拆除水坝的生态隐患

撰文 简·C·马克斯（Jane C. Marks）

翻译 冉隆华

近年来，各国拆除水坝的呼声日渐高涨，力图恢复河流生态系统。但科学家用事实告诫我们，拆除水坝必须从长计议，如果贸然行事，势必引发一些意想不到的生态危机：失去了水坝这道屏障，原本累积在水坝后的大量沉积物会顺流而下，夹带着有毒物质污染下游；而一些强势外来生物物种也会长驱直入，入侵水坝上游，排挤当地物种……

在20世纪之初，美国福斯尔河（Fossil Creek）还是一条由泉水汇成的河流，滋润着亚利桑那沙漠中的一片绿洲。这条天然河流以及河边生机勃勃的生态系统，吸引了在其他环境中无法生存的鱼类和许多其他动植物，也吸引着勘探者和移居者向美国西南部挺进。到1916年，工程师们在福斯尔河上修建了水坝，在陡峭的山腰上筑起水渠，把河水引到两座水电站。源源不断的电力从这里输送给当时蓬勃发展的矿业，促进了当地的经济增长，支持着菲尼克斯这座城市迅速扩张。然而时过境迁，到了2001年，福斯尔河水电站提供的电力已不足该州电力总供应量的千分之一。

福斯尔河的河床长约22.5千米，但已将近一个世纪见不到多少流水了。大约两年前，有关方面关闭了水电站，同时启动了一项实验。2005年夏天，工人们拆除了水坝和水渠，淙淙流水才得以流过福斯尔河的大部分河段，这里原来的涓涓细流变成了奔腾的激流，死水滩变成了青绿色的深潭。如今，科学家正在监测这里的生态系统，观察它在长久干涸之后是否还能恢复往日的生机，观察土生鱼类和植物是否还能再次繁盛起来，同时还监测水坝拆除后可能产生的出乎预料的生态后果。

旧水坝年久失修，拆除水坝（特别是像福斯尔河上的这种小型水坝）便成了家常便饭。拆除的原因多种多样：要么是这些水坝提供的电力微不足道，要么存在安全隐患，要么维修费用高昂，要么社区决定让河流恢复自然状态、栖满游鱼。但是，仅仅拆除水坝并不意味着一定就能重新恢复改变已久的生态系统。像所有自然发生的事情那样，现实情况往往比人们的期望要复杂得多。我们这些人见证过水坝拆除后产生的许多意外后果，目前正利用各种知识，竭力将拆坝对未来的负面影响降到最低限度。

拆除水坝：全球趋势

关于水坝的争议由来已久。一些国家已经拆除或正在拆除年久失修的小型水坝，恢复当地的生态系统，试图将断裂的生物食物链重新连接起来，让许多消失的动植物种群重返河流。

目前，全球大约有80万座水坝在运行，其中4.5万座是高度超过15米的大型水坝。大多数水坝建于二战后。水坝的好处显而易见：水电占全球电力供应的20%；与其他能源相比，水电基本上是清洁能源，也是可再生能源；水坝控制洪水，水坝形成的水库为灌溉、饮用和娱乐休闲提供可靠的水源；有些水坝可以稳定水流，有助于航运。

但是，水坝的代价同样显而易见：建造水坝让人们背井离乡，因此发展中国家对水坝的争议越来越大；水坝破坏了河流景观，挡住了河流三角洲、河岸与河滩所需的沉积物，阻碍了鱼类迁徙，破坏了河道及周边的生态系统。自然保护主义者反对建设水坝由来已久： 1912年，约翰·缪尔（John Muir）在他的著作《约塞米蒂》中反对在美国加利福尼亚州约塞米蒂国家公园修建赫格赫格水坝；1975年，爱德华·艾比（Edward Abbey）在小说《猴子歪帮》（The Monkey Wrench Gang）中将矛头直指亚利桑那州的格伦峡谷水坝，指责它带来了毁灭性恶果。近年来，水坝的负面影响越来越广为人知，官员、立法者、政策制定者、自然保护主义者、土著居民、研究人员和公众组成了许多利益团体，开始为拆除老化水坝而斗争。

在美国，每隔30～50年就必须重新核发水坝的许可证。过去10多年间，水坝拆除数量已经超过了水坝建设数量，仅最近两年就拆除了约80座水坝。研究人员预测，按照这种趋势，水坝（尤其是小型水坝）将继续减少。虽然美国是拆除水坝的急先锋，但也并非孤军奋战：法国拆除了卢瓦尔河谷的部分水坝，澳大利亚、加拿大和日本已经拆除或正计划拆除一些水坝。

水坝拆除工作取得的显著成功，大大推进了后来许多水坝拆除项目的实施。为拆除美国缅因州肯尼贝克河上的爱德华兹水坝，环境保护主义者进行了长期斗争，美国联邦能源监管委员会（Federal Energy Regulatory Commission）最终拒绝为该水坝重新核发许可证，1999年，工程师们终于拆除了这座水坝。几年来，生物学家惊讶地发现，大量条纹鲈鱼(striped bass)、鱼是状锯鳆鲱(alewife)、美洲西鲱(American shad)、大西洋鲑鱼(Atlantic salmon)、鲟鱼(sturgeon)、鱼鹰(osprey)、翠鸟(kingfisher)、鸬鹚(cormorant)和秃鹰(bald eagle)都回归了。他们还发现河水溶解氧气的能力更强了，对食物链非常重要的蜉蝣(mayfly)、石蝇(stonefly)和石蛾(caddisfly)等昆虫种群也已经成长起来了。

卢瓦尔河谷的情况也与此类似。19世纪，那里的大麻哈鱼非常多，每年回游的数量在10万条左右；到了1997年，科学家仅记录到389条大麻哈鱼回游。尽管设置了鱼道，但卢瓦尔河及主要支流上的8座水坝，以及安置在水坝中的叶轮机和水泵，仍使大麻哈鱼种群数量急剧减少。包括“欧洲河流网络”（European Rivers Network）在内的非政府组织发起让大麻哈鱼回归的运动，促使法国政府拆除了其中4座水坝——1998年拆除两座，2003年和2005年各拆除一座。每一座水坝拆除几个月后，包括大西洋鲑鱼和美洲西鲱在内的5个鱼种，都重新开始了昔日的回游之旅。

在拆除水坝的大多数地方，都重现了肯尼贝克河与卢瓦尔河的故事。随着水流量的恢复，河水变得更清澈，含氧量上升，水生昆虫家族再次兴旺起来。喜暖鱼类随着暖和的死水从水坝后面流出，例如非土生鱼类——鲤鱼。随着河水自由流动，水温降低了，喜冷鱼类（例如鲑鱼）大量繁殖或者返回。结果，通常会把其他鱼类挤走的鲤鱼种群数量反而减少了，有时甚至消失殆尽。其他动植物纷纷归来，令河流重现生机。游人也纷至沓来，享受这自然的乐趣。从威斯康星州——美国拆除小型水坝的急先锋，到澳大利亚的新南威尔士州，生物学家都观察到了上述种种好处。就算不拆除水坝，只是向下流增大水量，也能产生诸多积极效果。

棘手的拆坝工作

但拆除了水坝，一些始料未及的负面影响也会随之而来：原来被阻挡在水坝后面的沉积物藏污纳垢，会污染下游河段；外来生物物种会乘虚而入，畅通无阻地向河流上游地区挺进……

不过，生物学家也发现了一些始料未及的问题。释放水坝所截留的沉积物可能阻塞水道、污染环境，消灭鱼类的重要食物——昆虫和藻类。这股浊流还能毁灭如淡水贻贝（freshwater mussel）等固着性滤食生物的栖息地。有时候，水坝挡住的泥淖还藏污纳垢。1973年，工程师们拆除美国哈得孙河上的爱德华兹堡水坝时，下游鱼类身体中的有毒物质——多氯联苯（PCBs）的含量升高，多年后仍然保持高浓度；时至今日，由于多氯联苯水平高，有关方面依然禁止在河中捕捞条纹鲈鱼。

没有被冲刷到下游的沉积物也隐患重重。沉积物一旦变干，就可能成为潜在有害外来入侵植物生长的沃土，因为这些植物的种子就深藏在沉积物内。拆除了威斯康星州橡树街水坝后，虽然从事河流复原工作的科学家在当地播种了土生草原植物，但是入侵的欧亚草芦（Eurasian reed canary grass）仍然占据了优势，种群数量急剧增长，势不可当，使湿地出现了物种单一化现象。

在某些情况下，水坝阻止入侵物种向上游挺进，不让它们深入水坝上游区域。例如，福斯尔河上的一座水坝就阻止了鲈鱼（bass）和太阳鱼（sunfish）等外来鱼类向上游推进，从而为当地的河源白鲑（headwater chub）和斑点鲮（speckled dace）等濒危的美国西南鱼类创建了庇护所。水库还为受到威胁的土生物种——低地豹蛙（lowland leopard frog）提供了栖息地。

拆除水坝还威胁到附近居民的安全。在一些洪水多发地区，对洪水的监控预警尤为重要，政府机构必须在水坝拆除之前就制定安全保障策略。以法国卢瓦尔盆地为例，政府计算出有关天气模式、降雨量以及河流水位的数据，以便至少在危险到来之前4小时就发布洪水警报。工程师们还重新设计了更宽更深的河床，让卢瓦尔河谷的流水能更加顺畅无阻地通过，不至于漫出河岸。

谋事在人

拆除水坝尽管困难重重，但并非不可为。只要拆坝前精心规划，采取保护本地生物物种的必要措施，就可以抵消拆坝带来的不良后果。

美国福斯尔河复原工程为同类项目提供了重要示范，有助于把拆坝的危害性后果降至最低限度。研究人员周密规划，以控制拆除水坝带来的潜在恶果。他们关注的主要问题是：如何处理累积的沉积物，是否将鱼类养殖控制为土生物种（这意味着要消灭外来物种），以及如何保护栖息在水库区域内的蛙类。最后，工程师决定改变水坝周围的河道，将水坝保留下来，作为阻挡外来物种的屏障，让蛙类在库区死水环境中生存。

此外，生物学家决定积极保护土生鱼类。他们将河流中的土生鱼类尽可能捕捉起来，空运到保护池中。然后在河流中投放鱼用毒药，毒杀外来鱼类。待毒性消失后，再把土生鱼类放回河里。美国垦务局（U.S. Bureau of Reclamation）在现有水坝下游12千米处设置了一道鱼栏，进一步阻止外来鱼种。目前，管理者正等着观察福斯尔河鱼类的表现，到2010年再决定该水坝的命运。如果豹蛙在下游建立了栖息地，外来鱼种不再侵入福斯尔河，那么就将拆除这座水坝；如果情况相反，就降低水坝的高度，而不是拆除水坝。

有趣的是，拆除福斯尔河水坝还会产生更多的水坝——不过这些水坝将由钙华（travertine）构成，由富含碳酸钙（calcium carbonate）的泉水与藻类相互作用而自然形成。这些水坝形成深深的小水潭，为多种鱼类和昆虫提供完美的栖息地，同时还吸附落叶，为河里的鱼类和昆虫提供重要的食物。相反，在存在人造水坝的情况下，落叶会被永远阻挡在水坝的上游区域。

沉积物之争

水坝形成的沉积物始终是个问题。在水坝上游，由于沉积物淤积过多，会导致水库水质恶化；由于水坝的拦截，下游又无法得到抵御风雨侵蚀所必需的沉积物。

挡在水坝后面的沉积物是拆坝时必须考虑的关键变量。管理者面临的最大问题往往是，如何应对大量累积的污染物可能带来的恶果。以哈得孙河为例，污染物向下游释放的多氯联苯，使得科学家至今仍在定期检测河水中的毒性。如果沉积物的污染物含量偏高，工程人员就不得不将清除沉积物，特别是在偏远地区清除它们的代价，与河道的冲淤能力权衡比较。如果沉积物处置工程量巨大，而河流的冲淤能力微弱，那么工程师们可能选择分阶段拆除水坝的方案，每次释放少量沉积物。有时候，工程师们建造穿过水库的渠道，种植植物来固定沉积物，或者放置自然障碍物（如岩石或临时栅栏）来保持泥土。

在福斯尔河，水坝阻挡了大约1.9万立方米的沉积物，地质学家和其他科学家预测，这条河流将在10年内以自然方式把沉积物冲到下游，而不会产生任何负面影响。这样，就不必考虑向野外地区运送重型机械而产生成本和负面的环境影响。

然而，其他许多地方的沉积物处置则相当严峻。在美国加利福尼亚州南部，马蒂利加河上的马蒂利加水坝阻挡了460万立方米的沉积物（实际上，这座水坝淤积了如此之多的沉积物，早已无力为灌溉或饮用而蓄水了）。与此同时，下游河滩却非常缺乏沉积物，急需沉积物和泥沙来抵御持续不断的风雨侵蚀。

管理者计划在2009年拆除马蒂利加水坝，并制定了详细的沉积物处置计划。他们打算通过泥浆管道，把水坝后面的细小沉积物输送到水坝下游5千米～11千米的地方。在这些河段，河流将在洪水期间让这些物质重新分布，形成河滩与沙洲；而水坝上游那些较大颗粒的沉积物将被留在原地。不过，工程师们将改良河渠，形成更加自然蜿蜒曲折的河道，使沉积物固定下来，重新构筑河岸，在抵御洪水时发挥更大作用。

因势利导更上一层楼

科学家必须不断掌握拆除水坝的最佳方式，让自然生态系统和人类社会能够共同繁荣。拆除福斯尔河水坝的模式，将成为今后拆除小型水坝的典范。

在福斯尔河与其他地方，管理者和科学家正在综合分析各种信息，包括水坝拆除与复原生态学等方面的知识，以及他们所了解的整个流域情况，以便作出决策。但是，对于生态系统，我们的认识仍然存在许多空白；那些为拆除水坝而辛勤工作的人们认识到，他们正在进行一项长期实验，可能取得意想不到的结果。例如，福斯尔河是第一个消灭了外来鱼类的拆坝项目。如果这种方法获得成功，它所采取的策略可能成为常规措施，特别是在规模更小的河流流域，以化学方式毒杀外来鱼类的方法更具可行性。

在福斯尔河，我们的研究小组将记录河流的恢复情况。目前还有许多问题等待我们回答，不过在今后5～10年内，我们会着重研究以下两个方面：在不受干预的情况下，土生鱼类会繁盛起来吗？外来鱼类会不会卷土重来？福斯尔河中仍存在一个隐患，引起了科学家们的兴趣：用于消灭外来鱼类的化学物质没有伤及外来淡水螯虾（crayfish）。这个家伙臭名昭著，对食物链构成巨大威胁。外来鱼类本来会捕食淡水螯虾，使这种甲壳动物种群数量不会增加，现在这些外来鱼类却被我们消灭了——也许，我们从一个极端走向了另一个极端。此外，随着福斯尔河恢复从前的面貌，旅游者也回来了。徒步旅行者在河岸两侧踩出了越来越多的小道，现在管理者必须制定适当的法规，既能让人们亲近自然，又能保护脆弱的生态系统。

除了福斯尔河等地的实地实验，研究人员还在进行计算机模拟和室内的实验研究。在美国明尼苏达州，美国国家地球表面动态中心已经开发了一种微型河流、水坝和水库的模型生态系统。该中心研究人员利用慢速摄影（time-lapse photography），确定在采用不同拆除方式和不同拆除程度的情况下，沉积物如何向下游流动。

许多工程师曾经献身于水坝建设事业，如今又投身到水坝拆除工作之中。美国垦务局和陆军工程兵团等美国政府机构，还有它们的欧洲同行，不仅在研究如何拆除水坝，还在研究在不产生副作用的情况，水坝下如何产生效益，例如，怎样无须阻塞河流就能从河里取水。为了响应世界大坝委员会（World Commission on Dams）2000年发布的一份报告的号召，工程师们还试图在设计水坝的同时，就考虑将来拆除水坝的方案。

科学家还将不断权衡水坝的利弊得失，比较水坝带来的效用以及为此付出的破坏性代价，继续了解如何采取最佳方式来拆除水坝，让自然生态系统和人类社会能够共同繁荣。今后几年里，几座大坝将按计划拆除，科学家和工程人员将借此进一步积累重要的经验。2009年，华盛顿州奥林匹克国家公园里的两座水坝——64米高的格利内斯峡谷水坝和33米高的艾尔瓦水坝将被拆除。现在，科学家正在那里收集大麻哈鱼、虹鳟、氧气浓度、昆虫种群、沉积物数量等基础数据。日本将在2010年拆除荒濑水坝，这是日本民间环保组织担忧水质恶化和渔业衰落而进行长期斗争的结果。澳大利亚则计划拆除莫科安湖上的水坝，把79平方千米的莫科安湖重新变为湿地。法国也在考虑拆除卢瓦尔河谷中1/5的水坝。

大多数情况下，拆除水坝都会引起争议，有时争议还出乎意料。以卢瓦尔河谷为例，一对父子最终可能会站在两个对立阵营之中。父亲怀念河水奔流、大麻哈鱼畅游的情景，儿子却忘不了童年时在水库中游泳和划船的欢乐时光。而在福斯尔河，当地社区想保留柴尔兹-欧文水电站的全貌。这座水电站的建造者是那个时代屈指可数的女工程师之一——伊娃·图特（Iva Tutt），而且后来几代工程师都在那里安家，对电站进行维护。这座水电站具有重要的文化意义，因此保护它也就成为河流复原规划的一部分。

澳大利亚新南威尔士的威灵顿水坝也存在同样的问题。2002年，澳大利亚国家水务公司保证，在布什兰格河上保留1米高的水坝痕迹；这样公众就依然能够欣赏到这座建于1898年的水坝。有了诸如此类的协调，再加上深入的生态学知识和更灵活的工程措施，似乎我们可以这样认为：世界河流最终将在方方面面造福于人类。

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