周建平，杜效鵠，周興波

（1. 中國電力建設(shè)股份有限公司，北京市 100048；2. 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市 100120）

0 引言

水電是全球公認(rèn)的清潔、優(yōu)質(zhì)、靈活的可再生能源電力。世界各國無不把水電開發(fā)放在優(yōu)先地位，西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)80年代基本完成其水能資源開發(fā)任務(wù)。大中型水電工程還具有防洪、減災(zāi)、供水、航運(yùn)、灌溉、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用功能，已經(jīng)成為各國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

新中國成立以來，中國政府非常重視水電開發(fā)，持續(xù)將水電開發(fā)任務(wù)納入國家發(fā)展五年規(guī)劃。

2005年之前，水電發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)是解決電力短缺，科研攻關(guān)大水電關(guān)鍵技術(shù)問題，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)體系；小水電代燃料，解決農(nóng)村生活燃料短缺問題。在“十五”收官之年，小水電代燃料工程惠及20萬人，減少年薪柴消耗量16萬t，鞏固退耕還林面積30萬畝，保護(hù)森林面積156萬畝。

國家水電發(fā)展“十一五”規(guī)劃提出“加快發(fā)展水電”和“提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重”，解決“能源需求將持續(xù)增長，能源和環(huán)境對可持續(xù)發(fā)展的約束”問題?！笆晃濉笔侵袊姲l(fā)展最快的時期，水電裝機(jī)規(guī)模突破2億kW，建設(shè)與管理水平邁上新臺階。水電發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出，要在做好生態(tài)保護(hù)和移民安置的前提下，積極發(fā)展水電；水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出，要在保護(hù)好生態(tài)環(huán)境、妥善安置移民的前提下，積極穩(wěn)妥發(fā)展水電，科學(xué)有序開發(fā)大型水電，嚴(yán)格控制中小水電，加快建設(shè)抽水蓄能電站[1]。

不同的發(fā)展階段，雖然對水電開發(fā)提出了不同的要求，但水電服務(wù)國家發(fā)展戰(zhàn)略的基本功能從來沒有改變。水電開發(fā)由最初提供電力商品屬性，到服務(wù)社會的公共產(chǎn)品屬性，到目前江河治理、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)及帶動地方經(jīng)濟(jì)脫貧攻堅(jiān)的屬性，其內(nèi)涵隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和國家重大戰(zhàn)略需要不斷擴(kuò)大。

黨的十八大以來，建設(shè)美麗中國、推進(jìn)綠色發(fā)展、健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系成為新時期國家建設(shè)的重要內(nèi)容?！?030碳達(dá)峰、2060碳中和”是中國應(yīng)對氣候變化做出的莊嚴(yán)承諾。雖然水電開發(fā)已經(jīng)歷高峰階段，但水電開發(fā)仍將大有可為，尤其在設(shè)計(jì)理念與工程技術(shù)方面要進(jìn)一步與時俱進(jìn)、推陳出新。

2021年是“十四五”開局之年，是全面開啟建設(shè)現(xiàn)代化國家新征程的起點(diǎn)，在發(fā)展新階段，貫徹新發(fā)展理念，開創(chuàng)新發(fā)展格局，尤其是大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的當(dāng)下，為什么要繼續(xù)發(fā)展水電？未來水電開發(fā)面臨哪些制約因素？如何積極穩(wěn)妥有序開發(fā)水電？如何在開發(fā)中保護(hù)生態(tài)，在生態(tài)保護(hù)中開發(fā)水電？如何在開發(fā)中實(shí)現(xiàn)利益共享，進(jìn)一步促進(jìn)庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和庫區(qū)移民小康水平？所有這些，都是新時期水電開發(fā)中必須回答的問題。

1 未來水電開發(fā)形勢分析

中國水能資源技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量約為6.87億kW，年均發(fā)電量約為3萬億kWh。截至2020年底，中國水電裝機(jī)約為3.7億千瓦，約占全國發(fā)電總裝機(jī)容量的19%；發(fā)電量約為12000億kWh，占全部可再生能源發(fā)電量的60%以上。水電仍是可再生能源發(fā)電的主力軍[2-3]。

根據(jù)中國水電發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃[4]，到2030年水電裝機(jī)容量約為5.2億kW，其中，常規(guī)水電4.2億kW，抽水蓄能1億kW，水電開發(fā)程度約60%；到2060年，水電裝機(jī)約為7.0億kW，其中，常規(guī)水電5.0億kW，新增擴(kuò)機(jī)和抽水蓄能2.0億kW，水電開發(fā)程度73%，屆時基本達(dá)到西方國家的開發(fā)水平。中國水電仍有不小的發(fā)展空間。

目前，中國總體還處于工業(yè)化中后期和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)期，隨著經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和持續(xù)增長，預(yù)計(jì)未來30年能源消費(fèi)總量仍將保持持續(xù)增長，電力增速更快[5]。2020年，中國發(fā)電需求總量78TWh，其中，可再生能源發(fā)電量19.8TWh，占比25.4%。為實(shí)現(xiàn)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長并兌現(xiàn)國際碳排放承諾，可再生能源電力生產(chǎn)和需求將會有更高的增速。預(yù)計(jì)到2035年、2050年，中國全社會用電量將分別達(dá)到12000TWh和14500TWh，其中，可再生能源發(fā)電量將分別達(dá)到4800TWh和6600TWh，具體見表1。

表1 未來中國能源結(jié)構(gòu)的分析預(yù)測Table 1 Analysis and forecast of China’s energy composition in the future

風(fēng)電、太陽能等新能源將是未來電量增長的主體。但是，風(fēng)電、太陽能發(fā)電具有先天的不穩(wěn)定性、間歇性和波動性，如果大規(guī)模接入電網(wǎng)，需要配套大容量儲能設(shè)施。目前來看，只有大型水庫電站和抽水蓄能電站具備這樣的能力。因此，未來新能源大規(guī)模的發(fā)展也離不開水電開發(fā)。

以國家規(guī)劃的水電基地為基礎(chǔ)，借助水庫的儲能和調(diào)蓄能力及電力輸送通道，建設(shè)水、風(fēng)、光互補(bǔ)的清潔能源基地，將是中國落實(shí)應(yīng)對氣候變化有關(guān)承諾，加速能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要舉措。

結(jié)合水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院可再生能源規(guī)劃研究和其他機(jī)構(gòu)研究成果，筆者提出了未來電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)[6]，如表2和圖1所示，到2035、2050年，預(yù)測可再生能源電力裝機(jī)容量占比將分別達(dá)到65%、75%以上。常規(guī)水電裝機(jī)對應(yīng)需求分別為4.5億、5.6億kW，甚至更高；在可再生能源電力年發(fā)電量中，預(yù)計(jì)2025、2035、2050年，水電發(fā)電量占比將分別達(dá)到48%、31%和28%以上。這說明，在當(dāng)前可再生能源電力中，水電份額占一半以上，未來也將是“三分天下有其一”[6-7]?？梢?，水電開發(fā)在中國能源轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)碳減排和碳中和目標(biāo)中仍將發(fā)揮重要作用。

表2 未來中國電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析預(yù)測Table 2 Analysis and forecast of China’s power consumption composition in the future

圖1 未來中國電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測Figure 1 Prediction of China’s power consumption composition in the future

人均庫容與人均裝機(jī)容量是衡量一個國家基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展程度的重要指標(biāo)[3]。中國水庫總庫容約9000億m3，國土面積與中國大體相當(dāng)?shù)膰?，如俄羅斯、加拿大、巴西和美國的水庫總庫容分別是8000億m3、6500億m3、8000億m3和13500億m3。部分國家水庫總庫容和人均庫容見圖2。相比之下，中國人均儲水設(shè)施嚴(yán)重不足，大江大河的防洪減災(zāi)基礎(chǔ)設(shè)施與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平極不適應(yīng)。

圖2 部分國家總庫容和人均庫容Figure 2 Total storage capacity and per capita storage capacity of some countries

洪水集中爆發(fā)與人工儲水設(shè)施不足的矛盾更加劇了防洪減災(zāi)的壓力。長江上游僅7、8兩月份降水量約占全年降水量的40%。雖然流域已建成大、中、小型水庫5.12萬座，總庫容約3588億m3，但具有防洪能力且參與聯(lián)合調(diào)度的水庫僅有40多座，庫容530億m3。相對于年徑流9500億m3的長江流域，防洪庫容很小。經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求多修高壩大庫、廣建儲水設(shè)施，但同時，人多耕地少的基本國情又限制了水庫大壩的興建。所以，在河流規(guī)劃中只能設(shè)置一定數(shù)量的高壩大庫或“龍頭”水庫。

中國跨流域調(diào)水（引水）工程的水源點(diǎn)往往就設(shè)置在流域水電開發(fā)的龍頭水庫或控制性水庫，如果沒有龍頭水庫和控制性水庫，調(diào)水（引水）工程也就是無源之水、無本之木。

氣候變化影響將導(dǎo)致徑流分布更不均衡。如果缺乏徑流調(diào)節(jié)工具勢必導(dǎo)致洪旱災(zāi)害更加頻繁嚴(yán)重，“治水興邦，以電養(yǎng)水”是國家江河治理的必然出路。所以，無論從能源轉(zhuǎn)型，還是從江河治理，或者是供水安全、生態(tài)安全以及自然災(zāi)害防治的角度，當(dāng)前和未來都離不開水電開發(fā)。

2 新時期水電開發(fā)的任務(wù)和挑戰(zhàn)

未來水電開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)在川、滇、藏。要積極推進(jìn)金沙江上游、雅礱江上游、大渡河干流、雅江下游等水電基地建設(shè)，打造藏東南“西電東送”接續(xù)能源基地[4，9]。

挖掘東中部地區(qū)水能資源潛力。根據(jù)能源轉(zhuǎn)型需要，優(yōu)先考慮現(xiàn)有水電工程的擴(kuò)容改造，充分發(fā)揮水電調(diào)節(jié)作用。總結(jié)流域梯級水電站建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)，開展水電開發(fā)后評價工作，推行中小流域生態(tài)修復(fù)。

落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)要求，控制中小水電開發(fā)。按照干流開發(fā)優(yōu)先、支流保護(hù)優(yōu)先的原則，嚴(yán)格控制中小流域、中小水電開發(fā)，保留必要生境。在水能資源富集的西部地區(qū)，重點(diǎn)開發(fā)資源集中、環(huán)境影響較小的大型河流、重點(diǎn)河段。棄水嚴(yán)重地區(qū)，除水電扶貧工程外，“十四五”暫停小水電和無調(diào)節(jié)性能的中型水電開發(fā)。表3列出了“十四五”可能的水電開發(fā)項(xiàng)目。

從表3可見，大多數(shù)水電工程位于西部深山峽谷區(qū)域，地理環(huán)境特殊，構(gòu)造背景復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，水庫移民安置難度大，工程技術(shù)和建設(shè)管理都將面臨前所未有的挑戰(zhàn)[4]。一是強(qiáng)地震和重大自然災(zāi)害對工程安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅的挑戰(zhàn)；二是高寒、高溫、高濕、強(qiáng)風(fēng)、缺氧、強(qiáng)紫外線輻射等特殊環(huán)境因素的挑戰(zhàn)；三是地處偏遠(yuǎn)、運(yùn)輸條件差、建設(shè)條件艱苦，建設(shè)成本高，存在工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會可行性的挑戰(zhàn)，必須直面問題，創(chuàng)新思路，攻堅(jiān)克難，推動水電開發(fā)可持續(xù)發(fā)展。

表3 預(yù)計(jì)“十四五”水電開發(fā)項(xiàng)目Table 3 Projects predicted for hydropower development during the 14th Five-Year Period

3 水電開發(fā)新理念

3.1 增強(qiáng)生態(tài)文明意識，突出生態(tài)優(yōu)先

水電開發(fā)對河流水文情勢和生態(tài)環(huán)境的影響客觀存在。工程開發(fā)要做到環(huán)境影響利大于弊。水電開發(fā)對環(huán)境影響的客觀評價很難，唯有深入系統(tǒng)和長期的監(jiān)測對比研究，才能揭示其影響的本質(zhì)和效應(yīng)，而且還應(yīng)該從人類社會的可持續(xù)發(fā)展角度衡量利弊得失[6]。

水電開發(fā)應(yīng)把維系河流健康和良好生態(tài)環(huán)境作為重要任務(wù)，持續(xù)開展生態(tài)環(huán)境影響監(jiān)測分析和保護(hù)修復(fù)恢復(fù)措施研究。具體而言，第一，要研究各種水生生物，尤其是瀕危魚類的生息和洄游規(guī)律，優(yōu)先保護(hù)重要水生生物的棲息地；第二，在有序適度開發(fā)干流的同時，在干流河灣或其支流建造人工濕地，維持類自然河流河段，為水生生物保留生存與發(fā)展的生態(tài)空間；第三，在工程布置上，要研究分層取水、魚類增殖、大壩過魚設(shè)施和生態(tài)流量泄放設(shè)施，維系河流生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性和完整性；第四，在電站運(yùn)行調(diào)度中，要把生態(tài)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度結(jié)合起來，優(yōu)先保障河流水生生物必需的生態(tài)流量。

高原、高寒或凍土區(qū)域，水土失衡、物種稀少、生態(tài)脆弱、植被再生困難，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，環(huán)境承載力低，容易誘發(fā)綠洲萎縮、河道斷流、土地荒漠化等問題。西部水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響既有共性問題，也有特殊問題，需要針對性地開展調(diào)查研究和分析評估工作，提出應(yīng)對措施。

河流水電開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響研究涉及大氣環(huán)境、局地氣候、陸生生物、水生生物、人類活動、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展社會等方方面面，是一項(xiàng)長期的、系統(tǒng)性和專業(yè)性很強(qiáng)的工作，要從流域尺度、梯級開發(fā)導(dǎo)致流域整體性和系統(tǒng)性發(fā)生演變的角度，從人類社會發(fā)展角度，深入研究河流水生生態(tài)的變化和演進(jìn)，通過水庫大壩的合理布局和梯級水庫群的科學(xué)調(diào)度，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和河流生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，維持人與自然的和諧。

3.2 增強(qiáng)合作共享意識，做好移民安置

未來水電開發(fā)集中的西部地區(qū)也是中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對落后的地區(qū)，與脫貧攻堅(jiān)重點(diǎn)區(qū)域在行政區(qū)域上高度重合，水電開發(fā)應(yīng)將脫貧攻堅(jiān)以及鞏固脫貧攻堅(jiān)成果列為重要任務(wù)，讓移民搬遷成為發(fā)展契機(jī)。

一方面，水電開發(fā)應(yīng)尊重項(xiàng)目所在地政府和群眾意見建議，得到當(dāng)?shù)卣腿罕姷闹С?。只有調(diào)動當(dāng)?shù)卣⒁泼袢罕姷姆e極性，水電開發(fā)企業(yè)才能獲得良好的建設(shè)環(huán)境，推進(jìn)工程開發(fā)進(jìn)程。另一方面，中國大型水電開發(fā)的主體基本上都是國有企業(yè)，甚至是中央企業(yè)。國有企業(yè)承擔(dān)國家發(fā)展使命，肩負(fù)政治責(zé)任、經(jīng)濟(jì)責(zé)任和社會責(zé)任，因此，貫徹落實(shí)黨中央國務(wù)院關(guān)于新發(fā)展理念的決策部署，國有企業(yè)就應(yīng)在移民安置和推動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮更多作用，為提高保障和改善民生水平做出貢獻(xiàn)。

西部地區(qū)，由于自然地理環(huán)境特殊、土地資源稀缺，人地矛盾十分突出，少數(shù)民族聚集、宗教文化復(fù)雜、地方經(jīng)濟(jì)落后，水庫移民安置具有相當(dāng)難度。如何實(shí)現(xiàn)水電開發(fā)利益共享，讓相關(guān)各方—地方政府、移民群體、項(xiàng)目業(yè)主都能從水電開發(fā)中合法合規(guī)獲得合理利益，并且能夠統(tǒng)籌考慮直接與間接、經(jīng)濟(jì)與社會、當(dāng)前與長遠(yuǎn)等方面的利益共享是亟待破解的重大實(shí)踐課題。

一要科學(xué)編制移民安置規(guī)劃，創(chuàng)新水庫移民補(bǔ)償補(bǔ)助模式，尊重移民文化和發(fā)展需求，優(yōu)選移民安置地點(diǎn)，提升移民村鎮(zhèn)宜居品質(zhì)；二要創(chuàng)新移民管理及庫區(qū)專項(xiàng)建設(shè)體制機(jī)制，拓寬移民資產(chǎn)收益渠道，推進(jìn)庫區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級，強(qiáng)化能力建設(shè)和就業(yè)促進(jìn)工作；三要加強(qiáng)后期扶持、確保庫區(qū)產(chǎn)業(yè)扶持政策落地，從基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)、技能培訓(xùn)、社會保障、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取有針對性的扶持措施，持續(xù)推動水電開發(fā)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展緊密結(jié)合。

3.3 增強(qiáng)科技創(chuàng)新意識，建設(shè)安全工程

創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路，加強(qiáng)水電開發(fā)前期工作。要深入開展工程建設(shè)必要性、可行性研究論證，查明工程區(qū)基本條件和認(rèn)識工程建設(shè)重難點(diǎn)問題。為此，需要廣泛開展水文泥沙、工程地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境等調(diào)查研究，對開發(fā)方式、開發(fā)規(guī)模、工程總體布置、關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行多方案研究比較優(yōu)化，從而為開發(fā)決策提供可靠依據(jù)。

西部河流山高谷深，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，工程地質(zhì)問題突出，水電開發(fā)中壩基、邊坡和地下工程的巖體變形穩(wěn)定，樞紐工程防震抗震，建筑物材料抗冰凍和耐久性等問題突出。此外，高海拔缺氧環(huán)境施工條件差，施工作業(yè)困難，效率低，質(zhì)量控制難度大。因此，需要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)新材料、新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，提升工程建設(shè)能力。在新材料方面，研發(fā)具有高抗凍性、抗碳化性的高性能混凝土材料，寬適應(yīng)性的瀝青混凝土和復(fù)合土工膜防滲材料，耐紫外線照射的長效防腐耐磨金屬材料，高自流性、快硬、早強(qiáng)防凍型灌漿材料。在新技術(shù)方面，要研究深厚覆蓋層壩基處理技術(shù)，高水頭大流量泄洪消能防護(hù)技術(shù)，高壩高邊坡工程防震抗震技術(shù)，深埋地下工程及高陡邊坡巖體變形穩(wěn)定控制技術(shù)等。在工藝及設(shè)備方面，要開發(fā)大壩填筑碾壓、混凝土防裂、深覆蓋層基礎(chǔ)處理、圍巖固結(jié)灌漿等設(shè)計(jì)施工的工廠化、自動化和智能化裝備和工藝。

當(dāng)前信息技術(shù)迅猛發(fā)展，工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理已普遍采用BIM技術(shù)，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資源。信息化、數(shù)字化和可視化技術(shù)大幅提升了工程建造水平和效率。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、北斗導(dǎo)航、“4S”等新技術(shù)還將進(jìn)一步促進(jìn)設(shè)計(jì)、建設(shè)和工程運(yùn)行高效化和智能化?；跀?shù)字化的水電工程全生命周期管理系統(tǒng)、流域綜合信息系統(tǒng)不久也將在行業(yè)內(nèi)普遍推廣。

4 結(jié)束語

水電開發(fā)既是帶動新能源發(fā)展、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少碳排放的需要，也是實(shí)現(xiàn)水資源綜合利用、防災(zāi)減災(zāi)和保護(hù)生態(tài)的需要，未來30年，水電仍需積極開發(fā)、大力開發(fā)，水電開發(fā)大有可為。

未來水電開發(fā)的主戰(zhàn)場集中在藏東南三江、雅江中下游、雅礱江和大渡河。大多數(shù)水電工程處于西部深山峽谷地區(qū)，自然地理環(huán)境特殊，區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜，水土生態(tài)環(huán)境脆弱，移民安置難度增大，工程技術(shù)和建設(shè)管理都將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

新階段水電開發(fā)必須貫徹新發(fā)展理念，開創(chuàng)新的發(fā)展格局；必須創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，統(tǒng)籌水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水電開發(fā)與移民發(fā)展，增強(qiáng)科技創(chuàng)新引領(lǐng)和信息化支撐作用，只有這樣，才能做到工程安全、環(huán)境優(yōu)美與社會和諧相統(tǒng)一。