第1章 概述
1.1 背景及意义
1.1.1 研究背景
水电是世界上主要能源之一，自1878年法国建成世界上第一座装机容量25kW水力发电站以来，至2007年，全世界高15m以上的大坝有5万多座，水电装机容量已超过8.48亿kW，年发电量达3.04万亿kW·h，占技术可开发电量的20.8%，经济可开发电量的39.5%。多数发达国家水能开发度都在60%以上，其中美国开发了82%以上，日本约84%，加拿大约65%，德国约73%，法国达到90%，意大利超过90%以上。水电能源提供了全球大约1/5的电力，在可再生能源发电量中占95%。
我国水能资源丰富，居世界首位，根据2003年全国水力资源普查成果，我国水力资源理论蕴藏量6.9亿kW，技术可开发量5.4亿kW，经济技术可开发量4.0亿kW。“十五”以来，随着我国经济社会飞速发展导致的能源需求持续增长、水电开发技术的不断进步，我国水电行业发展快速。1949—2000年的52年中，我国水电总装机容量0.8亿kW；“十五”期间新增水电装机容量0.4亿kW，2005年底总装机容量达1.2亿kW；“十一五”期间新增水电装机容量0.9亿kW，2010年底总装机容量达2.1亿kW；“十二五”期间新增水电装机容量1.03亿kW，2015年底全国水电装机总容量达3.20亿kW。目前，我国水电总装机容量约占全球的1/4，稳居世界第一。
从分布情况看，我国水电开发主要集中在金沙江、雅砻江、大渡河、红水河、乌江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江中游等西南主要河流（河段），这些主要河流水能资源技术可开发量为2.7亿kW，占全国总量的50.2%。西南地区是中国水能资源的富集区域，同时也是我国喀斯特地貌分布集中并发育典型的地区，西南喀斯特地区具有生物多样性丰富、生态系统脆弱的特点，这些区域很多与重要生态功能保护区、生态屏障布局区域重合，有的处于大江大河的源头区域，有的位于地质和地震活跃带上，水电开发的生态风险不容忽视。
2005年12月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出：“在保护生态基础上有序开发水电。统筹做好移民安置、环境治理、防洪和航运。”2007年6月，《中国应对气候变化国家方案》中提出：“在保护生态基础上有序开发水电。把发展水电作为促进中国能源结构向清洁低碳化方向发展的重要措施。在做好环境保护和移民安置工作的前提下，合理开发和利用丰富的水力资源。”2010年10月，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》指出要“在保护生态的前提下积极发展水电”。
2020年水电总装机容量将达到3.8亿kW，年发电量1.25万亿kW·h，替代火电，相当于每年减少温室气体CO2排放约9.3亿t，减少SO2约1063万t。
此外，随着我国人口的不断增长，城市化进程的不断加快，国民经济的快速发展，以及全面建成小康社会的不断进行，为满足防洪、供水、发电、航运等方面的要求，未来我国仍需要修建大量的水工程。
水电水利建设项目在为人类带来巨大的经济利益和防洪安全保障的同时，也在不同程度上造成河流形态的均一化和非连续化，水文情势变化人工化，这些变化往往导致水域生物多样性的丧失，并对水生态系统的完整性及其功能产生广泛而深远的影响。拦河筑坝带来上、下游水文情势变化，引起库区和下游水质、水温等水环境改变；大坝阻隔、下泄低温水、河段减（脱）水、气体过饱对鱼类生境产生不利影响；水库淹没鱼类产卵场。研究表明：在众多影响因素中，水文情势对于维护河流生态系统完整性至关重要，它是引起水温、水质、水生生物变化的基本因子，而大坝的阻隔是对河流水流动最明显、最直接的改变，直接影响鱼类回游通道，水库淹没鱼类产卵场，它们都对水生生态，特别是鱼类产生影响。
随着流域水电水利开发程度的加深和人类对生态环境认知能力的提高，水电水利工程建设对生态的影响也越来越引起有关部门和公众的重视。我国水电水利开发环境影响研究开展的时间虽然较早，但由于水电水利建设项目的规划、设计、建设、运行中对生态环境保护问题认识不足，相关基础研究比较薄弱或工作滞后，特别是涉及河流及其水生生态保护等关键技术方面，如生态流量及其保证措施、大型分层取水进水口、过鱼设施、鱼类增殖放流站等，缺乏相应的设计理论、方法、标准、规范和工程实践，影响了环境保护措施可操作性，不利于环境保护措施落实及其效果发挥，不利于水电水利开发与环境保护协调发展。
根植于贵州省的贵阳院长期从事喀斯特地区水利水电建设环境保护工作，积累了丰富的科研、环境影响评价、环境影响后评价、竣工环境保护验收、环境保护设计方面经验。从20世纪90年代中期至今已经20多年，这一阶段正是贵阳院在贵州岩溶山区开展水利水电工程建设最为辉煌的时期，随着“西电东送”拉开序幕，短短的20年间，贵州省境内喀斯特地区10个大型、7个中型水电站相继建成投产，标志着贵州的大、中型水电资源已基本开发完成。
为系统地总结贵阳院及相关单位在喀斯特地区水利水电建设环境保护工作，2015年8月，贵阳院决定编写《喀斯特地区水电水利开发环境保护技术研究与实践》专著，由贵阳院生态工程技术研究中心组织技术力量，魏浪任本书主编，徐海洋、赵再兴、马卫忠担任副主编，参加编写的近30人。
1.1.2 研究意义
（1）是国家水资源开发与能源发展的战略需要。我国水电资源储量世界第一，理论蕴藏量为6.9亿kW，技术可开发量为5.4亿kW，经济可开发量为4.0亿kW，其中国家规划的十三大水电基地主要分布于西南地区。水利是国家基础设施建设的优先领域，关系国计民生，近些年西南地区水利项目也进入建设的高峰期。
近年来，水电水利工程对生态环境的负面影响备受国内外广泛关注，并引发诸多争议。我国水电水利开发已经由过去的技术和资金瓶颈阶段进入到了生态瓶颈阶段，研发生态友好型的重大水电水利工程设计技术及对受影响河流生态环境的修复，是保障水电水利可持续开发，实现水资源开发与能源发展战略的重要举措。
（2）是保护河流生态环境的需要。河流具有重要的水文功能、地质功能和生态功能，河流自然功能中最基本的是水文方面的功能。从一定意义上说，水文方面的功能决定了其他方面的功能，水文方面的特性决定了其他方面的特性。水电水利开发在取得巨大的社会、经济、环境效益的同时，最主要的影响是改变河流的水文情势，从而对河流生态环境产生深远的影响。尤其是流域梯级水电建设，影响范围广、因素复杂、周期长，有些影响具有累积和滞后效应。在水电水利工程规划设计中，提出维护河流生态功能的生态流量、减小低温水影响的分层取水措施，恢复鱼类回游通道的过鱼设施，对于保护河流生态环境具有重要的意义。
（3）是构建喀斯特地区生态友好型水电水利工程规划设计体系的需要。在“建设资源节约型和环境友好型社会”国家战略目标的指导下，有必要对传统水电水利工程规划设计理念与技术方法进行创新，进一步吸收生态学的理论和方法，实现人与自然和谐相处。目前，我国关于水电水利工程规划设计的理念、方法、标准不能满足生态保护的需要，迫切需要创新设计方法、建立设计标准体系。在引进、吸收、消化国外相关研究成果和借鉴国内相关研究成果的基础上，以喀斯特地区水电水利工程为依托，针对水电水利工程主要环境影响，提出减缓负面影响的对策措施，总结环境保护工程规划、设计、建设和运行经验，建立和完善水电水利工程生态保护工程规划设计方法体系，对构建生态友好型水电水利工程规划设计体系具有重要意义。
（4）是水电水利开发环境管理规范化、科学化的需要。我国的水电水利环境保护管理始于20世纪80年代初，到80年代后期，大、中型水电水利建设项目基本建立了比较健全的管理程序和环境影响评价技术规范。1988年颁布了《水利水电工程环境影响评价规范》（SDJ 302—88），1992年颁布了《江河流域规划环境影响评价规范》（SL 45—2006），2002年修订颁布了《环境影响评价技术导则（水利水电工程）》，但这些规范主要适用于指导水电水利工程的环境影响评价工作，对缓解环境影响仅提出了对策措施要求，对于指导水电水利工程环境保护工程设计显得过于宏观和原则。因此，健全和完善水电水利工程环境保护设计标准体系，为水电水利开发环境管理规范化、科学化提供技术依据是非常必要的。