浅谈美国退役坝的管理与我国水库大坝安全管理面对的新问题

浅谈美国退役坝的管理与我国水库大坝安全管理面对的新问题（作者:_单位:_ :_） 摘要： 本文针对国际上一些拆坝的舆论，介绍了美国退役坝的管理制度、大坝及水电设施退役导则中关于工程安全、生态环境影响的评价内容、泥沙的管理、以及拆坝方案的评价方法。并对美国退役坝的管理和我国水库大坝安全管理中存在的问题，进行了初步分析。 关键词：大坝安全 大坝退役 拆坝1 概述 目前国外（主要在美国）有一种拆坝的舆论，引起了国内一些人士的关注。究竟美国是在如何考虑拆坝的问题，又是如何管理的，根据美国大坝的注册管理、拆坝许可证制度、美国土木工程学会（ASCE）能源部水力发电专业委员会编写的大坝及水电设施退役导则1（以下简称导则，1997年出版）以及有关文献，本文简要介绍美国退役坝的管理程序及有关退役评估办法，并结合我国的水库大坝中的安全问题发表初步认识。2 美国大坝的注册管理美国是世界上拥有大坝数量第二的国家，截止到1996年，超过6英尺高以上的坝共有7.5万余座，建坝的高峰期为20世纪的5070年代，约建设了4.35万座（占58%），其中60年代建有各类坝约1.8万座1。 1920年，美国国会通过了联邦水电法(Federal Water Power Act)，并授权于联邦能源委员会颁发水电开发许可证（该委员会的功能于1977年由美国联邦能源管理委员会FERC所接替）2。大坝许可证有效期一般为3050年，到期后需要经过严格的评审（包括环境影响评价）后重新申请注册。20世纪90年代，美国许多早期建设的水电站进入了新一轮的许可证申请程序。3 美国拆坝的焦点在美国，拆坝的焦点主要反映在三方面3,4,5,6：1）大坝安全因素；2）大坝功能丧失；3）考虑洄游性鱼类生长及环境要求。美国目前已拆除坝的服役期多数为50年140年，坝高一般不超过310m。在对已拆除坝的技术经济比较中发现，有些坝的除险加固费用远超过继续运行所发挥的效益或拆除所需的费用。在美国西部地区，考虑到为具有较高经济价值的鲑鱼、鳟鱼等洄游性鱼种提供更好的生存条件，对一些作用不是很大的坝也采取了拆除处理。4 美国的拆坝许可制在美国，如果一个坝被列入拆除计划，首先要取得拆坝许可证，文献7介绍了取得拆坝许可证的有关程序和规定。许可证包括来自联邦的、州政府和地方政府的拆坝许可证，其根本目的是要保证被拆除坝的安全、近期或长期对河流及洪泛区带来的影响最小。 4.1 联邦许可证 1）首先要满足陆军工程师兵团（USACE）颁布的清洁水法404章中的有关规定；2）若拆除的坝以发电为主，还要向FERC提出申请，放弃或取消其发电功能的注册资格，FERC有权决定该坝的拆除方式；3）对申请拆除的坝需通过国家环境法（NEPA）的评价；4）开展有关法律的咨询，包括满足濒危物种法、国家历史保护法等；5）获取州政府颁发的有关水质证书和海岸带管理法证书，保证拆坝不会影响河道的水质及海岸带的管理。 4.2 州政府许可证 州政府的许可证包括：1）水道开发；2）大坝安全；3）州环境法的评价（类似NEPA）；4）历史文物保护评价；5）重新规划洪泛区；6）州政府证书。 4.3 市政许可证 1）拆除许可证；2）建设许可证。如果一个大坝靠近城市，其拆除计划还要得到市政的许可。为了恢复河道还要建设围堰者，则需获得有关建设工程的许可证。5 美国大坝及水电设施退役导则的主要内容15.1 导则出台的目的 在20世纪90年代初期，面对美国的拆坝已进入一项实质性的工作，美国土木工程学会能源部水力发电专业委员会于1994年成立了一个专门工作委员会，编制了导则1。该导则正式出版前获得一个专门评审委员会的评审，其成员有美国国家大坝安全协会（ASDSO）、电力公共事业的观察员、FERC，USACE、前国际大坝委员会主席J. A. Veltrop先生，表明该导则的出台是非常严肃和慎重的。 导则编制的目的为：1）明确大坝退役评价所需要的数据；2）拆坝所要开展的工程、环境和经济评价的方法；3）比较大坝退役的具体技术方案和评估退役坝的投资与效益。 开展大坝退役评价要考虑的因素包括大坝安全、美学、鱼类、河流流量减少等，在经济方面要比较大坝继续运行或加固维护的费用。在上述因素中，大坝安全放在首位。其它考虑的方面还有：1）社区生活对供水或娱乐设施的依赖情况；2）城市用水与灌溉的水权；3）生态需水要求；4）泥沙管理；5）防洪与水流调节效益。 通过对大坝的评价可以得出：1）继续运行；2）部分功能将退役；3）整个工程全部退役。 5.2 工程评价内容 工程评价的内容有：1）防洪标准和溢洪道泄流能力；2）施工导流和围堰布置；3）大坝、电厂设施、辅助设施部分或全部拆除；4）机械和电气设备的拆除；5）设备的处理；6）考虑泥沙管理、环境要求、洪水和湿地作用所采取的工程措施；7）增加娱乐设施；8）施工以及拆除方案的投资预算及施工计划，9）运行维护费用。 在确定大坝是部分拆除或全部拆除的分析工作中，首先要考虑的是大坝安全，并进行洪水控制与溃坝洪水的深入分析比较。FERC对灾害进行了分类，考虑的因素有人口伤亡、财产损失等。美国联邦紧急事物管理署（FEMA）会同美国大坝安全委员会（ICODS）正在修订灾害分类评估导则。 针对入库设计洪水，进行结构安全计算复核，并考虑是否需要采取加固措施。地震荷载对大坝安全的影响也必须考虑。为防止溃坝，必要时要采取一定的工程措施，包括增加溢洪道过流能力或加高、加固大坝，因此也相应增加了投资，这部分费用都应作为方案评价的内容之一。 对混凝土坝、土石坝，都要进行安全稳定分析，对土石坝还要开展坝坡的稳定和抗冲刷能力的分析，包括有漫坝洪水引起的坝坡冲刷、溢流设施泄流对坝脚的冲刷、波浪作用、水库调度运行等。 土石坝，如果采用部分设施退役方案，要通过洪水演进分析确定大坝是否要加固、是否要建设新的泄洪设施，要进行洪水漫坝条件下的坝坡保护复核计算。如果大坝整体退役，需要考虑大坝的拆除及施工导流等问题。混凝土坝，尽管混凝土坝具有抵抗洪水漫坝的能力，但是必须对其基础进行漫坝洪水的冲刷分析，以确保大坝的稳定。其它附属设施 无论大坝是采取部分退役或是全部退役方案，都要研究溢洪道的问题，以解决拆除过程和永久运行期（部分拆除方案）的过流问题。 大坝拆除要考虑坝拆除后原筑坝材料的堆放处理问题、拆除过程中的导流问题、大坝拆除后因地下水位降低引起的地质灾害问题、坝址区附近的生态环境恢复建设问题等。废料堆放场地也是非常重要的，要考虑满足联邦政府、州政府、地方政府的各项规定。如果可能，可以考虑利用原来建坝时的采料场（坑）堆放拆坝的土石料。但是对于泥沙和其它材料则应采用不同的处理方式，对拆除的废弃混凝土要测试是否存在有害物质。可以考虑将废料破碎后作为修路材料。大坝拆除后还要进行地表的恢复工作，如覆盖土、种草、植树等，同时还应该加强监测地下水的运动及有害物质的含量。 5.3 环境影响评价 对环境影响的评价要考虑到州和联邦法律以及相应的许可制度等，包括该工程是在FERC注册还是在州注册。如由联邦机构进行环评，则必须满足国家环境法的有关要求，州政府机构还有可能增加一些各州有关环境的考虑因素。 水量与水质 开展环境分析不仅要考虑水质，还要考虑到水源问题，即地表水和地下水，在此基础上开展水量与水质的评价。无论作出的结论是继续运行、部分设施退役、或全部退役，都会存在一些潜在的影响，其评价结果有可能是正面的，也有可能是负面的。因此要采取可行的工程措施，以减少其不利影响。在考虑水量时，可采取修改运行规则、增加泄流量、建设新引水设施、修建新的防洪设施等方案。在提高水质方面，可通过修建污水处理厂、沉沙设施等措施来实现。 鱼类、野生动物及物种 首先要开展对鱼种及其它水生物的调查，考虑鱼类及水生物保护的长期规划的要求，进一步的考虑应保证鱼类能过坝。根据联邦政府或州政府颁布的濒危物种法，确定在坝址区要保护的各类植物与动物，包括州或联邦政府已经规定了的或尚未规定的保护物种，以及有可能影响到的物种。 植被 水库部分退役或全部退役将会降低现有湿地的水位，但同时也会创造出新的湿地。库区沉积的泥沙是很肥沃的，适宜于植被的恢复，可适当考虑在露出水面的淤沙上播撒草种。利用恢复植被的自然措施来保护土体边坡稳定是一个比较好的方法，远优于用砌石护坡的方式。将原工程所占的土地腾出来用于植被的恢复是一项积极的措施。 文化、历史与考古资源 坝与水库也可能建在具有丰富文化、历史或考古资源的地区，在坝的拆除工作中要认真进行调查、并考虑给予保护，以免遭到破坏。对这些文化、历史或考古资源的保护工作要遵循美国国家的各种法律，包括文物注册登记等。 景观资源 导则中指的景观资源是坝址区自然的或人工形成的景观特征，包括风景、昆虫和鸟类的啼鸣、夏季的和风、各类鲜花的飘香等，其中风景包括有野生资源、水资源、植被、岩层、已开发的或未开发的土地等，目前已有相应的评价方法可用于对这些资源的价值进行评估。坝的部分拆除或全部拆除都会大大的影响坝址的景观，或带来一些负面影响，但可以通过采用适当的植被恢复、或修建通向自然景观地的道路等措施来减小这些负面影响。 休闲娱乐 休闲娱乐资源包括自然的、以及开发水资源与土地资源后所形成的户外的休闲娱乐场所。应考虑三方面的问题，一是对工程区域受到影响的人群；二是这些休闲娱乐设施的使用时间，如周末、季节性、淡季与高峰期等；三是娱乐设施的组成与配置，包括容量、规模、收费等。设施的配置还要考虑满足美国残疾人法的要求。对于可能带来的负面影响要通过采取适当的措施加以弥补。 土地利用 工程拆除后，其土地的利用和所有权需要认真加以界定，包括地方用地、商业用地、工业用地、公共土地以及私人土地等。如果大坝是全部拆除，对周遍影响范围则比较大，包括湿地有可能减少或增加、洪水区域将发生变化、库岸边利用价值的降低、有关水的商业活动由湖库方式变为河岸方式等。这些可以通过改变土地的利用方式来减少其影响程度，包括重新修建一些设施、房屋和商业活动场所，或签定长期协议来管理受影响的土地。 5.4 泥沙管理 大坝拆除后库区泥沙的处理方案直接影响着大坝拆除方案决策的制定。如果不对泥沙进行处理，有可能带来的负面影响为：1）增加下游河道的泥沙，因而改变其河流的生态特性；2）细沙在下游河道的沉积将会影响鱼类的产卵；3）不加控制的向下游泄放泥沙将会在河道中产生沙波，随着时间的推移和泥沙向下游的输移，将会抬高下游河床高程以及影响支流的汇流；4）河道输沙量的增加会相应加剧对河岸横向变形；5）抬高河床高程将会增加洪水的风险与阻塞取水口。反之，如果采取有效的泥沙处理方案，科学地输送粗沙、树枝树干、养分和其它物质，可为鱼类生长、野生动物、水生物带来益处。 水库泥沙特性与泥沙处理方案 通过了解水库泥沙特性来确定拆坝后对泥沙的处理方案，以及进行下游河道淤积、环境生态影响的评价工作。针对大坝拆除方案，对泥沙的处理方式可归为如下四类。 1） 不作任何处理 对库区淤积的泥沙不作任何处理，留在原地。但要修建排沙设施，通过长时间的运行逐渐减少库区泥沙淤积量。 2） 河道输沙 不论是采用全部保留大坝、部分拆除或全部拆除方案，都可以采用大孔口和降低水库运行水位以提高输沙率进行水库排沙。对大坝全部拆除方案，水库泥沙将随坝的分阶段拆除逐步达到下排的目的。 3） 机械清除 机械清除方式包括传统的开挖、机械挖沙