水壩影響地球磁極？誘發地震？淺談水利工程的環境影響

評論區有盒友提出加一個目錄，這裏補充一個：

0 引言

1 水利工程環境影響評估的興起

2 常見的大壩和水電開發方式

3 水利工程的環境影響

3.1 水庫修建與蓄水階段

3.2 水庫運行階段

3.3 全球變化下的新影響

4 改善措施

5 結語

0 引言

前幾天發現小黑盒有一篇水庫蓄水影響地球磁極的文章評論區引起大家的廣泛爭論。因此，在這裏寫一篇水利工程的環境影響的科普性質的小文章，內容不走太深的專業路線，大家看個樂呵。

另外，本文中的水利工程指攔河大壩，不包括河堤、運河、長距離調水、水閘、引水灌溉渠等。

當遠古人類馴化了植物，農業生活的收益超過漁獵生活的收益時，人類開始逐步進入農耕時代，穩定的、大量的淡水供應成爲了生產生活的必需品，早期的農民因此選擇定居在湖泊和河流邊，進行農業生產。

然而，河流水量的豐枯節律和不確定性爲古代農民的生活生產帶來了負面影響，爲了生存，人類開始了築壩修堤，改造自然。

在《文明6》中，當你在泛濫平原上拍下一座堤壩區域，就可以一勞永逸地消除狂暴的洪水，並提供了+3住房和+1宜居度。在這個由六邊形構成的世界裏，河流被水利工程馴服，洪水從隨機的自然災害變成了可控的生產力資源。

堤壩區域

在現實中，水利工程也一直是人類興水利，除水患的重要措施。從5000年前的良渚水利系統和埃及人在尼羅河上建造的砌石壩，到大渡河上正在建設的315m雙江口水電站大壩。水利工程在防洪、發電、供水、清潔能源消納、景觀營造等方面發揮着重要作用。截至2020年的統計，全球有超過60000座大型水壩和數百萬座小型水壩，它們在水資源調配和合理利用方面均起到巨大作用。

全球大型水壩分佈

但我們在《文明VI》裏修大壩，可以輕鬆去除泛洪平原，在現實中卻沒有這麼簡單，人類按照自身需求改造河流的過程，也伴隨着對自然環境的負面影響。隨着二戰後環保運動思潮的爆發性大規模興起，對水利工程環境影響的研究開始大規模出現。對於我國公衆來說，對三峽工程環境影響的討論和爭論也一直是互聯網上經久不衰的話題。

1 水利工程環境影響評估的興起

受本人知識所限，無法從整體梳理，這裏從魚類保護這個方向切入，簡單介紹。

在上世紀三十年代的經濟危機中，美國開始了大規模造壩運動（如經常在電影裏被炸的胡佛大壩就是這時候修的）。

胡佛大壩

到四十年代，由於水利工程的大規模開發和水資源的粗獷利用，美國部分河流發生季節性斷流，嚴重影響了水生生態。

漁業部門爲了保障漁業利益，開始關注建壩河流中魚類的生態需求，要求水庫運行必須滿足下游魚類的生存所需。如加州水資源管理委員會要求 Los Padres 大壩最低下泄流量爲0.14立方米每秒，以維持河道內基本的魚類生境。

1958年美國開展的魚類生態需求研究

（研究報告見https://digitalcollections.library.oregon.gov/nodes/view/287464）

到二戰後，隨着環保運動的興起（比如看過三體的盒友們應該對那本1962年出版的《寂靜的春天》有印象，這本書的出版被認爲直接掀起了環保運動的大發展），環境保護逐漸成爲公衆輿論、科學研究、政府制定政策時的關注熱點。

《寂靜的春天》

到七十年代，各國開始通過法律形式引入環境保護：美國1969年通過的《國家環境政策法》，加拿大（1973年）、澳大利亞（1974年）、德國（1975年）等國家也相繼引入類似制度。我國在1979年的《環境保護法（試行）》中首次確立了環境影響評價制度。

2 常見大壩及水電站類型

在進一步討論大壩對環境的影響之前，有必要先了解幾種常見的大壩和水電站類型，這會幫助我們理解不同類型工程的生態影響差異。

2.1 常見的大型水壩類型

按照壩體結構材料和受力方式，常見的大型攔河水壩主要分爲土石壩、混凝土重力壩、拱壩。

土石壩可以認爲是用特定級配（不同粒徑組合）的土、石頭，按照特定方式堆起來的一個大土堆，靠壩體材料的內摩擦力或粘聚力保持壩體穩定。在迎水面（擋水的那一面）或者土堆中間採用粘土、混凝土、瀝青、土工膜等做一個防滲層，實現擋水的目的。著名的有雅礱江兩江口水利工程（壩高295m）。

土石壩

混凝土重力壩可以認爲是一個用混凝土澆築起來的山，重力壩靠自身巨大的重量抵抗水推力，其截面通常是上窄下寬的三角形，以保證穩定。重力壩結構簡單、運行可靠，但耗用混凝土量大。我國的三峽大壩就是混凝土重力壩。

混凝土重力壩

拱壩可以認爲是用混凝土修建起來的一個空間殼體，依靠將水壓力傳遞給兩岸山體保持穩定，因此壩身可以比重力壩薄得多，材料用量省。拱壩需要兩岸峽谷巖壁非常堅固穩定，因此選址要求苛刻。一旦建成，拱壩景觀優美、技術含量高。我國金沙江上的白鶴灘水電站大壩（壩高289米）就是目前世界最大的拱壩。《城市：天際線》中的水電站也是雙曲拱壩形態。

拱壩

2.2 常見水電站類型

有了大壩這個攔河蓄水的基礎，我們再來看水電站的常見開發方式。

水電站通過水輪機和發電機組，將水的重力勢能和動能轉化爲電能，其發電出力可採用以下公式計算：

N=gHQη

式中：N爲水電出力，g爲重力加速度，H爲水頭（水位差），Q爲過機流量，η爲水輪機效率。（小黑盒爲什麼不能輸入公式，甚至不能斜體？）

可以看到其主要的兩個要素就是水位差和流量。而流量大小是河流的固有屬性。

 

因此，按照獲取水位差的方式，可以將水電站分爲：壩式開發、引水式開發、混合式開發。

壩式開發：靠修建大壩蓄水，抬高水位，獲取發電用水位差。壩式水電可以形成大型水庫，兼具防洪、供水等綜合效益，但建設週期長、投資巨大，淹沒影響廣泛。

壩後式廠房

引水式開發：在落差較大的河段，依靠修建引水隧道，截彎取直，繞過曲折河道後在下游出口處利用天然落差發電。通常只需要低壩或堰（抬高少許水位引流），大大減少淹沒範圍。引水式電站常見於山區峽谷，如最近開始開發的雅下梯級就是引水式開發，我國比較著名的還有錦屏二級。

 

引水式電站示意圖

錦屏二級

混合式開發：既修建大壩，也修建引水隧道，共同抬高發電水位差。這種模式工程更復雜，但在地形條件合適時可大幅提升發電效益。

 

此外，近年來興起的抽水蓄能電站也值得一提，抽水蓄能通過建設上下兩個水庫，在用電低谷時抽水到上庫存能，在用電高峯時放水到下庫發電釋能，相當於一個巨型的水力電池。根據上下庫的類型可以分爲純抽蓄（上下庫均爲人工開挖，而非天然河道）、混合式抽蓄（利用天然河道上的水庫作爲上庫或下庫）等，它們對環境的影響與常規水電既有相似也有獨特之處。

3 水利工程的環境影響

本文從建設蓄水階段和運行階段兩個方面介紹大壩的環境影響。

前者是工程落成、水庫形成時帶來的直接改變，後者是水庫長期調度運行過程中產生的持續影響。

此外，在全球氣候變化背景下，大壩的環境影響還呈現一些新特點，本文也有簡單介紹。

3.1 水庫修建與蓄水階段

3.1.1 水環境及水生生態

攔河大壩最直接的生態影響，就是阻斷了河流的連續性。許多洄游性魚類習慣在江河中洄游繁殖，上溯到上游產卵場產卵、下泄到下游或入海處生長。一座大壩豎起後，這些魚的洄游通道被截斷，重者可能種羣滅絕。

被大壩阻隔的洄游魚類

最“著名”的就是長江干流自從修建葛洲壩和三峽壩後，多種洄游性魚類資源急劇衰退。中華鱘等珍稀魚類原本每年要從海洋洄游至四川宜賓一帶產卵，但1981年葛洲壩截流後洄游距離縮短了約1000公里，許多歷史產卵場從此無法抵達。

事實上，全世界河流中洄游魚類普遍因大壩而陷入危機（美國早期的水電開發對鮭魚等魚類的影響巨大，畢竟河流直接斷流了，一滴水都不放，不過那都是現代環保運動興起前的事情了。“前朝的劍，還想斬本朝的官？”）：魚道等措施不完善時，一些逆流而上的魚被迫在壩下滯留，難以上溯到其歷史產卵場，從而導致其無法繁衍。

此外，大壩蓄水改變了河流的水流情況：原本流水河段變成水庫庫區，水流變緩，很多喜流水魚類（尤其是喜急流的魚種）在新環境中難以適應。

一些產漂流性卵的魚類，其卵產出後需要在流水中向下遊漂，水流變緩也會導致魚卵沉底被“淹死”（是的，魚卵被“淹死”）。

而一些產粘性、沉性卵的魚類，魚卵產出後需要粘在石縫中，或沉在細沙裏，產卵場需要特定的底質。水壩建設後，會在上游攔截泥沙，給下游下泄清水，導致河流底質改變，進而造成魚卵難以正常孵化。

同時，庫區水體往往出現熱分層（夏季表層水溫高、深層水溫低，垂向交換減少。水庫深層的水就像井水，一年四季溫度都不怎麼改變，而發電引用的水都是較深處的水，相對正常河道表現出來的就是夏季水溫變低，冬季水溫變高），水流溶解氧分層，當夏季水庫深層形成冷水層後，從壩底放水可能造成下游河水異常偏冷、含氧量低，對下游魚類和其他水生生物造成不利影響。

水庫水溫與溶解氧分層

3.1.2 陸生生態

大壩建成蓄水後形成的水庫，會淹沒原有的陸地生境。庫區淹沒線以下的森林、溼地、農田、村莊將被淹沒，陸生動植物棲息地因此消失或被分割。

對於行動緩慢的爬行動物、兩棲動物以及一些小型哺乳動物來說，水庫蓄水可能使它們來不及遷移而喪生。即使對於大中型野生動物，大面積水庫往往形成生態阻隔，使種羣交流受限。棲息地破碎化可能導致某些局地特有物種滅絕風險上升。

除了淹沒直接影響，在施工期間，大壩料場開採、公路建設等也會破壞周邊植被、噪聲和爆破擾動野生動物。

土石料開採場

3.1.3 區域氣候

同時，大型水庫對當地的氣候有一定影響，但範圍有限、程度輕微。大面積水體由於水的熱容量大，日間吸熱、夜間放熱的效應明顯，因而緩和了局地溫度日較差。

研究觀測表明，大型水庫使庫區附近夏季白天溫度略降低，夜間和冬季溫度略升高，總體更加溼潤。同時，水庫蒸發增加空氣溼度，霧日可能增多或在特殊條件下減少，這取決於當地大氣環流狀況。

不過這些影響通常侷限在幾十公里範圍內，屬於微氣候調整，對更大區域的氣候影響可以忽略不計。例如，三峽水庫蓄水後，有研究稱重慶主城區霧天有所減少、氣溫年較差縮小，但這都是細微變化。

三峽蓄水前後庫區周邊的氣候因子變化

總之，只有極大型的水庫纔可能形成可觀測到的局地氣候的輕微改變。

3.1.4 地質、河槽與溫室氣體排放

水庫蓄水後，庫區的地質、水文條件發生突變，可能帶來一些地質災害隱患。

首先，庫岸的穩定性會降低：原來的山坡長期露出水面，忽然被水淹沒後，岩土飽水軟化、庫岸應力重分佈，容易導致滑坡、塌岸。特別是在蓄水初期或水位迅速波動時，庫區時常發生滑坡。

例如，1963年意大利瓦依昂水庫就發生大規模山體滑坡，掀起巨浪淹沒下游，釀成慘劇（當然這種極端事件比較罕見，而且有趣的是這個大壩異常堅固，被兩百多米的巨浪衝擊後仍然安全）。爲防範此類風險，大壩蓄水前通常要對庫岸進行詳查、實施必要的削坡或邊坡加固。

瓦依昂滑坡湧浪事件

其次，水庫蓄水還可能誘發地震。所謂“水庫誘發地震”是指蓄水導致庫區及附近地區發生的地震現象。統計顯示，全球壩高超過15米的3萬餘座水庫中，有記錄誘發地震的不到0.3%，分佈在29個國家。絕大多數庫區地震震級很小（3級以下）、集中發生在首次蓄水至正常蓄水位期間且震源淺，對工程和周邊環境影響有限。

水庫與地震相關研究，內容你們自己翻譯罷

其形成機理還在研究中，但較一致的觀點是：庫水滲入地殼深部，增加了斷層孔隙水壓力，降低了斷層摩擦強度，相當於把原本臨近破裂的地殼推了一把，從而誘發地震。然而因爲這些水引起的應力改變很小，往往只能觸發本來就蓄勢待發的微小地震，所以水庫地震一般小震多、大震極罕見。

同時，水庫建設會導致河槽變化。水壩攔截了上游來沙，導致水庫上游江段泥沙大量淤積，下游則出現清水沖刷。

這會引發一系列連鎖反應：庫區逐漸被泥沙淤高，最終可能影響水庫壽命、庫容，並影響壩體安全；下游由於失去泥沙補充，河牀會被清水沖刷下切，河底顆粒越衝越粗，形成所謂河牀鎧甲化。

河道下切不僅破壞沿岸地下水位和溼地，還可能威脅堤防和取水設施安全。世界許多大河的三角洲海岸侵蝕，也與水壩攔沙密切相關。比如尼羅河三角洲因阿斯旺高壩建成後入海泥沙銳減，海岸線在20世紀顯著後退。

最後，有趣的是，水庫形成後還涉及溫室氣體排放問題。

庫區淹沒了大量植被和土壤有機質，水下厭氧分解產生甲烷和二氧化碳等氣體，通過出水和擴散進入大氣。這一點在熱帶雨林地區大壩尤爲明顯，因爲淹沒生物量大、溫度高。

鄱陽湖、洞庭湖、三峽庫區消落帶的甲烷排放

需要強調的是，水電站整體的碳排放遠低於同等發電量的化石燃料電站。據聯合國原子能機構和IPCC估算，水電每度電生命週期排放約爲24克二氧化碳當量，而燃氣發電爲490克、燃煤高達820克。

因此從全球氣候角度看，水電仍是清潔能源的重要選項。不過在大型水庫運營管理中，也開始注重通過清理倒木、科學調度水位等措施來減少溫室氣體釋放，儘量降低這方面的生態足跡。

3.1.5 流域與全球性影響

若從整個流域甚至全球尺度看，水利工程還帶來一些有趣的變化。

前面提到大壩攔沙會影響河口三角洲，比如輸沙量降低會導致三角洲萎縮和海水入侵風險上升。再比如，河流泥沙減少可能影響近海漁業生產，因爲許多近海生態系統依賴河流輸送的營養物質。（不過實際上的水利工程的影響非常複雜，黃河梯級水庫調水調沙，每年往下游輸送大量以前淤積在河道和水庫裏的泥沙，每年還可以在入海口新增一些國土面積）。

黃河入海口

除了生態，水壩還對地球地貌和自轉產生微小影響。水庫蓄了幾十億噸水在較高的陸地上，這些水本來要流入較低海洋。如此一來，地球質量分佈發生了輕微改變。NASA的研究曾指出，人類建造的大型水壩自19世紀中葉以來累積攔蓄的水量，使得地球自轉軸發生了約1.1米的偏移。地球自轉也因此極其輕微地變慢，每天長度增加了幾微秒的量級（“震驚！水庫建設竟然導致每天變長！在高海拔地區建設水庫造成的影響更大！”）。

例如那篇引發爭議的帖子裏說“水庫影響地球磁極”，實際上指的就是這種極微小的地球慣量變化。實際情況是：包括全球數千座大壩把大量水從海洋囤積到陸地上，地球自轉像花滑運動員張開雙臂一樣，轉的慢一點了，但是僅僅是一點點。

非要說的話，2004年印尼蘇門答臘大海嘯引發的板塊移動讓每天的長度縮短了2.68微秒。甚至季節性的大氣環流、洋流、冰川融化對地球自轉的影響都遠超大壩。

蘇門答臘大海嘯

3.1.6 其他

大壩蓄水還會淹沒人文景觀和文物古蹟。例如，埃及阿斯旺水庫淹沒了許多努比亞遺址，不得不啓用國際力量平移拯救像阿布辛貝神廟這樣的文物；我國三峽工程淹沒區內也遷移保護了大量文物古蹟。這些文化損失有時無法用金錢衡量。

白鶴梁水下博物館，至於爲什麼在水下你別問

此外，大壩建設往往需要大規模移民安置，對社會經濟帶來衝擊。水庫形成後，庫岸土地利用由耕地變水域，也會影響沿岸人類活動和生計結構。這些因素這裏就不說了，說多了容易引發大夥鑑證（

3.2 水庫運行階段

工程完工、庫區淹沒帶來的直接衝擊之後，水壩進入常規運行階段。此時的環境影響主要來自水庫的調度方式：也就是如何蓄水、如何放水。

與自然河流流量過程受流域降水、宏觀氣候變化的支配不同，水壩讓河流變成了“水龍頭”，可以人爲控制流量和水位。這對水資源利用大有益處，但對環境來說，則意味着河流水文節律被顯著改變。

有研究提出“自然水流範式”（Natural Flow Regime）理論，認爲河流的水量-水位的季節變化、洪水頻率、枯水持續時間等特徵是水生生態經過千萬年演化所適應的條件。一旦這種自然節律被人爲打亂，水生生態系統難以適應，就可能出現退化。

3.2.1 水環境與水生生態

水庫運行調度直接改變了河流的下泄流量過程。

常規的水庫一般在豐水季節攔蓄洪水、枯水季節補水放流，於是下游河道的水文季節節律被顛倒或削平：洪峯消失了，一年中最高水位降低；枯水不再枯，旱季也維持較大流量。

對人類來說這當然是好事，但對依賴季節洪水繁殖的魚類來說，卻是災難。

長江中下游的草魚、鰱魚等“四大家魚”就需要在5-7月氣溫達18℃以上時遇到洪峯刺激才同步產卵。如果水庫把洪峯削平，這些魚可能錯過繁殖信號而卵巢退化。

四大家魚，青草鰱鱅

三峽大壩建成後，科研人員發現四大家魚產卵規模下降，現在長江流域已經採取大規模的人工生態調度來緩解這種影響（後文的改善措施會介紹這一案例）。

類似地，一些魚的洄游路徑和時機也受到影響。如果上游還有引水式電站，那麼原河段因爲水被分走，常年減水甚至斷流，棲息地完全改變；而引出的水可能在遠下游匯入河道時造成突然的脈衝流量。

總之，大壩改變了河流的水量季節分配、流速過程和溫度泥沙等水質特性，這對整個水生生物羣落的影響深遠。

當然，還有些影響比較隱蔽，例如水庫泄洪放水時，大量空氣溶入水體，水體過飽和，下游魚類可能患上氣泡病；又比如清水下泄減少了濁度，反而讓掠食性魚更易看清獵物，改變食物網結構；水庫發電的引水口流速較大，可能將一些在庫區生存的魚類卷吸入水輪機，造成魚類死亡。這些複雜效應仍在研究中。

除了流量，水溫也是關鍵因素。前述的水庫熱分層導致冷水下泄現象，就是運行期典型的問題。

下游河段水溫低於歷史同期，會抑制魚類代謝、生長和繁殖。

如果下泄孔有分層取水措施（選擇表層溫暖水）可以緩解水溫的影響，但很多老壩並未設計此功能。

分層取水措施

營養物質和污染物方面，水庫攔蓄使上游攜帶的有機碎屑、泥沙養分大部分沉積，導致下游河水貧營養化，不利於河口三角洲和近海漁業；另一方面，如果上游有污染物，水庫可能像“水質緩衝器”一樣滯留部分污染，但也可能因爲長時間停留而形成藍藻水華、低氧區甚至釋放底泥中累積的重金屬，造成次生污染。

爲量化大壩對水文的改變，有研究提出了IHA（水文變異指標）等指標體系，包括年度極值流量、頻率持續時間、季節分配、變化速率等多個指標。這裏可以用這些指標簡單解釋一下水量和水量過程重分配造成的影響：

一般來說，大壩會削減洪峯頻率和峯值、拉長低流持續時間、改變季節峯值出現時間，還有增加日內流量波動（如果是水電調峯運行的話）。

其中：

• 洪水減少意味着河漫灘溼地無法定期淹沒補水，導致溼地乾涸、親魚產卵場消失；

• 低流期延長意味着枯水棲息地不足，兩岸淺灘乾涸生物死亡；

• 季節錯位可能影響魚類洄游時序；

• 日內頻繁波動則造成“水位暴漲暴落”，幼魚和底棲動物容易被擱淺死亡，河岸植被也難以紮根。

特別值得一提的是水電站的調峯運行：當電網負荷高時水電猛放水發電，負荷低時關機蓄水，這種劇烈的的急劇放水-停水。這種操作表現爲河流夜間乾涸見底（夜間電網負荷較低，發電引用流量較小）、日間洪水暴漲（日間電網負荷較高，發電引用流量較大）。有研究發現，水電廠下游魚類幼體經常因爲水位驟降而擱淺死亡，生態影響嚴重。

近年，隨着大規模的風電、光伏接入，水電開始被用於平衡風光電的波動性，被頻繁啓停（這一點在後文有詳細敘述），這也給環境帶來了新的壓力。

3.2.2 陸生生態

水庫建成後的陸生生態影響主要表現在庫周和下游區域。

首先，局地氣候變化可能繼續影響陸生動植物：例如庫區溼度增大，周圍植被羣落可能出現與溼度相關的演替；溫度日較差減小對某些物候的影響等。不過相比水生影響，這種作用相對次要。

其次，水庫運行導致庫區水位週期性漲落，形成消落帶。在年調節水庫，消落帶通常每年經歷淹沒、露出、再淹沒過程，是一個特殊的生態過渡帶（在季調節、月調節、日調節水庫這種影響更加顯著）。

由於頻繁乾溼交替，消落帶土壤貧瘠、不利植物紮根，常形成一圈光禿禿的泥灘或稀疏草甸。大幅度水位波動抑制了庫岸植被，也就減少了原本可能存在的溼地生境。

水面邊緣那一圈寸草不生的就是消落帶

同時，水庫長期抬高上游水位，會抬升周邊地下水位，導致庫區周邊坡腳和下游河岸出現滲溼滲漏。可能引起農田鹽鹼化、岸坡穩定性下降等，需要工程加固處理。

下游方面，由於河流水文情勢改變（特別是洪水過程），河漫灘和泛洪平原生態系統首當其衝。許多下游溼地、湖泊等過去靠汛期洪水補給，如今大壩攔洪後得不到水，變得乾涸。

3.2.3 流域綜合影響

水庫運行對整個流域水沙生態過程的影響非常複雜，需要系統觀測和模型評估。

這裏舉一例：河口和河漫湖泊。它們的生態健康離不開每年上游洪水的補充。建壩後，由於洪峯被削減，湖泊進水減少、水位變化模式也改變，導致湖泊萎縮和富營養化加劇等問題。

又如河口三角洲地區，若上游水壩聯合調度不當，可能加劇下游海水入侵和溼地退化。所以現代水利管理越來越強調流域綜合管理，儘量在興利的同時統籌下游和河口生態需水。

3.3 全球變化下的新影響

近年，隨着氣候變化的進一步加劇和能源轉型的進一步推進。給水利水電工程的環境影響帶來新的特點。

3.3.1 氣候變化

全球氣候變暖使極端天氣事件增多。在水利領域，一個直接影響是極端洪水和乾旱更頻繁。

對於水庫來說，意味着防洪調度更頻繁、更嚴峻：本來幾十年一遇的特大洪水可能幾年內連遇，需要屢次騰庫防洪，下游可能反而體驗到更頻繁的中小洪峯（因爲水庫一次攔不住太多，需要多次泄洪）。反之，極端乾旱頻發又要求水庫多次超常規補水保供，下游生態可能更加依賴水庫放水（比如22年高溫乾旱，水電資源豐富的四川限電）。

四川限電

此外，氣候變暖也在改變高山冰川融水、全年徑流時序等，對依賴冰雪融水的流域來說影響大（例如黃河上游的年平均流量出現顯著的突變）。這些變化增加了水庫運行的不確定性和生態管理難度。

黃河上游年平均徑流MK檢驗及趨勢分析

3.3.2 能源結構變化

當前全球都在大力發展風能、太陽能等清潔能源。但風電、光伏的出力具有間歇性和波動性：比如光伏白天發電晚上停，風電有風無風、風速突然超過風機切出風速等出力差別巨大。因此，爲平衡電網波動，水電被賦予更多調峯調頻職責。

我國部分能源基地都是光伏和水電打包外送，白天太陽能足、水電就少發多蓄水，傍晚用電峯值來臨則水電全開工補上。結果，水庫水位和出流量在日內大幅波動，波動頻率比過去顯著提高。

黃河上游龍羊峽水電站接入光伏前後運行方式變化

抽水蓄能的發展也類似：抽蓄電站每天抽水放水，週而復始。這些快速波動對生態的影響尚在評估，但可以預見的是，如果沒有相應緩衝措施，下游河段生境會更加無常，魚類棲息繁衍可能將更困難。

4 改善措施

雖然大壩帶來的諸多環境問題，但是不修建水壩，洪災、乾旱每年便有可能奪去數百萬人的生命。那麼有沒有辦法在發展水利的同時儘量保護生態呢。世界各國在這方面做了大量探索，以下介紹幾類主要的改善措施：

4.1 生態調度

生態調度，是指在水庫調度運行時專門考慮生態需求，通過調整放水時機和流量過程，來模擬一定的自然水文過程，以恢復生態環境。生態調度往往要犧牲一部分水電或供水收益，但能換來生態系統服務的提升，被認爲是環境友好的工程運行方式。

我國近年來在這方面做了不少嘗試，長江流域四大家魚產卵生態調度就是一個成功案例。

三峽集團和長江水利委員會自2011年起，每年5-6月在確保防洪安全前提下，人爲製造一次“模擬洪峯”：先降低三峽出庫流量，再連續幾天緩慢增加下泄，讓中游河段出現持續上漲的水位過程。這模擬了天然洪水上漲的訊號，刺激“四大家魚”等漂流性卵魚類在江中同步產卵。

2024年向家壩生態調度規則

監測結果顯示，生態調度實施後長江中下游的四大家魚產卵規模大幅回升：2019年調度期間魚卵總量約30億粒，是2011年首次生態調度時的50倍。

這明科學的生態調度可以部分恢復河流的生態環境。當然，生態調度常常與防洪發電存在矛盾，需要多部門協同和公衆理解。例如爲了放個“人工洪峯”，水庫可能要少發電、少供水，這需要政策和管理上做好規劃。但總的來說，生態調度體現了現代工程管理理念的轉變：從單純追求人類利益到兼顧河流本身的需求。

4.2 拆壩

在一些情況下，某些大壩可能弊大於利、或者壽命已到，乾脆把壩拆除反而是對環境最好的選擇。

過去幾十年，歐美國家掀起了“拆壩運動”，移除了大量老舊小水壩以恢復河流自由流淌。美國埃爾瓦河的兩個大壩拆除就是著名案例，移除後河口泥沙供應恢復，海岸侵蝕停止，三文魚重返產卵地。

在我國，雖然大型水壩尚無拆除先例，但對小水電的清理整治已經展開。特別是長江流域生態保護行動中，長江上游和支流一些違規、低效的小水電站被關停或拆壩。

在比較出名的水庫中，我查找到的資料有黃河源水電站已經與2022年完全拆除

2022年黃河源水電站已經拆除

當然，拆壩在現實中面臨的阻力仍然不小：包括投資損失、利益補償、供電缺口、供水缺口等各方面問題。但隨着對生態價值認識提高，一些生態敏感地區的小水電逐步有序退出已經是發展趨勢。

4.3 過魚設施、增殖放流、禁漁

對大多數仍需保留的大壩，我們可以通過工程與生物措施結合，減輕其對生態的阻隔和破壞。一個典型做法是建設過魚設施。這包括魚道（fishway）、魚梯、魚閘、升魚機等多種形式，幫助魚類繞過大壩。

魚道通常是沿岸修建的像樓梯一樣的水槽，水槽內設置跌坎或隔板，形成一連串小水池，魚可以逐級跳躍或遊入上升（有點類似攀爬樓梯休息平臺）。魚梯原理相似，只是更加模擬自然的緩坡淺溪。

魚道

魚閘和升魚機則是人工方法：魚閘像過船船閘一樣，引魚進入閘室後關門注水抬升；升魚機更直觀，就是一個大水箱裝着魚用機械提升到壩頂再放流到上游。根據不同壩高和魚類習性，可以選擇不同方案。

我國近年來在魚道建設方面取得了很多成果，例如青海湖裸鯉（湟魚）每年的洄游新聞聯播都有報道。

青海湖裸鯉洄游

除魚道外，還有增殖放流等生態補償手段。增殖放流是指人工繁育水生物後向河流中定期放歸。許多大壩下游都會建立增殖站和人工魚巢，每年投放魚苗、蟹苗等，補充種羣。例如，在長江宜昌的中華鱘研究所，自1984年以來已經人工放流了超過1000萬尾中華鱘幼魚，以維持這一億年古魚的野外種羣。

增殖放流常與禁漁、自然保護區等措施配合使用，目標是在不利環境下保住物種基因、等待條件改善。例如長江十年禁漁。

4.4 其他措施

除了魚類，大壩建設時也會指定生態補償措施，包括造林種草、溼地恢復、動物遷地保護等綜合措施。例如興建水庫前，捕捉搬遷珍稀動物到安全地帶；對庫區重要植物實施遷地栽培或建立替代生境等；在庫區周邊造林綠化，構建生態走廊減輕棲息地分隔影響等。

5 結語

遊戲世界裏的大壩，往往意味着強大的掌控力：文明6中可以+3住房和+1宜居度；海狸浮生記中可以幫助族羣度過乾旱；城市天際線和維多利亞3中可以提供大量電力。

但是在現實中，大壩在帶來巨大利益的同時，也不可避免的對環境造成影響。正如上文所述，水利水電工程對水生生態、陸生生態、區域氣候、地質水文等各方面都有影響。

當然，我們人類也在不斷研究如何更好的興水利，除水患。通過生態調度、過魚設施、拆壩退壩、增殖放流等措施，我們正在努力的尋找發展與保護之間的平衡點。

事實證明，發展和保護並非不可兼得：隨着觀念轉變、技術進步，可以讓河流在造福人類的同時，儘可能保持自身健康。

最後，這裏是遊戲社區，我想這麼結束這篇文章：現實不能讀檔，不能~，人類在地球online裏的每一個動作，都會寫入自然的存檔。

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注：本文部分段落採用Gemini和ChatGPT潤色。