雅礱江錦屏河段水電工程引發的水生生態難題及關鍵措施體系建設

劉 杰，郎 建，龍靈滋

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

河流作為生物和營養元素的重要交流廊道，其連通性是保障河流水生生態系統連續性的必要條件。水電工程大壩的阻隔作用，是對天然河流水環境影響最劇烈、最廣泛的人為擾動事件之一［1］，而大壩阻隔對河流最直接的影響就是破壞其連續性和連通性。

雅礱江錦屏河段分布著錦屏一級和錦屏二級兩座大型水電站，兩個電站同期建設、同期投入運行，如此規模的河流擾動給錦屏河段乃至整個雅礱江下游河段的水生生態系統帶來了新的難題。因此，剖析錦屏工程所引發的水生生態難題，并構建合理、可行的措施體系是電站開發過程中的重點和難點所在。

1 概 況

1.1 錦屏河段概況

錦屏河段起始于錦屏一級水電站庫尾（卡拉水電站壩址處），終點為錦屏二級水電站廠房，總長度約196 km。錦屏河段分布著錦屏一級和錦屏二級兩座水電站，總裝機容量8 400 MW，是雅礱江下游開發的龍頭電站和控制性工程。錦屏一級大壩到錦屏二級閘壩之間僅7.5 km，兩座電站建成后聯合運行，被譽為雅礱江上的“雙子星座”姊妹電站。

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，壩址位于鹽源縣與木里縣交界的普斯羅溝（東經101°37′、北緯28°10′），工程建設占地和水庫淹沒涉及鹽源縣和木里縣。錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，閘址位于錦屏一級水電站壩址下游7.5 km的大河灣西端貓貓灘（屬木里縣和冕寧縣，東經101°38′、北緯28°15′），廠址位于雅礱江大河灣東端大水溝處（屬冕寧縣，東經101°47′、北緯28°08′）。

根據區位關系特征和工程特性，可將錦屏河段分為錦屏庫區段和錦屏大河灣段兩部分。錦屏庫區段是從錦屏一級水電站庫尾（卡拉水電站壩址處）至錦屏二級壩址之間長約67 km的河段，該河段包含了錦屏一級和錦屏二級水電站的庫區。錦屏大河灣段是從錦屏二級壩址至錦屏二級廠房之間約119 km的減水河段。錦屏大河灣段河流環繞錦屏山，形成一南北向長條形天然彎道。錦屏大河灣西端的棉沙溝至東端的大水溝直線距離約16.5 km，水面落差310m，若截彎引水平均每千米可獲得落差18.79 m，是落差最為集中的河段。錦屏河段地理位置如圖1所示。

圖1 錦屏河段位置示意

1.2 錦屏河段水生生態系統特征

錦屏河段處于青藏高原向四川盆地過渡地帶，為高山峽谷地貌，河床深切，落差大，水流湍急，灘潭交替。灘上水淺流急，底質由巨礫和卵石組成；潭內水深，水流稍緩，底質多變、復雜，主要為卵石和礫石。為適應急流和高氧的魚類及餌料生物提供了棲息和繁殖場所。部分河段中心多沙洲，兩岸多沙灘和磧壩。與河流生境相適應，水生生物表現出典型的山區河流特征，種類組成以流水性種類為主，浮游植物、著生藻類、浮游動物、底棲動物等水生生物多樣性、密度、生物量相對較低，水體生物生產力不高，河流的生態功能以匯源、輸移為主。

工程建設各階段均對工程河段的魚類資源情況和生活特性進行了較為詳細的調查。綜合文獻記載和歷次調查成果，錦屏河段共分布（可能分布）有魚類53種，分屬5目10科37屬，其中鯉形目34種，占魚類種數的61.2%；鲇形目16種，占魚類種數的30.2%；此外，鳉形目、合鰓魚目、鱸形目各1種。錦屏河段無國家Ⅰ、Ⅱ級保護魚類，青石爬鮡、松潘裸鯉、鱸鯉、細鱗裂腹魚、長絲裂腹魚、西昌高原鰍、裸體異鰾鰍鮀7種為四川省重點保護魚類。長薄鰍和黃石爬鮡被《中國動物紅皮書》記錄為易危種類。錦屏河段分布有長江上游特有魚類21種，分別為紅唇薄鰍、長薄鰍、西昌高原鰍、戴氏山鰍、中華金沙鰍、四川華吸鰍、長鰭吻鮈、圓口銅魚、裸體異鰾鰍鮀、鱸鯉、短須裂腹魚、細鱗裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、松潘裸鯉、齊口裂腹魚、擬緣、青石爬鮡、黃石爬鮡、中華鮡、前臀鮡。

2 工程引發的水生生態難題剖析

2.1 河流自然水文過程改變

河流的水文情勢是河流生物多樣性和生態完整性的主要驅動力，水文過程與河流的物理、化學和生物過程都密切相關，可以視其為河流生態系統的一個“主變量”［2-3］。錦屏一級水電站為典型的年調節水庫，水庫運行導致河流洪峰過程坦化，低流量大小增加，年水文過程趨向均一化，洪水脈沖、高流量和低流量的發生時間、持續時間、頻率和變化率均發生相應變化，這些改變會從上到下影響到錦屏庫區段和錦屏大河灣段水文情勢，打破原有河流水生生態系統的穩定。

2.1.1 錦屏庫區段

錦屏一級水庫蓄水后水體流速將明顯減緩，使庫區河段水域環境從急流河道型轉為緩流型，并在庫區不同區域呈現出不同的水文特性，具體表現為：壩前水域過水斷面面積較大，水深較大，水體流速平緩，呈現出湖泊水動力學特征；水庫中間水域具有一定的流速，屬于過渡段；水庫庫尾區域水體流速較大，水深較淺，接近原天然河流狀態，仍具有河流水文水動力學特征。另外，在錦屏一級水庫年最大水位變幅達80 m，且庫區水位可能會出現反季節上漲和消落期迅速下降等非自然的變化，顯著改變了庫區河段的水文節律。錦屏二級庫區呈現了同樣的改變，但影響程度遠小于錦屏一級。

2.1.2 錦屏大河灣段

錦屏大河灣段119 km減水河段水文情勢主要受錦屏二級運行調度影響，而生態流量下泄過程與天然水文節律基本一致（自運行以來下泄量為48～3 368m3/s），再加上區間徑流補充，減水河段依然表現為中型河流特征，河段水流特性依然呈現多樣化。但錦屏二級運行后大部分時段減水河段流量較運行前出現了明顯下降，減水河段生境發生了一定程度的變化。

2.2 河流水溫改變

錦屏一級水庫具有庫大、庫深、庫短的顯著特征?！皫齑蟆笔侵杆畮鞄烊荽?，據統計，錦屏一級水庫正常常蓄水位1 880 m時，水庫總庫容約77.65億m3，約為原河槽水體的152倍；“庫深”意為庫區水體垂向深度大，庫區水位1 880 m時壩前水深可接近300 m，庫區平均水深超100 m；“庫短”即指水庫庫區回水長度短，在錦屏一級水庫庫容如此規模的情況下，1 880 m庫水位時，雅礱江干流回水長度僅為59.2 km，這主要是因為干流河道坡降較大，平均達4.22‰。同時，錦屏一級水電站還表現出了支庫規模大的特點，其中小金河支庫占比達50.1%。錦屏一級水庫的水體形態特征將引發水溫改變的問題，針對水庫引發的工程河段水溫影響，需開展水溫數值模擬和原型觀測等一系列工作，并根據影響設計水溫減緩措施，并分析措施的效果。

2.3 河流棲息地功能受損

魚類棲息地的空間形式為河床和河流水體。長期以來，自然的河流水文豐、枯節律變化，有緩流也有激流，泥沙沖淤平衡，河床底質較為穩定，其中的魚類與之相適應，形成了特定的繁殖習性。水電站建設與運行不可避免地導致魚類生境變化，當生境變化超出了魚類適宜的范圍，將對魚類產生不利影響。

當錦屏一級水電站建成運行后，原來河流蜿蜒曲折的形態在庫區中消失，干流、支流、河灣、沼澤、急流、淺灘等豐富多樣的生境被單一的水庫生境所替代，生境的異質性大幅降低，水域生態系統的結構與功能隨之發生變化，生物群落多樣性也隨之降低。另外，水電站建設對河流水文情勢和水溫造成嚴重影響，若不采取減緩措施，將對部分魚類的生存環境造成不利影響，魚類難以找到適宜生存的棲息場所。多重因素疊加影響，致使水電站工程河段的棲息地的異質性降低，河流給魚類提供棲息地的功能遭受影響，魚類生存環境惡化。

3 水生生態保護目標

基于工程河段保護對象的需求分析，提出錦屏河段水生生態系統的總體保護目標是保障錦屏大河灣水生生態系統的健康，維持河流水生生態系統結構及功能。根據河流水生生態系統特點，將總體保護目標分為水生生境保護和水生生物保護。

水生生境保護要素主要包括水溫、水量、水質、底質和棲息地等，采取相應措施達到如下的保護效果和目標：①保護錦屏大河灣棲息地，使保護河流生境的自然屬性和狀況得到恢復和維持，魚類三場得到恢復和維持，功能質量有所提高，河流廊道的連通性得到修復和保持；②對水電站運行后的下泄流量進行生態調控，保證下游生態用水，盡量避免電站運行時水文過程對錦屏大河灣乃至雅礱江下游水生生態系統造成嚴重影響；③有效減緩庫區水溫分層造成的低溫水下泄問題，營造適宜錦屏大河灣乃至雅礱江下游的水生生物生存繁衍的水溫條件。

在水生生境保護的基礎上，進一步開展錦屏大河灣及其下游區域的水生生物保護。魚類是重要的水生生物資源，是大多數情況下的漁獲對象。同時，作為河流水生生態系統中的頂級群落，魚類對其他類群的存在和豐度有著重要作用，對河流生態系統具有特殊作用。加之魚類對生存空間最為敏感，故將魚類作為水生生態系統的重點保護目標。魚類保護主要維持魚類物種多樣性水平以及維持種群規模，避免數量減少，甚至滅絕。錦屏工程根據實際情況，堅持統籌兼顧、突出重點的原則，考慮物種的保護價值、受工程影響程度、地理分布以及在本江段的數量、分布等因素，確定錦屏河段的魚類保護對象，包括長絲裂腹魚、短須裂腹魚、細鱗裂腹魚、四川裂腹魚、松潘裸鯉、鱸鯉、長薄鰍、裸體異鰾鰍鮀、圓口銅魚、西昌高原鰍、青石爬鮡、黃石爬鮡和中華鮡。

4 關鍵措施體系

從工程建設帶來的水生生態難題入手，梳理出錦屏河段的水生生態保護關鍵措施框架（見圖2）。

圖2 錦屏河段水生生態保護措施體系

（1）錦屏大河灣棲息地保護，爭取寶貴流水生境。棲息地保護是保護魚類自然資源最有效的措施，主要是通過保護一定范圍的、適宜的、可以保證魚類完成完整生活史的河流生境，達到有效保護魚類和維持河流生態系統健康的目的。面對錦屏工程造成的河流棲息地功能受損的問題，有必要為大多數土著魚類保留或營造一定規模的適宜生境，既有成魚適宜的生存活動場所，也有適宜的繁殖場所和幼魚索餌場所，從而維持魚類自然繁衍和種群資源穩定性。雅礱江下游的水電開發程度較高，保留河段非常少，尋找具有流水環境的河段為土著魚類提供棲息地顯得非常困難。錦屏二級大河灣減水河段長約119 km，在采取生態流量泄放措施前提下，加上區間徑流補充，可達到山區中等河流的規模，可為適應于流水環境的土著魚類提供棲息地，具有重要的保護價值。

錦屏工程棲息地保護研究思路如下：①首先開展了魚類資源調查、生境現狀調查和生境適宜性評價，診斷河流主要生態環境問題和水生生物種群制約因素，明確棲息地保護需求及保護目標，經綜合比選論證確定需要保護的魚類棲息地范圍；②制定棲息地保護規劃，規劃設計中明確保護范圍、保護與建設目標、保護途徑、監測評估、動態管理等方面的內容和計劃；③按照規劃方案對各項棲息地保護措施進行設計、建設、運行，并在所有規劃措施有效落實后，對棲息地的保護效果開展跟蹤監測評估和動態管理。

（2）高壩深庫的分層取水舉措，為下游水生生物保駕護航。水庫下泄水溫對水生生態系統穩定尤其是魚類資源保護意義重大。因此，針對水溫分層明顯的錦屏一級水電站需開展分層取水設計。對于高壩、深庫、大流量、場地狹小的錦屏一級水電站而言，開展分層取水設計難度巨大。首先，錦屏一級進水塔體規模大、單孔取水流量大，其進水塔規模及進水口引用流量規模明顯大于前期及同期水電站，導致電站進水口水力學問題復雜，設計對進水口結構穩定性要求更高。其次，錦屏一級最大壩高305 m，壩前水深接近300 m，這種巨型深水庫的水溫分布規律，國內暫無工程可類比，目前僅能通過數學模型進行模擬預測，為消除或減小水庫建成后水溫實際分布結構與預測的差異影響，分層取水措施應最大限度確保實用性和靈活性。第三，錦屏一級水電站是雅礱江下游河段的“龍頭電站”，其蓄水儲能作用大，水庫正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，運行消落深度達80 m，電站單層取水時進水口底板高1 779 m，正常蓄水位時取水深度達101 m，在消落幅度如此大的條件下，分層取水措施要做到保證岸塔式進水口在不同庫區運行水位下均能取到上層水，設計難度較大。

錦屏一級水電站分層取水疊梁門措施是在國內高壩大庫中首次應用。為了全面系統分析庫區及下泄水溫分布，順利推進分層取水疊梁門工程設計工作，通過類比二灘水電站進行水溫觀測分析，解決了大型深水庫巨大的計算區域和極大的縱深比給數值計算帶來的穩定性、收斂性問題，建立了模擬精度高、工程實用性好的立面二維、主庫和支庫耦合的水溫預測模型?；谒疁仡A測結果，錦屏一級水電站開展了三節疊梁門分層取水方案設計和工程建設，措施運行后效果良好，其中疊梁門運行期下泄水溫可提升0.5～1.6℃，較原單層進水口方案更趨近于天然河道水溫過程，更有利于維持下游河道的原有水生生態環境。

在錦屏一級水電站取得的分層取水創新經驗適用于水利水電工程的各種分層取水建筑物，降低了工程對場地的要求，解決了高壩、深庫、大流量、場地狹小水電站的分層取水問題，具有布置簡單、運行靈活方便、可靠性較好，且投資省、對樞紐布置影響小、對電站動能指標影響小等優點，并在溪洛渡、雙江口、兩河口等大中型水電站中推廣使用。

（3）國內最大魚類增殖放流站，是魚類資源保護的強力后盾。對錦屏大河灣的減水河段進行棲息地保護和修復工作，可以一定程度上保障魚類生境，但仍難以達到整體保護魚類資源的目的。因此，開展魚類增殖放流工作對錦屏一級水電站和雅礱江下游的魚類資源保護工作意義重大。

鑒于錦屏一級、錦屏二級及官地三個水電站影響魚類的種類基本相同，為方便管理，同時從流域角度系統解決魚類資源保護的問題，開創性地采用多電站聯合修建魚類增殖放流站的模式，修建了國內最大的魚類增殖放流站——錦屏·官地水電站魚類增殖放流站。雅礱江錦屏·官地水電站魚類增殖放流站具有放流規模大、服務范圍廣、放流對象多的特點。工程的近期放流規模便達到了150萬尾/a，服務范圍包括錦屏一級水電站庫區、錦屏二級水電站庫區、官地水電站庫區以及庫區天然支流河段臥落河、理塘河、九龍河和小金河。根據服務區域的魚類資源分布特點，雅礱江錦屏·官地水電站魚類增殖放流站將長絲裂腹魚、短須裂腹魚、細鱗裂腹魚、四川裂腹魚、鱸鯉和長薄鰍、裸體異鰾鰍鮀、圓口銅魚、西昌高原鰍、松潘裸鯉、中華鮡和青石爬鮡等作為人工增殖放流對象。

雅礱江錦屏·官地水電站魚類增殖放流站是國內規模最大的增殖放流站，也是國內最早設計和建設的魚類增殖放流站之一，工程設計時無規程規范可依，也無工程案例可借鑒。工程結合區域氣候特點和水源等條件，解決了在高山峽谷地區蠕變體山坡上修建魚類增殖放流站的工程技術難題，并開創了多電站聯合修建魚類增殖放流站的建設模式，便于流域魚類增殖放流統一管理，對區域同類工程的設計、建設及運行具有較強指導意義和推廣價值。

（4）梯級電站聯合生態調度，給河流注入生態活力。生態調度作為一種主要的河流生態修復措施，是對傳統水庫調度方式的發展與完善，主要著眼于解決當前突出存在的水生態環境問題，將生態因素納入到現行的水庫調度中，盡可能在保證水庫防洪興利和發電效益的條件下，減緩水庫運行的生態影響。與工程措施相比，水庫生態調度措施具有實施費用低、對下游河流生態修復的作用范圍大、生態修復效果明顯等特點。

雅礱江下游保留河段為桐子林壩下15 km流水江段，減水河段為錦屏大河灣119 km河段。雅礱江中下游河段控制性水庫有兩河口、錦屏一級和二灘3個高壩大庫，水庫形成后，改變河流徑流的年內分配，造成豐水期水量減少和枯水期水量增加的水文情勢變化，其余的梯級電站均為日調節運行，在日內形成不穩定流影響。從開發格局來看，錦屏一級水電站是雅礱江干流下游河段的控制性工程，對雅礱江下游生態水文過程的作用范圍很大，工程建設者早在電站勘測設計階段，就開始思考如何通過電站調度來更好地解決雅礱江下游水生生態保護相關問題，并隨著電站建設進度持續推進，在工程下泄生態流量和水溫調度方案論證及措施設計方面不斷深入研究下，結合相關管理要求及雅礱江下游水電開發格局，嘗試將水生生態對水文情勢、水溫的需求融入雅礱江梯級電站聯合運行調度之中，在維護雅礱江下游生態水文過程方面取得了一系列開創性成果，逐漸把最初的思考付諸實踐。通過雅礱江下游梯級電站聯合運行生態調度研究和水文過程維護措施，為雅礱江下游梯級電站制定了較優的生態調度方案，在一定程度上實現了水電開發和生態保護相互協調的目的。

5 結束語

（1）本文剖析了錦屏一級、錦屏二級水電站對錦屏河段乃至整個雅礱江下游河段帶來的水生生態難題，并結合保護對象的受脅狀況和生態需求，針對性提出了水生生態保護目標。

（2）結合現行的保護方法和手段，系統構建了錦屏工程的水生生態保護措施體系，并總結了棲息地保護、分層取水、魚類增殖放流和梯級電站聯合生態調度四大關鍵舉措，為同類型水電工程開發的水生生態保護工作提供借鑒。

（3）隨著大批水電站的建成投運，我國即將進入后水電發展時代，電站和水庫的調度運行與魚類保護關系更為緊密。在后水電時代，江河脈動之中融入了人工調節的因素，水電工程水生生態保護工作應該更加關注多梯級疊加的持續性、累積性影響研究，統籌開展科學調度和管理，系統實施修復治理工作。