生态大坝科学内涵与建设路径探析

生态大坝科学内涵与建设路径探析

引言

大坝是人类除水害兴水利的重要利器，是长期以来人类适应自然、改造自然并与自然共生的关键基础设施。大坝由于具有防洪、供水、发电、航运等多重功能，20世纪以来在全球得到迅猛发展。截至2023年，根据国际大坝委员会统计，全球坝高≥15m的大坝约有6万座，其中我国有23841座，约占全球大坝总数的40%；而若将坝高5~15m的小型坝也计算在内，全球大坝数量将超过200万座，平均每70km河流就有一座坝。

大量的大坝建设对河流生态系统形成了剧烈干扰。针对大坝对河流生态系统的影响，20世纪末期，欧美曾掀起拆坝运动，但拆掉的主要是年久失修的小型坝。我国几年前开始持续推进小水电清理整顿工作。新时期，我国提出“双碳”目标，并着手构建国家水网，由于水电在新能源体系建设中具有巨大调节作用，水库在国家水网“纲、目、结”体系中具有重要调蓄与纽带作用，大坝仍将是未来一个时期我国治水的主要工具和手段。本着“善待、善用、善治、善享”河流、人与河流和谐共生的河流伦理准则，水利部党组提出“生态大坝”建设理念，要求大坝建设之初就要考虑河流生态系统安全，把维护河流健康生命摆在重要位置，并且要求将河流伦理贯彻到大坝的规划、设计、建设、管理和运行全过程，构建更加生态的水利基础设施。这是大坝发展史上的一个重要里程碑。

以往关于水库大坝的生态环境效应已有大量研究，但何为生态大坝、怎样建设生态大坝尚没有清晰完整的理论指导。为此，本文在生态大坝概念解析基础上，提出了生态大坝在规划设计、建设蓄水、运行管理等不同阶段需要达到的基本要求，并据此提出了现阶段推进生态大坝建设的若干建议。

生态大坝概念内涵

大坝作为一种人工阻水设施，不可避免地会对河流天然生态系统造成干扰和影响，但由于其对河流的拦截和调蓄也会发挥一些天然河流所不具备的生态服务功能，如提升水质净化和水产品供给能力、增加水域面积形成新的水生生物和候鸟栖息地、水力发电减少温室气体排放等，因此对于一座大坝来说，若其生态效应总体是正向的，同时其负面生态影响是可以接受和可控的，便可称之为“生态大坝”。

生态大坝秉承了人与自然和谐共生的河流伦理价值观，既不完全以人类经济社会的需求为核心，也不陷入“唯生态论”“唯自然本底论”的误区，而是在人与河流生态系统之间寻找最大的公约数与平衡点。要实现这一平衡点，就需要在大坝的规划、设计、建设、蓄水、运行维护等各个阶段都特别注重生态影响和风险防控，注重生态化的建设方式与材料应用，并竭力发挥大坝和水库产生的新的生态功能。

▲生态大坝概念内涵示意

1.大坝规划和设计能够最大程度规避生态风险

①大坝在规划阶段的选址不对重要生境、生物、自然遗产造成毁灭性影响。以金沙江龙盘水电站为例，其规划坝址具有上虎跳峡、中虎跳峡、下虎跳峡3个方案，其中的中虎跳峡和下虎跳峡虽然河谷更加狭窄，更有利于大坝建设和降低工程成本，但会造成虎跳峡这一世界自然遗产和著名景区的永久性淹没损失，属于不可接受的毁灭性影响；而上虎跳峡坝址位于虎跳峡核心景区的上游，大坝建设后虽然也会对虎跳峡景区的来水条件产生重要影响，但通过合理调度，能够最大程度减少对虎跳峡核心景观的影响，保留其自然遗产价值。因此，在目前的规划论证阶段，以上虎跳峡作为龙盘水电站坝址的方案得到一致认可，是大坝在规划阶段规避生态影响和风险的典型案例。

②在梯级开发规划方案中适当保留自然流水生境。大坝建设后对于河流生境最显著的影响就是改变了其水动力条件，原先的流水生境大面积转化为深水缓流生境，对喜流水性鱼类等重点水生生物的产卵繁殖、饵料资源造成巨大影响。在河流梯级开发过程中，若单纯为了追求工程“性价比”和发电效益最大化，形成上库库首与下库库尾首尾相连的“一库连一库”开发方案，则会将这种负面影响无限放大，造成对梯级开发河段喜流水性鱼类的毁灭性影响。因此，梯级开发河流在规划阶段就应考虑河流生态系统安全，保留适当的流水生境和“生态水头”。比如，怒江中下游水电开发规划中在742km河段保留了长达148km的流水河段，河长占比20%，落差占比21%，辅之以对应的重点支流栖息地保护，能极大程度减缓怒江开发对鱼类资源的影响，实现生态梯级开发。

③在大坝的结构与功能设计中充分考虑对生态影响的规避与减缓。譬如：为了缓解对鱼类迁徙洄游的影响，需要根据过鱼需求，科学设计鱼道、鱼闸、升鱼机等不同类型过鱼设施；为了防治水库淤积和保障基流下泄，需要设计排沙底孔和生态流量泄放设施；为了缓解高坝大库下泄水温滞后对坝下河段鱼类产卵的影响，需要科学设计叠梁门等分层取水设施；为了降低大坝泄洪对下游河道的冲刷作用以及气体过饱和带来的鱼类“气泡病”风险，需要科学设计大坝泄洪消能池；为了加强珍稀特有生物保护，需要根据保护需求设计鱼类增殖站、植物培育馆等辅助设施。

2.大坝建设和蓄水过程所产生的生态影响可控

大坝建设阶段的生态影响主要包括采石和施工等造成的水土流失、临时性高强度生活污水排放、各种建筑材料带来的潜在污染、扬尘和声光对于各类生物的影响等，这些因素在大坝环境影响评价中都会被重点考虑，并有场地恢复、污水收集处理等针对性解决方案，只需严格按照环评相关要求执行，即可解决绝大部分问题，将大坝施工对生态的影响降到最低。

需要加强关注的是大坝初期蓄水过程中产生的生态影响防控。①彻底做好“清库”工作，在大坝蓄水前应对库区范围内所有点状污染源、淹没后容易腐烂加剧库底缺氧状况的物体、不易降解的塑料制品等进行全面清理，避免水库蓄水之后污染物质和温室气体的集中性、持久性排放。②合理选择水库蓄水时间，避开鱼类产卵期等敏感时段，避免水库蓄水对坝下河流生态系统造成短时间的高强度冲击和毁灭性影响。③在蓄水阶段也要严格按照要求泄放生态基流，避免蓄水导致下游河道断流和脱水。

3.大坝运行和管理能够维系库区与坝下河流生态健康

大坝运行管理阶段的生态保护措施主要包括生态调度、库区植被恢复、生境修复及支流生境替代、增殖放流等。以往的大坝生态调度工作更多关注对坝下河流生态系统影响的减缓。而在新时期，我国大坝建设形成的水库水面面积已全面超过自然河流水面面积，在长江上游等水利水电工程密集建设区，水库化蓄水河流长度也已超过自然流水河段长度，通过合理的运行管理方式保障库区水生态系统健康已变得同等甚至更加重要。

实现库区水生态系统健康，重点需要达到以下几个方面标准：

①库区泥沙淤积情况正常，包括量和质两方面的正常。库区泥沙淤积规模和速度应控制在其设计范围之内，并且尽可能将淤积控制在死库容对应库区范围之内，且沉积物污染释放不对库区水质和生态造成重大影响。

②库区水质稳定达标，包括入库河流水质达标和库区各点位各时段水质达标。具有明确水质保护目标的水库，需达到规定水质标准；不具有明确水质保护目标的水库，一般应达到地表水Ⅲ类水质标准。特别是作为集中式饮用水水源地的水库，除了满足常规水质目标之外，还应加强微塑料、持久性有毒有机污染物等指标的监测和评价。

③库区水生态系统健康稳定，在水库不同区段尽可能形成特色良性生态系统。其中，库尾流水段应重点关注流水生境的维系，在鱼类产卵期，通过降低水库运行水位、加大出库流量等措施，尽可能增强库区水体流动性，增加对库区鱼类生殖洄游的刺激作用，并通过干支流联合调控，促进产漂流性卵鱼类的自然繁殖和鱼卵漂流孵化。支流库湾段要重点关注春夏季节水温升高、流速缓慢带来的藻类“水华”问题，通过建立在线监测与预警机制、进行干支流应急联合调控等措施，降低库湾“水华”风险与危害。库心和坝前深水区要重点关注水温分层、水体流动性降低带来的低氧区与无氧区问题。由于在低氧环境下，反硝化作用、硫化细菌等的作用会极大地促进水库沉积物、深层水体污染物及温室气体排放，因此应尽可能采取合理的大坝调度措施，压缩水库低氧区、无氧区的形成范围与存在周期。此外，对于整个库区生态系统，还需要重点关注生物入侵可控、产黏沉性卵鱼类繁殖期间库区水位整体稳定避免鱼卵裸露在空气中等生态问题。而对于坝下河流生态系统健康稳定问题，除了做好生态基流保障、促进坝下鱼类产卵的生态调度、叠梁门取水、气体过饱和调控等常规调度措施之外，还需重点关注通过大坝合理调度加强对坝下河流生态系统的生源要素和泥沙补给，避免水库拦截导致的坝下河流“贫营养”及河床冲刷、生境萎缩等问题。

4.大坝建成后能够发挥新的或更大的生态功能

对于生态大坝而言，除了要最大程度规避其生态影响和风险，也应在建成之后尽量发挥原先河流生态系统所不具备或不够显著的生态功能，使其总体生态效应是正向的，成为名副其实的“生态大坝”。

①最大程度发挥水库大坝水质净化功能。以三峡工程为例，2006年三峡水库蓄水后至2022年，湖北宜昌南津关出库断面NH-N多年平均浓度较重庆朱沱入库断面下降0.048mg/L，COD_Mn多年平均浓度较朱沱入库断面下降0.4mg/L，2015年之后南津关断面NH-N、COD_Mn一直维持Ⅰ类水质标准，初步估算2006年以来，三峡库区年均降解NH-N2.2万t、COD_Mn17.9万t，是目前我国最大的污水处理企业高碑店污水处理厂年污染物削减能力的1.5倍。

②提升水产品供给数量和质量。相比于河流，大坝形成的水库生态系统天然具有水体清澈、水面增加、初级生产力高的特征，在构建适宜食物链网的基础上，能大大增加鱼类等水产品的供给能力和产品质量。以新安江大坝形成的千岛湖为例，其年渔产量达4300~4600t，其中，鲢鳙占比85%以上，鳜鱼、鲈鱼等共占比10%左右，且渔产品品质和价值很高，有机鱼均价为70元/kg，年产值达2.8亿~3.2亿元，加之鱼宴、垂钓等旅游产品的开发，综合效益超15亿元/a。

③调节小气候。特别是在干热河谷地区建设的水库大坝，建成蓄水后，能有效增加河谷内小气候水分条件，促进两岸植被生长，这一点在我国西南地区多个水库大坝得到实践验证。

④形成新的水鸟栖息地。水库大坝建成之后，能大幅增加河流常年有水面积，特别是形成大量离人类活动较远、符合水鸟生境需求的水域，一方面增加了水鸟的长期栖息地，另一方面增加了候鸟迁徙途中的“停留地”和“中转场”。

⑤促进新能源体系建设，减少温室气体排放。虽然从水库本身来说，随着自然环境、建成时间、调控方式的不同，其CO源汇特征不一，但已有研究表明，多数为CO净汇，即CO吸收大于排放，但水库大坝实现少温室气体排放的主要途径还是来自其水力发电对于传统能源的替代，以及水电在水风光新能源体系建设中的巨大调节作用。随着我国“双碳”目标的提出，水库大坝对于新能源体系建设的重要性更加突出。

⑥水库大坝具有的景观娱乐和科普教育等作用。大坝是在河流伦理理念指导下，人类社会“善待、善用、善治、善享”河流的标志性建筑物，具有独特的科普教育作用，在适当条件下形成的不同于天然河流的大面积清澈水面，能提供多样化的景观娱乐用途。

新时期生态大坝建设路径与建议

1.建立生态大坝监测评价体系与技术标准

基于生态大坝理念和内涵，全面完善水库大坝生态监测评估体系，时间上尽量囊括大坝建设之前的水生态环境本底调查、大坝建设和蓄水过程中的监督式监测，以及大坝建成与各项保护修复措施实施之后的跟踪性监测评估；空间上需要覆盖入库河流、库尾库湾、库心和坝前深水区不同水深区域、大坝泄水区等重点区域；监测指标根据水库功能特性，在常规水质指标基础上，重点关注水温、密度、含沙量、溶解氧、浮游底栖生物、鱼类结构和数量、沉积物形态与化学组成、新型污染物、候鸟栖息地等指标。基于各项指标监测结果和推广可行性，分区分类提出生态大坝评价的技术指南和标准。

2.落实完善大坝工程环境影响后评价机制

在大坝建设之前的环评阶段，很难完全、准确地预测大坝建设运行对河流生态系统造成的复杂影响，提出的防控措施在变化条件下也难以保障完全有效和科学可行。以金沙江下游梯级水库为例，为了缓解水库低温下泄水影响，在乌东德、白鹤滩、溪洛渡工程中均设置了叠梁门，并提出鱼类产卵期的叠梁门使用要求。但近年来的应用实践表明，随着流域整体梯级开发达到较高水平，河流水温整体变化过程变得极为平缓，鱼类产卵期相关水库水温分层效应本身较弱，导致叠梁门使用效果较差，几乎难以起到预先设计的提高下泄水温作用，反而给大坝调度运行增加了较大负担。在此情形下，应进一步完善大坝工程环境影响后评价制度，开展原有环评要求的保护修复措施落实情况与成效评估，对新的形势和条件下原有不合理、不高效措施进行必要的修正，以更好促进生态大坝的建设运行。

3.进一步明确水库大坝生态调度法定地位

由中国长江三峡集团有限公司主导开展的金沙江下游-三峡梯级水库生态调度工作成效明显，调度期间，宜都断面四大家鱼产卵量从2011年不足1亿粒上升到2024年340亿粒。但即使如此，目前金沙江下游-三峡梯级水库生态调度仍然仅为“试验”性质，其他水库大坝虽也开展了生态调度相关工作，但持久性和规范性存有不足。《中华人民共和国长江保护法》首次明确将生态调度纳入法律条文，规定“长江干流、重要支流和重要湖泊上游的水利水电、航运枢纽等工程应当将生态用水调度纳入日常运行调度规程，建立常规生态调度机制”，但这些条文更多是提倡和鼓励性质，强制性约束不够，对应的河湖敏感生态流量目标制定也不够，大坝生态调度工作未能全面开展。建议国家层面出台“关于全面加强水利水电工程生态调度工作的意见”对相关工作进行部署，逐步将大江大河干流重大水利水电工程的生态调度落实到法律条文与各水库大坝具体调度规程中。

4.加强生态大坝建设运维关键技术研究

目前，关于水库大坝的生态监测、生态影响、生态流量、生态调度、生态模拟等方面已有大量研究成果，但相比于生态大坝的丰富内涵，已有研究还不够系统与深入，需要选择一批代表性水库大坝，以全面的生态监测调查为基础，研发新型高效生态大坝生态水库监测装备与技术，分析不同调度方式下水库分区分层水动力条件、“温-氧-盐”要素与水生生物演变规律，研发适应水库大坝调度特征的水生态系统模拟模型，创新综合提升水库与坝下河流生态系统质量的生态调度、高效过鱼、栖息地修复、替代生境、滨岸带治理等保护修复技术，发展气候变化影响下水库生态健康、生态功能、生态影响、生态风险评价及调控技术。在水利部三峡工程管理司指导下，中国水利水电科学研究院在2024年牵头成立了全国水库生态学研究协作网，在全国选择60座代表性水库，持续开展了水库生态系统监测调查与演变规律、保护修复措施研究，为生态大坝的建设与研究奠定了良好基础。

5.开展生态大坝建设试点与品牌认证

生态大坝是一项全新的理念，对于践行河流伦理、促进水利水电工程绿色可持续发展具有重要意义。为了进一步提升生态大坝的社会认知与认可度，建议水利部选择一批代表性水库大坝，开展生态大坝建设试点工作。通过试点，明晰各水库大坝尚存在的生态问题与风险，提出针对性的修复与提升方案，促进水库大坝生态质量提升与生态功能进一步发挥，并为同区域同类型生态大坝建设积累技术与经验。对于通过生态大坝试点建设符合生态大坝评价标准的水库大坝，联合生态环境、交通运输、能源、渔业、世界自然基金会等部门和团体，给予“生态大坝/生态水库”品牌认证。通过认证的水库大坝，享受在碳汇交易、水产品贸易、水电上网、取水许可等方面的优先与优惠政策。

生态大坝是坝工建设和调度管理领域的重要发展方向，是践行河流伦理价值观的基础性实践支撑，其理论内涵丰富。生态大坝建设需要多学科、多部门、多领域的紧密合作与联合攻关，呼吁更多专家学者、大坝运行管理部门和社会公众参与生态大坝的研究和建设实践，推进人与河流和谐共生。

Abstract: For a long time, the construction of dams has involved contradictions and trade-offs between socioeconomic benefits and ecological impacts, which has triggered discussions and debates in related fields. In the new historical period, guided by Xi Jinping’s thought on ecological civilization, the Ministry of Water Resources has proposed the construction of “ecological dams” as a strategic response and innovative practice to this fundamental issue. Although many studies and practices have been carried out on the ecological and environmental effects of dams and corresponding mitigation measures, comprehensive and systematic analyses of the scientific connotation of ecological dams are still limited, and specific construction pathways remain unclear. From the two aspects of controllable ecological impacts and the realization of ecological benefits, the basic concept and scientific connotation of ecological dams are proposed. Based on the whole life cycle of dams, including planning, design, construction, impoundment, and operation and maintenance, the key points of ecological dam construction are analyzed, including that planning and design should minimize ecological risks, ecological impacts during construction and impoundment should be controllable, and operation and management should maintain the ecological health of both reservoirs and downstream rivers. Furthermore, the establishment of monitoring and evaluation systems and technical standards is suggested as a pathway to promote the construction of ecological dams at the present stage.

Keywordsecological dam; river ethics; reservoir ecology; ecological effects of water projects; scientific connotation; construction pathway; ecological dispatch

本文引用格式：

王建华，张云昌，胡鹏.生态大坝科学内涵与建设路径探析[J].中国水利，2025（20）：23-28.

封面供图河南省水利厅

责编李卢祎

校对｜吕彩霞

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