多方面作出了具体规定。在技术要求层面,美国先后制定出台了《已建大坝的安全评价》(1980年)、《大坝及水电设施退役指南》(1997年)、《大坝退役导则》(2006年)及《退役坝拆除的科学与决策》(2006年)等技术规范,为水坝退役、拆除提供了一套科学、规范的评估决策流程及标准。

(二)评估决策主体

执行水坝评估相关政策的主体主要有:美国联邦应急管理局、联邦能源管理委员会、美国陆军工程师兵团、水坝业主、第三方评估机构、社会公众等。其中,美国联邦应急管理局承担水坝改造或拆除的决策职能,并通过其下辖的国家大坝安全计划推动联邦与州政府层面的水坝安全合作、落实联邦水坝安全各项措施、共享知识和技术信息、提供公共教育等。联邦能源管理委员会是在国家大坝安全计划框架下监管水坝数量最多的机构,承担着定期检查水坝状况、确定水坝维修养护措施、查证水坝是否按执照进行运行调度、核发水力发电许可等职责。联邦能源管理委员会一旦发现实际发生或潜在的风险,将要求水坝业主采取相应的处理措施,并提供必要的技术指导。美国陆军工程师兵团主要负责编制和发布全国水坝名录,根据水坝评估情况定期更新和发布水坝风险等级,其公布的高危坝和危险程度严重水坝名录是政府相关部门实施监管、业主采取措施、回应公众关切的主要信息来源,也是决定水坝改造或拆除的重要参考。水坝业主是水坝改造或拆除措施的最终实施者,当然业主也可以在政府政策要求框架下聘请第三方机构开展水坝评估以辅助决策。此外,社会公众在水坝评估决策中也发挥着重要作用,他们可以通过发起请愿、示威游行、参加听证会等途径表达诉求和影响决策。

(三)评估决策的主要内容

总的来看,拆坝评估决策的主要环节包括水坝评估、决策、实施决策方案及后续工作。水坝评估涵盖了物理、化学、生态、经济、社会等五个方面,根据长期以来的拆坝经验形成了一个可度量的指标清单(见表1),为拆坝与否的主要决策过程提供了支撑。其中值得一提的是,生态方面,着重考虑水坝的生态影响,将鱼类、鸟类、陆地生物等纳入考量范畴;社会方面,针对水坝安全和可靠性,主要从水坝安全风险、由于水坝失事而产生的生命和财产损失风险的角度进行评估,针对文化价值,主张水坝建设、改造、拆除等要充分考虑历史遗产的问题。根据水坝评估结果,决策方案可分为继续运行、部分退役、全部退役三类。对于部分退役或全部退役水坝,要进一步开展改造或拆除论证与研究,进行方案比选、费用测算、实施监测、资产处置等,其中对生态环境和经济社会发展的影响以及方案的经济可行性是论证与研究的重点。在论证与研究的基础上,实施水坝部分拆除或全部拆除,并监测水坝拆除后的河流恢复状况,具体包括泥沙输运、植物更新及再生、河岸湿地响应、水生及相关物种的多样性和丰度等。

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再认识与再思考

(一)美国“拆坝运动”实质上反映的是水利工程生命周期规律,不宜做过度解读
从数据分析来看,美国拆坝总数不少,但放在近110年历史中,这些拆坝数量并不多,年均拆坝15~16座,拆坝数占现有水坝数量也极少。而且已拆除的水坝绝大多是坝高不足15米的小坝,且坝龄大多已超过50年。不论从拆除数量上还是坝体规模上,将美国拆坝行为称之为“拆坝运动”实际是名实不符的。
众所周知,虽然由于不同水坝的工作条件、设计标准和维修情况不同,不同水坝的生命周期具有一定的波动性,但可以肯定的是,使用年限越长,水坝受水流冲击而导致的破坏越严重,从而使水坝面临的风险增大,其经济效益和社会效益也会随之下降。美国拆除的许多水坝无论是从效益还是从生命周期来讲,都已经达到了拆除的条件。换言之,美国拆除的大部分水坝都是坝龄长、坝高坝长不大、安全性能较低的坝,拆坝是水坝生命走向消亡而采取人为终结其生命的一种选择。我国对一些年限较长、存在隐患的水坝进行除险加固,是另外一种延续水坝生命的举措。
从原因分析来看,美国已拆除的水坝有一半以上并未记录原因,属于零散的、一事一议的行为,不是国家或州政府意志下的集体行为,从这个角度来讲也不能称之为一项运动。当然,不可否认的是环境保护运动深化了人们对水坝负面影响的认识,促进了水坝生态改造(增加下泄流量、增设过鱼设施等),而拆除也属于水坝生态改造的重要选项之一。同时,经济与安全因素也很重要,既便是因生态因素拆除的水坝,也要考虑水坝运行的经济性和安全性,不应将拆坝原因过度归结于生态因素。
(二)长期拆坝实践催生了较为完备的水坝管理政策制度,但仍存在水坝管理薄弱、制度执行不力等问题
美国在长期拆坝过程中形成了一套较为完整的政策制度体系,如《水坝及水电设施退役指南》(1997年)、《水坝退役导则》(2006年)、《退役坝拆除的科学与决策》(2006年)等,涵盖了水坝自身安全、河流生态改善、文物保护等诸多领域和监测监控、评价评估、成本效益分析等诸多环节。归纳总结起来,主要体现了如下特点:一是系统全面地规范了水坝退役和拆除需要开展的评价内容,包括生态环境、经济、社会等诸多方面。二是明确了评价标准及下一阶段论证的内容,使评价工作有章可循。三是重视生态影响,要求不仅要给出定量的影响评价,还要视情况采取辅助措施或替代方案以减小对生态环境的不利影响。四是要求在水坝拆除过程中进行监测,并根据监测结果及时调整监测频率和必要的工程辅助措施。五是明确水坝退役拆除需要解决原有资产的处置问题。
但是,严密的政策制度并不能保证万无一失,美国也不例外。2020年5月密歇根州伊登维尔(1924年建成)和桑德福(1925年建成)两座水坝相继溃决,虽然特大洪水是造成溃坝的直接原因,但也暴露出水坝管理薄弱、制度执行不力的问题。早在1999年发现伊登维尔水坝泄洪能力不足问题起,联邦能源管理委员会发布了数不清的合规令,不厌其烦地提醒、要求水坝业主限时解决水坝泄洪能力不足问题,并按相关评估规范将伊登维尔水坝判定为高风险等潜在等级。但在近20年的时间内,监管机构“发文管理”,监管形同虚设;水坝业主“诊而不治”,缺乏社会责任感,一心只为发电;接管单位“接而不管、接而乱管”,不仅不设法提高水坝泄洪能力,反而要求业主汛前提高水位运行以满足地方保护游艇和码头、维护贻贝生存环境等要求。可以说,政策制度长期执行不力,最终才导致两座水坝溃决的惨剧,警示作用不容忽视。
(三)生态考量在水坝建设与管理中的地位与作用越来越突出
随着经济社会持续发展,社会公众的生态环境保护意识越来越强烈,参与程度越来越高,这在美国拆坝历程中体现较为突出。各种环境保护组织、环境保护运动如雨后春笋般出现,其中在水利领域集中体现于建坝与拆坝之间的论争。例如,美国艾尔瓦水坝、格莱恩斯峡谷水坝、格伦坝、蛇河四座坝等存废之争,引发了社会各界的广泛讨论和辩论,甚至推动政府举办了多场听证会。美国700座已知原因拆坝中,44%的主导因素是生态原因,其他已拆除水坝大多也考虑了生态影响,生态考量在水坝建设与管理中的地位与作用越来越突出。
理论方面,水科学研究越来越全面深入,特别是对水坝存废生态影响的认识水平不断提高,水坝建设、存废决策越来越客观、理性、科学。一方面,生态需水研究、生态调查评估、生态调度等一系列研究,使人们深入认识并尊重自然与生态规律,例如某些鱼类的生活特性和对水力条件的需求等;另一方面,人们不断反思人水关系,探索水利发展的新方向,对过去传统的重工程利益、轻环境保护的观念进行修正,越来越重视降低或消除水利工程负面影响,进而在水利工程规划设计、建设施工、运行管理以及工程改造、退役等过程中,开展定量化的研究,制定更有针对性的措施,当水坝不满足合理的生态环境标准或要求时,可考虑并实施水坝拆除等措施。
实践方面,建坝客观上会改变河流生态系统的栖息地分布、物种构成等,因此,有些情况下拆坝可能成为消除水坝对河流生态系统负面影响的最直接有效的方法。一百多年来,美国因生态保护修复要求而拆除了一批不同材料、类型、功能的水坝,一些国内外学者的研究成果表明,这些水坝拆除后,对河流水文情势、地形地貌、岸边带植物、鱼类和底栖动物存在短期和长期影响。虽然短期内拆坝使河流生态系统受到了强烈扰动,但长期而言,拆坝将使河流趋于回到天然状态,一定程度恢复了河流生态系统,大大改善了水生生物栖息地,对生态环境有积极影响。
(四)美国大坝安全管理相关经验可为我国水利工程强监管提供参考借鉴
截至2018年底,我国建有98822座水坝,是与美国比肩的水坝大国。我国超过70%的水坝是在20世纪70年代之前建造的,距今已有50年以上坝龄,很多已经出现不同程度的工况老化、功能减弱等问题,解决这些问题,美国大坝管理经验教训,包括拆坝的做法,可为我们提供参考。
一是认识美国拆坝本质,坚定中国特色水坝管理之路。美国已拆除的水坝,其原有功能大多已经被替代,变得可有可无或不经济,所以拆除是较为现实的选择。但是,我国仍处于社会主义初级阶段,现有水坝仍承担着防洪、供水、灌溉、发电等各种功能,不可能简单地一拆了之。而且,针对水坝的负面影响,我们也采取了积极的、有针对性的措施,如小水电退出、生态下泄设施改造、病险水库除险加固等,并建立了一套与之相匹配的政策制度体系,这些都是符合我国国情和水情的措施,我们要坚定地走下去。
二是建立健全水坝综合评价评估政策制度,强化水坝监管。我国目前主要侧重于水坝安全性评估,下一步可参考借鉴美国经验,建立覆盖生态环境、经济、社会等全方位的评价评估体系。水坝管理制度方面,美国水坝定期评价评估制度、发电许可制度、公众参与制度等比较有借鉴参考价值,可在完善《水库降等与报废管理办法(试行)》《水利部病险水库除险加固工作方案》等政策时,参考借鉴美国的有益经验。要吸取美国溃坝的教训,强化制度执行。立足我国水利改革发展的现实情况,继续做好我国水利工程建设与监管等工作。在工程建设方面,持续开展除险加固,保障工程安全。在工程监管方面,加强日常管理和风险管理,充分吸纳利益相关方的意见建议,重视舆论引导和宣传工作,降低工程的负面影响等。在行为监管方面,强化对水坝业主行为的要求与引导,通过行政法规或政策文件等方式,全面规范相关企业的活动,引导企业提高社会责任意识。
三是加快推进生态水利工程建设管理,不断消除水利工程的负面影响。在理念上,切实落实系统治理理念,推动山水林田湖草综合治理。在行动上,继续推进水生态保护修复,如长江上游水利工程联合调度改善四大家鱼栖息环境、黄河小浪底调水调沙等。在宣传教育上,主动回应公众关切,消除公众对于水利工程破坏生态环境的担忧。

来源:水利发展研究 2021.08

作者:杨研  李发鹏  常远  王建平


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