[科普中国]-水电梯级开发

简介

为应对全球气候变化，我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。同时决定通过大力发展可再生能源、积极推进核电建设等行动，到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。水电是最有效、最成熟和最有代表性的可再生清洁能源，在全球能源供应中占有重要地位。多利用1kW·h水电，可少燃烧约0.5kg 的煤炭、减少0.8kg 的CO2排放；多1m3的水库库容，就会多1m3的防洪库容或多1m3的枯水期供水能力。

因此，水电梯级开发不但可以充分利用水力资源，还直接关系到国家节能减排目标的实现和能源可持续发展战略。对水电发展的环境影响的分析与评价存在一些偏颇，并已直接影响到政府的决策。基于生态系统健康的生态承载力理念，以怒江中下游水电梯级开发为例，建立科学的评价指标体系，应用投影寻踪技术建立区域生态承载力的评价模型，初步对怒江水电梯级开发对怒江州区域生态承载力的影响进行分析，通过分析评价，探讨水电效益最大化与环境影响最小化之间的最佳平衡点，为水电这一可再生能源的发展提供理论和实践依据。科学地评价水电发展对区域生态承载能力的影响是水电开发决策和设计的前提。由于生态系统健康和生态可承载能力评价的复杂性，对其评价方法的研究显得格外重要1。

河流梯级电站的原则河流梯级电站的原则是：

（1）在地形、地质、和淹没条件限制等条件许可时，尽可能使各枢纽首尾衔接，以充分利用落差；

（2）不允许淹没的河段，尽可能采用低坝河床或引水式开发；

（3）最上游一般要有较大的水库，以提高其调节控制性能；

（4）优先建设比较关键且开发条件较优的工程。

河流中上游有修较大水库的条件时，最好首先建设，这样对下游工程的施工和运行管理有利。

基于生态系统健康的生态承载力基于生态系统健康的生态承载能力(Ecological Carrying Capacity，ECC)以自然生态系统为研究对象，即在一定社会经济条件下，自然生态系统维持其服务功能和自身健康的潜在能力，由3部分组成：

(1)资源环境承载力( resources and environ-mental carrying capacity)；

(2) 自然生态系统的恢复力( 弹性力) ( resilience)；

(3)人类支持能力，即与承载能力有关的人类影响因子，如资源、能源利用率的提高作用于承载体，所带来的自然生态系统承载能力( human potential)。

人类支持能力从管理和建设水平、技术进步水平和社会经济进步3个方面展开，侧重人类对资源利用、污染排放控制、污染治理以及生态建设的支持。这些能力的提高，既能降低污染物排放、提高资源供给能力，也能提高相同环境纳污和资源供给状态下的人类活动总量。

一定的生态承载力水平对应一定的生态系统健康等级。人类活动的双重性对健康状态下生态承载力的作用集中体现在对健康临界点的影响上，人类经济活动对生态系统的压力将导致健康临界点的下降使原有相同生态承载力水平对应的生态系统健康等级下降，直至降为零。相反，人类活动对生态系统的改善作用和系统间的交流能使健康临界点上移，生态系统的发展及其健康状态更加合理化，健康区域扩大，使原有相同生态承载力水平对应的生态系统健康等级上升2。

建立评价指标体系进行综合评价，首先要确定评价的指标体系，指标选择的好坏，对分析对象常有举足轻重的作用。生态承载力水平与生态系统健康状态息息相关，基于生态系统健康的生态承载力的理念，以怒江州生态环境现状为研究对象，选取的生态承载力评价指标来自流域生态系统健康指标，并着重考虑了水电开发在节能减排、应对全球气候变化的贡献，增加每年减少排放CO2、CO、SO2、NOx量和减少产生粉煤灰量等指标作为环境资源承载力考核内容。

水电梯级开发对怒江州生态承载力的影响分析根据构造类间距离、类内密度和投影指标函数。在满足约束条件下，优化求解，采用遗传算法将优化得到的最佳投影方向。

(1) 环境资源承载力随着开发的进展而变化，环境资源承载力在第一阶段增加缓慢，第二阶段和第三阶段增加较快，主要贡献是饮用水安全保证率、城镇供水保证率、灌溉用水保证率、人均清洁能源占有率、节约标煤率、每年减少排放CO2量、每年减少排放CO 量、每年减少排放SO2量、每年减少排放NOx量和每年减少排放粉煤灰量。特别是水电开发对应对气候变化的贡献，符合清洁能源发展机制(CDM) ，获得经过核准的减排量(CERs) ，并通过出售CERs信用额度获得额外收益，从而提高项目的经济效益、增强项目的财务和经济竞争力。

(2) 生态弹性力在开始阶段下降，主要原因是由于水库的修建使水生生物多样性指数下降、水温分层、土著水生动物存活状况变差，森林覆盖率下降;随开发的进行，生态弹性力缓慢增加，特别在开发的第三阶段增幅较大，原因是生态群落结构在新的条件下达到了新的平衡，通过水库分层取水、增加库区植被的维护、提高枯水期下游水量、增加生态旅游和提高人群的健康水平等一系列措施，可以提高生态弹性力。

(3) 人类支持能力不断增加。原因是水电开发带来的经济效益，使污水处理率、城市垃圾无害化处理率、环境治理指数、生态保护指数方面的投入增加，在第三阶段人类支持能力甚至超过了环境资源承载力和生态弹性力对生态承载力的贡献。可见依靠技术进步和经济发展，人类生态环境保护的潜力可以不断发挥。

(4) 生态承载力在开发的三个阶段持续增加，说明水电开发的长处大于短处2。

调控措施建议针对第一、二阶段生态弹性力下降，根据木桶效应，可以通过分力间联合调控和分力内部调控。具体调控建议：

(1) 通过提高森林的覆盖率，降低水土流失面积，增加枯水期下游水量，不断提高生态旅游率和人群的健康水平来增加生态弹性力。

(2) 通过一定的工程措施，如施迹工地恢复、渣场边坡综合治理、废水处理、坝肩边坡治理等，提高水电工程的环境友好程度。

(3) 把水电开发的负面影响通过人类支持力的提高，进行弥补。在建设前或期间，对污染源进行治理，把大多数不利的影响减小到最低程度。

(4) 根据电站每年核准的温室气体减排量，通过清洁能源发展机制(CDM) ，得到新的资金源，用于水电开发的可持续发展。

(5) 尽快理顺电价，实现国家早已提出的同网同质同价。全国水电平均上网电价与燃煤火电相比约少0.1元/ kW·h，实为不合理，按2007年全国水电发电量和燃煤火电平均上网电价计，水电可增加收入470亿元，对全国总的平均电价影响仅为0.014元/ kW·h。水电增加的收入可以有效地用于进一步做好移民安置、环境保护和促进所在地的经济社会发展。

总结(1) 基于生态系统健康的生态承载力由资源环境承载力、生态系统弹性力和作为调控因子的人类潜力三者的合力构成，可衡量一定社会经济条件下，自然生态系统维持其服务功能和自身健康的潜在能力。该概念将生态承载力与生态系统健康状态有机联系起来，体现了生态承载力的可调控性。

(2) 建立的基于生态系统健康的生态承载力评价指标体系，指标的获取方法相对简便，具有可操作性；投影寻踪评价模型不仅可以对区域生态承载力进行综合评价，同时可把最佳投影方向作为生态承载力相应评价指标的权重。

(3)研究表明，除对初级阶段的生态弹性力为负面影响外，水电梯级开发规划实施的不同阶段对怒江州区域生态承载能力均为正面影响。梯级开发规划全面实施后，通过生态承载力的调控，将使怒江州的生态承载力综合特征值上升约8. 6%。

(4) 应对气候变化是当前全球最大的环境问题。水电开发过程中面临的移民、环保等问题可以通过工程技术的进步和政策法规的完善予以解决。要在高度重视、妥善解决移民、环保等问题的基础上，加速水电开发建设3。