水电开发利用金沙江自然河段的分析与建议
《水力发电》杂志 2022年1期 作者：崔 磊，顾洪宾，高 繁
(水电水利规划设计总院，北京 100120)
0 引 言
河流是指由一定区域内地表水和地下水补给，经常或间歇地沿着狭长凹地流动的水流，是地球上水文循环的重要路径[1]。水电开发会对水电工程所在河段的天然河流形态产生影响，水电工程的坝上部分区域将自然河段直接淹没成湖泊水库型环境，使水流、泥沙被截留，包括水库上端回水变动区的河流形态也发生改变；坝下区域，水电站的建成运行一定程度改变了下游河段的水文情势和水沙条件，引水式电站的坝下至机组尾水之间还会出现减脱水河段。现阶段各河流在开发水电的同时，均在研究通过采取下泄生态流量、设置水温减缓设施等生态保护措施减少对自然河段的影响，部分河流还通过梯级联合生态调度使得水电工程坝下保留的自然河段水文节律趋同于天然河流。水电建设对天然河流的坝上河段、坝下河段均有影响，主要方面还是坝上区域形成人工水库造成的河流湖库化影响。
我国河流水电开发自21世纪进入快速发展期，全国13大水电基地的大中型水电工程与众多小水电项目展开了集中开发建设。长江流域拥有金沙江、长江上游、雅砻江、大渡河和乌江等5个水电基地，技术可开发总量超过1.6亿kW，占十三大水电基地的55%，其中金沙江是我国最重要的水电基地，技术可开发量超过1亿kW；伴随着水电事业的发展，长江流域水电环境保护工作也在同步全面、快速发展，环境保护技术体系逐渐完善[2-3]。
近20年，水电开发与生态环境的关系已由建设过程中考虑环保措施转变为坚持“生态优先”，规划设计过程中同步考虑生态环境保护要求，主动避让自然保护区为主的自然保护地[4]。党的十八大提出“生态文明建设”理念后，我国水电开发愈加重视生态环境保护工作，尤其在全面落实总书记对长江大保护的要求和“6.29乌东德首批机组发电”对金沙江“坚持生态优先、绿色发展，科学有序推进金沙江水能资源开发”的有关指示精神后，生态环境保护已成为金沙江水电开发的先决条件。环境影响评价工作现已全面系统介入金沙江水电规划工作，金沙江上游规划环境影响报告书的审查意见正式提出了暂不实施部分水能资源规划项目、保留自然河段的概念后，国内后续河流水电规划均延续了保留自然河段的要求。2021年3月《长江保护法》正式实施，金沙江自然河段的保留、保护和修复工作更是提上了日程。
1 金沙江及水电规划开发概况
1.1 金沙江概况
金沙江为长江上游河段，发源于青藏高原唐古拉山脉主峰各拉丹东雪山西南侧，流经青、藏、川、滇四省(区)至四川宜宾与岷江汇合后始称长江。金沙江上游河段为巴塘河口 (玉树)至石鼓段，河段长772 km，河道平均比降0.176%；金沙江中游河段为石鼓至雅砻江口段，河段长786 km，平均比降0.14%；金沙江下游河段为攀枝花至宜宾段，河段长768 km，平均比降0.094%。从巴塘河口至宜宾，金沙江全长2 326 km。
1.2 水电规划概况
金沙江流域自然条件优越，蕴藏着极为丰富的水能资源。金沙江上游水电规划西绒、晒拉、果通、岗托、岩比、波罗、叶巴滩、拉哇、巴塘、苏洼龙、昌波、旭龙、奔子栏13级水电站。金沙江中游水电规划龙盘、两家人、梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、金沙、银江10级水电站。金沙江下游水电规划乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4级水电站。
1.3 已蓄水电站简况
金沙江上游13级水电梯级中，苏洼龙水电站已蓄水；金沙江中游10级水电梯级中，梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、金沙7个水电站均已蓄水；金沙江下游4级水电梯级均已蓄水。金沙江已经蓄水的水电站工程基本参数及利用自然河段长度分析见表1。
表1 金沙江已蓄水电站工程基本参数及利用自然河段长度分析
2 金沙江已蓄水电站利用自然河段分析
金沙江已蓄水电站12级，其中有上游苏洼龙水电站，中游梨园、观音岩等7级水电站，下游4乌东德、白鹤滩等4级水电站。以下对金沙江上、中、下游和全河段已蓄水电站利用自然河段的情况进行分析。
2.1 金沙江各河段已蓄水电站利用自然河段分析
金沙江上游已经蓄水的苏洼龙电站利用自然河段长度52.6 km，占上游河段长度比例为6.8%；现阶段保留自然河段长度719.4 km，占上游河段长度比例为93.2%。
金沙江中游已经蓄水的七个电站利用自然河段长度498.3 km，占中游河段长度比例为63.4%；现阶段保留自然河段长度287.7 km，占中游河段长度比例为36.6%。
金沙江下游已经蓄水的4个电站利用自然河段长度744.3 km，占下游河段长度比例为96.9%；现阶段保留自然河段长度23.7 km，占下游河段长度比例为3.1%。
金沙江各段已蓄水电站利用自然河段长度与比例分析具体见图1。
图1 金沙江各段已蓄水电站利用自然河段长度
由图1可知，自金沙江上游、中游至下游，水电开发程度逐段增强，已蓄水电站利用的自然河段长度比例上游最少、中游居中、下游最大，保留的自然河段长度依次减少。现阶段金沙江上游超过九成仍为自然河段，中游接近四成为自然河段，而下游九成以上自然河段已经被利用。
2.2 总体分析
金沙江已蓄水电站利用自然河段总长度1 295.2 km，占金沙江规划河段长度比例为56%，这与长江流域雅砻江、大渡河和乌江水电基地已形成的梯级开发首尾相连、较少保留自然河段相比，金沙江现阶段保留自然河段超过1 000 km，总体利用自然河段的比例适中。已蓄水电站主要集中在金沙江中下游段，即从金沙江中游第三个规划梯级梨园水电站到金沙江下游最后一级向家坝水电站区间，11级规划水电站中仅银江水电站处于建设过程中，其他全部蓄水发电，且多数电站首尾相连，保留的自然河段较少。
金沙江已蓄水电站总体利用自然河段长度与比例，具体见图2。
图2 金沙江已蓄水电站总体利用自然河段长度(km)与比例(%)
3 金沙江规划水电站利用自然河段分析
金沙江上游规划中布置规划资源方案13级。其中，规划实施方案8级，西绒、晒拉、果通、岩比、奔子栏5级水电站暂不列入本轮规划的实施方案；因此，本文仅对列入本轮规划实施方案的8级电站利用自然河段进行分析；规划实施方案中苏洼龙电站已经蓄水，叶巴滩、拉哇、巴塘三级水电站正在建设，岗托、波罗、昌波、旭龙四级水电站正开展前期工作。金沙江中游共10级规划方案，其中7级已经蓄水，银江正在建设，龙盘、两家人两级水电站正开展前期工作。金沙江下游四级水电站已经全部蓄水。
综上所述，金沙江河段第12级水电站已蓄水，第4级水电站在建，第6级水电站正开展前期工作，以下对金沙江22级规划电站(不包括金沙江上游不列入本轮规划的5个梯级)全部蓄水后，上、中、下游和全河段水电开发利用自然河段的情况进行全面分析。
3.1 金沙江各河段规划水电站利用自然河段分析
金沙江上游8级规划实施电站全部蓄水后，共利用自然河段长度465.6 km，占金沙江上游河段长度比例为60.3%；保留自然河段长度306.4 km，占金沙江上游河段长度比例为39.7%。
金沙江中游10级规划电站全部蓄水后，共利用自然河段长度786 km，占金沙江中游河道长度比例100%，不再保留自然河段。
金沙江下游四个电站利用自然河段长度、保留自然河段长度分别为744.3、23.7 km。
金沙江各河段规划水电利用自然河段长度与比例分析具体见图3。
图3 金沙江各河段规划水电站利用自然河段长度
由图3分析可知，自金沙江上游、中游至下游，规划水电全部蓄水后，电站利用的自然河段长度比例上游最少、中游最大、下游居中，金沙江中游水电开发程度超过下游，中下游自然河段基本全部利用，金沙江上游仍保留约四成的自然河段。
3.2 总体分析
金沙江规划水电全部蓄水后利用自然河段总长度1 996.6 km，占金沙江河段长度比例为85.8%；保留自然河段总长度329.4 km，占金沙江河段长度比例为14.2%。这一数据表明，金沙江规划水电全部实施后，总体利用自然河段的比例将与国内其他已总体完成水电开发的水电基地所在河流情况类似。
金沙江规划水电站总体利用自然河段长度与比例分析，具体见图4。
图4 金沙江规划水电站总体利用自然河段长度(km)与比例(%)
4 金沙江水电开发利用自然河段演变发展及趋势分析
20世纪末随着长江干流三峡、葛洲坝等工程的开工建设，金沙江的规划开发也被提上日程，20世纪末、21世纪初，国家先后批复了《长江流域综合规划》《金沙江中游水电规划》和《金沙江上游水电规划》，金沙江水电开发依法依规展开。
2001年，金沙江上尚无水电工程建设、蓄水；10年后的2011年仅金安桥水电站蓄水，利用自然河段100.1 km；2021年已经有12级水电站建成蓄水，利用自然河段长度达到1 295.2 km；下阶段随着国家“碳达峰、碳中和”战略的实施，金沙江本轮水电规划全部按计划建成蓄水后，利用自然河段长度将达到1 996.6 km，金沙江中游和下游自然河段将基本全部利用。
金沙江水电开发利用自然河段演变发展及趋势，具体见图5。
5 减缓措施分析
5.1 规划阶段减少利用自然河段
我国河流水电规划过程中一贯重视水电开发对天然河流的影响，规划过程中考虑避让河流重要敏感对象，如主动避让鱼类自然保护区、水产种质资源保护区、重要鱼类栖息地等敏感河段。尤其我国规划环境影响评价制度正式推行后，将规划环境影响报告书审查意见作为水电规划审批的重要组成部分，水电规划阶段开始从环境保护角度优化水电方案。金沙江上游水电规划环评审查将规划拟定的13级资源规划方案，分类提出实施方案和不列入本轮实施规划的资源方案，使得水电开发河段长度占规划河段长度的比例由89.8%下降为62.6%，自然河段的保留率由10.2%提高到了37.4%，这是国内首次在水电规划中引入了保留自然河段的概念。这与金沙江中游不再保留自然河段、金沙江下游保留3%的自然河段的河段水电规划相比，充分体现了新时代背景下“生态优先”理念落到了实处。
5.2 项目阶段继续增加自然河段保留长度
金沙江上游水电规划实施过程中，不再以发电指标、经济效益作为第一衡量要素[5]，而是对水电项目所在河流进行详尽的现场生态环境调查，从生态环境角度优化主体工程开发布局，继续减少水电开发对自然河段的利用和影响。较金沙江上游水电规划，项目核准论证阶段利用的自然河段长度进一步缩减，8个规划实施方案全部开发后，自然河段的保留率由37.4%提高到了39.7%。这一优化过程，充分体现了金沙江上游水电开发坚决贯彻落实总书记对金沙江“坚持生态优先、绿色发展，科学有序推进金沙江水能资源开发”的指示精神，在流域水电开发层面，首次做到了水电项目开发阶段继续优化主体工程设计，按照生态环境要求增加自然河段的保留长度。
5.3 运行阶段开展梯级生态调度
金沙江中、下游梯级水电多数项目已经蓄水发电，为尽可能保持金沙江保留下来的自然河段生态功能和特性，现已经采取了生态调度措施。尤其金沙江下游水电的梯级生态调度，对梯级水电站的运行方式进行了一定调整，在充分考虑梯级电站紧密水力联系和电力联系的前提下，对梯级各水电站进行联合优化运行，合理分配个梯级电站的发电负荷，通过各水库的调节性能综合利用，使得电站在满足发电、灌溉、防洪、供水、航运等综合利用要求的同时，减少对生态环境的影响，尽可能保护了河流特有、珍稀、濒危物种不受破坏，维持了河流生态系统稳定性，有效保护了河流的生态环境，实现水电开发、综合利用效益、保留自然河段功能等多方面效益的最优化。金沙江采取的生态调度按照时间尺度划分为长期生态调度和短期生态调度，长期生态调度是指为维持河流的生态系统结构、功能而必须长期满足要求的调度，短期生态调度指在短期内为了满足某一生态目标而采取的调度方案[6]。
6 思考与建议
6.1 保留自然河段应作为后续水电开发的重要考虑因素
金沙江后续水电项目核准开发前，应加强对剩余自然河段的影响分析，尤其重点关注水生栖息地、重要湿地、河口汇流区域等生态功能区。要确保在做好生态保护的前提下，有序开发金沙江后续水电项目，做到金沙江水电开发高质量发展的同时尽可能系统保留、保护自然河段，发挥金沙江保留自然河段的生态功能和生态效益。
6.2 水库回水变动区的合理利用应提上研究日程
水库回水变动区指的是水电水库死水位至正常蓄水位之间的河段。金沙江多数水电梯级，每年的大部分时间水库水位均在死水位与正常蓄水位之间波动，可考虑研究通过水库水位部分时段的合理降低，使得回水变动区在一定时间内恢复天然河段功能，发挥更大的生态效益。
6.3 支流自然河段保护应与干流保护同步加强
金沙江中、下游水电规划实施已20余年，干流河段基本完成了水电开发，自梨园水电站到向家坝水电站总体上梯级首尾相连，干流自然河段的保护空间不大，这时有必要重点梳理水生生境相似的支流开发状况，尽可能保护支流的自然河段，必要时可采取生态修复等手段，恢复部分支流的生态系统功能[7]。金沙江上游水电正在开发过程中，有必要吸取中下游水电开发的经验，在做好干流开发与保护的同时，将主动保留、保护金沙江上游支流的自然河段与干流水电开发一并统筹安排。
6.4 梯级生态调度和试验应在金沙江上、中、下游统筹安排
从金沙江流域角度分析，有必要在已有的金沙江下游生态调度研究基础上，统筹开展金沙江上、中、下游全部水电梯级的生态调度研究，系统分析金沙江全流域的生态需求，提出更加科学、合理的梯级生态调度方案。同时，在金沙江上、中、下游全部梯级生态调度研究的基础上，需尽快开展流域尺度的生态调度试验，通过跟踪监测，分析评价梯级调度带来的变化和影响，为今后科学制订金沙江流域梯级生态调度计划提供科学依据。