大坝阴影下：争议中的水利设施建设
本文来自微信公众号：一只建筑精 （ID：Arch_Elf），作者：揪揪、潘小包，编辑：白雎，审核：言西早，原文标题：《水坝公案：非议下，还要建设现代水利基础设施吗？》，题图来自：视觉中国
一、绿孔雀案
2020年3月20日，昆明市中级人民法院判决中国水电顾问集团于2016年动工建设的戛洒江一级水电站停止建设。一审判决认为案涉水电站的淹没区包含绿孔雀在生物学上的栖息地，一旦淹没，很可能对绿孔雀生存造成严重损害，因此，判决建设方在现有环境影响评价下，立即停止案涉水电站项目建设，不得截留蓄水，不得对该水电站淹没区植被进行砍伐。
2013年，中科院西双版纳植物园在读硕士顾伯健在玉溪市新平县绿汁江河谷调查时发现了绿孔雀的生活痕迹。不同于我们在动物园里常见的源自东南亚的蓝孔雀，绿孔雀是我国的本土品种，而近数十年里，由于误食农药毒杀以及栖息地被大片破坏，绿孔雀在国内的数量锐减，从1995年的一千余只到近十年来学术界未寻踪迹。
而顾伯健此次调研途中从老乡那里惊喜得知了我国本土的濒危物种绿孔雀的活动行踪，新鲜的孔雀羽毛和粪便都证实了绿孔雀真实地在这片河谷里生活着。但紧接着他也从老乡口中得知了另一个消息，这片河谷即将因为修建戛洒江水电站的而被淹没，而水电站的淹没区正包含了大片本就破碎化的绿孔雀栖息地。
红河谷中隐藏的绿孔雀栖息地，摄影顾伯健
绿孔雀在江边活动，摄影张炜/野性中国
对绿孔雀栖息地可能造成潜在毁灭性影响的水电站就是戛洒江一级水电站。它是当时云南省玉溪市境内投资最大的水电项目，2016年3月项目开工，动态总投资约39亿元。戛洒江一级水电站一方面在建设过程中带动地区人口就业，促进上下游产业链发展甚至包括当地第三产业；另一方面项目建成后将以提供清洁能源为主助力当地经济产业发展，同时兼具灌溉、旅游等功能。可以说，该项目对增加当地财政收入和社会经济发展起到深远的影响。
2017年3月顾伯健再次来到绿汁江河谷的时候，这里已是尘土飞扬、浅滩与森林都已面目全非，想要挽回这个濒危物种在国内的最后的家园已经不能再拖。他辗转联系到了“自然之友”“野性中国”这样的环保组织，他们尝试了与环保部座谈、向水利部等相关部门写紧急建议信等方式但无法得到明确的结果。最终还是向楚雄市中级人民法院提起诉讼，诉讼得到受理后水电站终于暂时停工。
正在建设中的戛洒江一级电站，图源野性中国
在多年来工程建设凶猛推进、带给人们经济收益、便利生活以及技术骄傲的背景下，绿孔雀案是中国首例濒危野生动物保护预防性公益诉讼案件，并且以环境保护一方的胜诉告终，一边主流声音宣告庆祝着这个里程碑式的环境公益案件，一边戛洒江水电工程在山体上留下的坝基、引流洞等未完成的混凝土巨构也诉说着水利基础设施在功勋褪去后面临的无奈与困境。
二、水利建设的激情岁月
在人们往常的思想中，高大的水坝和宽阔平静的水库代表着工程建设的瞩目成就，它们通常具有防洪、灌溉、航运、发电、供水、调水调沙以及旅游等惠民功能。
而这次进入人们视野的绿孔雀案却将生态保护与水利建设博弈的话题推向舆论的风口浪尖，生态保护与工程建设孰轻孰重，一时间让人难以取舍。其实这是2000年以来，全球水利设施建设进入成熟期人们才开始意识到的问题。
而在此之前得益于工业革命以来各领域科学技术的发展，材料工程和施工机械等诸多新兴技术在水坝建设中广泛应用，现代水利设施从20世纪初开始了如火如荼的建设热情期，在60至70年代达到峰值，主要分布在亚洲、欧洲和北美，到现在全球已建设水坝5.8万座，（预计）到了2050年，地球上的大多数人口生活的区域将处于大型水坝的下游。
1. 关于“巨大”本身
与人们日常见到的服务生活、以人体尺度为基准的建筑物不同，水利基础设施建设在自然环境中，依靠高大宽阔的水坝截断河流，为整个地区供水供电。大坝巨大的尺度首先就形成了视觉冲击，物理的“巨大”也使其在技术难度和社会影响等方面要面对更多挑战和强烈的反响。
1936年，美国科罗拉多河上高达221米的胡佛大坝建成，开创了世界现代大型水坝先河，标志着美国进入“大坝时代”。胡佛大坝的体量之惊人，至今仍是美国最大的大坝。从坝顶俯瞰坝身，仿佛从80层的高楼往下看，置身其中唯觉自身的渺小和大坝的雄伟。
20世纪70年代，巴西与巴拉圭合作修建了当时世界上最大的水电站——伊泰普大坝，比横断尼罗河的阿斯旺水坝还大六倍。在大坝建设潮中，筑坝高度也在不断刷新，1989年，苏联本想建成高335米的世界最高坝——罗贡坝，至今还没有竣工。
2. 完备的产业链
大型工程的建设投入和难度至少是地区级别的，特别像水利工程，通常选址在地处偏远，人烟稀少地质条件困难的地方，修建过程中技术革新甚至需要凝结一个国家最杰出的人力物力。每座大坝建设情况不同，面临的技术难题不同。
比如，在混凝土大坝浇筑过程中如何尽快消解大体积混凝土的固化放热是许多国家建设过程面临的难题。以胡佛水坝为例，这座高221米、长379米、消耗336万立方米混凝土的重力坝如果采用一次性连续浇筑的方式建造，释放出的热量需要125年以上的时间才能硬化，而水坝在大量放热膨胀再收缩的过程中还会产生裂缝。
为了解决这个问题，工程师们创造性地将坝体分成230个垂直柱状块浇筑，并采用了预埋冷却水管等措施解决了大体积混凝土的散热时长问题，这项创造对世界上混凝土坝施工技术的形成和发展都有重大影响。
分块浇筑的胡佛大坝，图源Autodesk University
大型水利设施从设计到施工再到最后建成投产，需要靠一国完整的工业体系、齐全的工业门类、丰富的产业链条支撑起来，一方面它需要国家强大的经济实力、科研力量攻克技术难题，一方面也提供了大量就业岗位，串联上下游产业协同发展，是政府逆经济周期调节的重要变量。
上世纪三十年代美国经济大萧条期间，胡佛政府兴建胡佛大坝。工人和他们的家庭来到荒漠中的小城拉斯维加斯，让这里人口激增，加之合法化赌博等刺激政策让拉斯维加斯成为繁华的赌城。图源：视觉中国
3. 水库的生态价值
除了绿色产电，水利工程还有其他诸多生态效益。水库工程，尤其是大型水库工程的建设形成了面积广阔的人工水面，水面面积的扩大导致蒸发量的增加，在一定程度上改善库区周边的小气候，使得库区周边的气候更加湿润。
新安江水库——千岛湖，图源淳安发布
浙江的千岛湖和广东的万绿湖就是因为水库工程的建设形成的人造景观——其实两者分别就是新安江水库与新丰江水库。这两座水库也是目前我们工程实践改善生态环境的最著名的例证。
4. 超级工程的国家战略
水利基础设施工程建设意义往往关系着国计民生，解决了制约着经济发展和人民安居乐业的难题，具有国家战略意义。
南水北调工程分为东、中、西三条线路，图源新华网
兴国与治水，在开国之初国家领导人就提出了南水北调的构想，经过50年的研究论证，在2002年动工建设的一系列南水北调水利基础工程，其解决了我国夏汛冬枯，北缺南丰的水资源时空分布不均衡问题。
南水北调工程是世界上规模最大、距离最长、受益人口最多、受益范围最广的调水工程，也是极端复杂的系统性工程，沟通了长江、淮河、黄河、海河四大流域，初步形成了我国“四横三纵”的国家水网框架以及南北调配、东西互济的水资源配置格局。
南水北调工程全面通水7年来，受益人口达1.4亿人。40多座大中型城市的经济发展格局因调水得到优化，一度干涸的河湖也重焕生机。
相比于城市之中的超级工程，这些城市之外的基础设施往往不被人们熟知，但它们也默默地为遥远的城市服务着，所以有了《超级工程》《国之重器》这样介绍我国近年来举世瞩目的工程建设的纪录片。新闻媒体的宣传一方面让这些大众视线以外的巨无霸们被理解，更重要的是，超级工程背后凝结的国家力量和对自然社会深远的影响力也成为了一个符号化的国家形象。
三、“大坝革命”后，水坝们怎么样了
在我国十三五规划中将淡水资源定为城市发展的刚性约束，“以水定产，以水定城”，水资源对城市、工业、农业发展起着至关重要的作用。水利工程久久为功，久而久之给人一种错觉，就是随着河水的千古长流，电站大坝也会一劳永逸的运转下去。
1. 老化问题与愈加频发的极端天气
水坝建设热情的高峰期从20世纪早中期开始，到了我们生活的2020年代，彼时建设的上万座的大坝都到达了50年设计寿命的期限，很多都在50~100年的寿命周期中运行。因此，直至2050年，老化问题是全世界范围内的大型水利设施正在面临或即将面临的。
1900年以来全世界每年大坝的建设数量，来源ICOLD WRD， 2020
2017年2月加州奥罗威尔大坝主要溢洪道的裂口是近年来发生的较为严重的水利设施危机。
1968年奥罗威尔大坝（Oroville Dam）建成之后，作用是将羽毛河（Feather River）的水流引向加利福尼亚的州级水利项目，支持圣华金谷（San Joaquin Valley）的农业灌溉和加州南岸的市政及工业用水。同时水坝还保护着附近居民免受数年一遇巨大洪水的侵害。
平稳运行数十年后，2017年2月加州突如其来的连续强降水撕裂了大坝的主要溢洪道，主要溢洪道排洪不利、紧急溢洪道未及时开启，由于无法预测大坝的泄洪能力能否保证水位不溢出上游水库，当地官员组织了羽毛河下游的18万多人撤离，并搬迁了一家鱼类孵化场。
主要溢洪道的破损始于道中的裂口，最终发展成了将溢洪道完全撕为两段，图源维基百科
奥罗威尔大坝此次危机成因比较复杂。一方面，主要溢洪道上的裂口指向了工程老化和维护问题；一方面，紧急溢洪道也因为潜在问题而未能及时启用。
其实早在2005年就有第三方环保人士在监测中提出了加固紧急溢洪道衬里以及管理手册更新的建议，但联邦能源监管委员并没有采纳，因为紧急溢洪道的使用频率极低、而维修费用高达1亿美元。大坝的洪峰承受能力评估和日常管理也未更新，水库调节手册最后一次更新还停留在了1970年，流量图表基于四十年前的气候数据和径流预测，没有考虑气候变化和1986 年和1997年的大洪水。
随着全球气候变暖，频繁发生的极端天气也增加了水坝事故的发生可能。因为水坝抵抗洪水的使用极限是根据数十年或百年的灾害发生极值设计的，近年来高频率的暴雨、或永久冰川融化都在加剧水坝的承受压力。
在大坝投入生产的漫长运行周期里，大坝本身的物理条件和自然环境都在发生变化，人工治理河流并非一劳永逸。
2. 生态困境
一如开文提到的备受关注的绿孔雀案，水坝拦截流域产生的生态问题是近年来反对水坝声音不断的另一个因素。水坝发电产生的电能虽然属于清洁能源，但是水坝建设前后，其所在河流流域的生态环境截然不同，水坝的生态困境在于泥沙淤积、蓄水后淹没陆生珍惜植物、阻隔河流洄游鱼类的繁殖等。
胡佛水坝建成后也剧烈地改变了科罗拉多河三角洲流域的生态环境。科罗拉多河曾经每年向海口输送170立方米营养丰富的淡水，这些淡水滋养了北美最大的湿地之一，是许多越迁太平洋的候鸟的栖息地，而上游建设的大坝和改道的河流几乎阻断了淡水，只有农业盐水径流和工业废水到达这里。
白鹈鹕，数以百万计的鸟类经过科罗拉多河三角洲向太平洋航线迁徙，图源Sonoran Institute
海水倒流使三角洲的水的盐度提高，原本繁荣的湿地面积缩小到原来的5%、而且变得碎片化，湿地蕴含的丰富的生物种群也随之消失。面临濒危情况的有在科罗拉多河生活了200万年弓背鲑、全球不足十只的小头鼠海豚等海洋生物，也有对湿地栖息地依赖强烈的候鸟。
科罗拉多河三角洲的Montague岛周围的潮滩和河道都只剩盐草，图源Sonoran Institute
同时，受气候变迁影响，美国西南部出现多年持续干旱，使得落基山脉冬季降雪量减少，而这也导致科罗拉多河的水源减少，流量大不如前。原本拦蓄水流，灌溉农田、提供电力是水利基础设施的基本功能，而现在河流面临着缺水断流，作用锐减的考验，这将造成粮食和工业减产。
3. 社会反应
水利工程这样的庞然大物一般由政府或极具实力的地方富贾建设，对于普通民众来说在建设期间往往要忍受施工带来的噪音污染、淹没区的居民甚至要“背井离乡”，忍受了漫长痛苦的建设期再享受水坝的种种益处也算是先苦后甘。但随着使用年限增长，物理老化和生态问题都逐渐积累了周边居民对水坝建设的不满，自下而上的反对声音也此起彼伏。
2001年开始，日本熊本县坂本村的渔民公会开始了“复兴球磨河”的反思和抗议活动。因为1955年球磨河上的荒濑大坝建成以来，当地重要的洄游鱼香鱼数量骤减给以捕鱼为生的当地渔民生活造成了巨大打击。
除了香鱼，这里还能捕到鳗鱼、土附鱼、蟹等等。人们会用手工制作的简单工具捕捞土附鱼和绒螯蟹作为家庭菜肴或小吃，有些小孩子还会捕很多鱼卖给大人，然而在大坝建成数年后这些生物大都销声匿迹。噪音、振动、水源污染、恶臭种种生态变化产生的环境问题困扰着周围居民，被迫改变的生活生产方式让居民们无法适应。
拆坝势在必行，但显然又是一笔巨额开销，经历了无数轮抗议举证调查、管理者的换届，2010年3月荒濑大坝终于停止使用，成为了亚洲首例拆除的电用大坝。
荒濑大坝拆除前后，球磨河在卫星地图上的变化，图源arasedamtekkyo
四、恢复野性河流
除了技术性老旧导致的安全危机和扰乱当地生态系统这两个最严重的负面影响，维持效能低下的老旧水坝也面临着高昂的维修和设备更新支出；但如果选择拆除水坝，水坝为这片地区制造的经济效益就不复存在，拆除本身也需要耗费大量资金，此时是否继续维持水坝运营就成了当下许多临近设计使用年限的水利设施面临的困难选择。当下处理这些年老水坝的措施主要是：完全拆除或部分拆除并加以改造，还有少部分选择保留水坝坝体，但停止其发电运营、调水疏浚的功能。
在水坝建设热潮过去后的几十年里，人们快速意识到了大型水利设施的两面性。专业工程人员和非政府环境组织甚至创建了欧洲大坝拆除大奖，以鼓励水坝拆除运动。
欧洲大坝拆除组织（Dam Removal Europe）的网页。该组织用于交流有关拆除案例研究、分享新闻和信息以及上传影像记录的网站，是为了大坝拆除运动、恢复河流原生状态提供支持和指导的平台。
移除美国埃瓦尔河大坝和格伦峡谷大坝：拆除大坝、后续的生态恢复工作
目前为止，拆除的这些水坝大多是小规模的水利设施。美国埃瓦尔水电站大坝和格伦峡谷大坝的拆除则是较为典型大型水利设施的拆除案例。
1970年后美国拆除的水坝数量。Red bars – large dams (height >15m); blue bars –medium-sized dams (height between 5m to 15m); green bars – small dams (height <5m). Data source: www.AmericanRivers.org/Dams.
就像城市中废弃过时的工业厂房需要通过建筑师改造回归其所处的城市文脉——回归市民生活，处于自然中的水坝们也需要回归它们所处的环境——自由奔腾的山川河流。
选择将水坝完全拆除不仅意味着工程师们需要制定、实施安全有序的爆破工作、清理造成干扰的工程遗迹，更重要的是，科学家和生态学家要通过长期地监测、评估、生态介入，让这片被人工干扰过数十年的流域融洽地回到当地生态环境里。
从 2011 年大坝拆除的第一年开始，植物学家和志愿者就开始使用附近植物中心温室种植地种子重新种植以前的河床。恢复植被计划的目的是在早期阶段让来自周围森林的自然种子散布于河床，然后利用原生植物种子逐渐重新种植植物品种。
上：埃瓦尔河大坝植被恢复收集的种子；下：无线电标记 Elwha 河中的红鲑鱼
在河流上游被封锁近一个世纪后，鲑鱼在大坝拆除几个月后开始返回大坝上游的出生水域。利用浮潜调查、无线电遥测和声纳图像等研究方法，生物学家正在监测鲑鱼如何在河流中重新定居。
大坝拆除后埃瓦尔河三角洲的海岸线也得以恢复，数百万立方码的沙子和淤泥被释放到胡安德富卡海峡（the Strait of Juan de Fuca）的近岸水域。
埃瓦尔河的生态恢复工作还在持续监测引导中，一些品种鲑鱼的恢复也提高了食物链上其他昆虫、鸟类、鱼类、哺乳动物的丰富度和分布情况，也有一些品种的鲑鱼数量迟迟没有恢复。
这两座人工建造的巨构长达近一个世纪的存在对当地生态系统的影响是相当持续的，即使在大坝拆除之后的十年里也能看到生态环境的变迁。科学家还观察到，植物品种分布和生长情况与河床沉淀物细致或粗粝的情况有关，也就是说水坝影响的土壤情况长远地影响了生物种群的发展，未来鸟类或其他物种的栖息地也将受到影响。
改造法国POUTèS大坝：降低坝高、鲑鱼洄游
位于法国阿列河（Allier River）上的Poutès大坝可以视为一个创新的大坝改造案例。这座大坝是在第二次世界大战期间未经官方授权建造的，坝高17米，容量240万立方米，已经生产水力发电超过50年。
Poutès大坝的存在让当地的原生物种卢瓦尔河大鲑（the great Loire salmon）几近消失。1980年代以后，非政府环境保护组织一直希望拆除这座大坝，但大坝的运营方EDF显然不能轻易同意。经历了长达20多年的争执，2011年双方终于达成了一个折衷的方案：首先是将大坝的坝高降低到7m（原计划是降低至4m），再修建鱼道以恢复鲑鱼的迁徙路线；改造方案另一项重要创新建立了将沉积物阶段性释放至河流下游的机制。
改造前的Poutès大坝（2015，EDF）部分拆除后的大坝（2021年，photo R.Epple）
泥沙运输机制通过安装 2 个中央闸门来实现，这让在地质性洪水发生的特殊时间内、和卢瓦尔河鲑鱼每年春秋规律性洄游时上下游的泥沙可以流动。在鲑鱼洄游的三个月里，进水口大门打开，交叉装置将为鱼类提供完全通透的游动环境，这三个月中运营方将完全停止水电生产。
2019年5月清空河道
2019年8月拆除闸门
2020年8月大坝降至6.5m
五、后大坝时代
云南季雨林中生活的其他鸟类，? 顾伯健。戛洒江一级水电站淹没区影响的不仅是绿孔雀，也包含其所在的极富特色的季雨林生态系统，所以动植物学家为保留这片森林背水一战。
绿孔雀案之所以备受关注，是因为其在国内对于环保公益、生物生态、法律判例等领域都有着不同的意义，而从我们建筑学、或者说工程建设的角度来看，它代表着中国水利基建初代热潮褪去后人们对水利设施漫长运行周期里影响力的理性关注。
相较于曾经“宏伟壮观”“治理自然”这样洋溢着英雄主义热情的词汇，经历了数十至上百年与水坝的相处，人们开始意识到人造的巨无霸们虽然在体量上可以一定程度地抵抗自然山川，但终归不能与山脉河流一样恒久。或许“抵抗”一词本就是错误的观念。
在长达70年的运行周期里，德国鲁尔河上的水库哈克特湖（Harkortsee）初始功能是为下端水坝电厂蓄能、也对来自上游河流的工业废水进行净化，后来也发展成为了土生鱼类的产卵区和候鸟的栖息地。图源ruhrverband
水电站这样的大型基建是人类进入工业时代之后才有能力改造自然的创举，经历了二十世纪的蓬勃发展，百余年后的今天，这些令人骄傲的、便捷人们生活的大型工程面临的种种问题也与后工业时代一同到来。我们或许可以将这个时期称为“后大坝时代”。
后大坝时代不代表着水利建设从此停滞，而是将关注点从水利工程刚刚竣工的欣喜，转移到漫长使用周期中的维护工作，以及如何处理“退役”的水坝功勋们，这背后其实隐藏着人们态度的转变：从对抗自然、征服自然到长久地与自然和谐相处。
水利工程是自然中的庞然巨物，往往游离在人们视线之外，就像在建成之初需要媒体将其代表的建设成就广而告之，它们如今面临的种种困境也需要更多的关注，然后提出转型的其他可能。和城市里的亟待改造更新的工业建筑和工业园区一样，抹平记忆是面对时代遗产最原始粗暴的解决办法，退役的水坝可以迎来拆除以外更多的可能。
水坝泄洪后会露出富有营养的淤泥、沙洲，为生态恢复、农业、旅游业都提供了更多机会。在这个学生作业中，景观建筑微介入与牡蛎养殖成为复兴科罗拉多河的手段。World Landscape Architecture (WLA)学生作业：After-Dam—— the Rebirth of ?Colorado river，copyright ?Chen Mao.
本文来自微信公众号：一只建筑精 （ID：Arch_Elf），作者：揪揪（米兰理工建筑研究生在读）、潘小包，编辑：白雎，审核：言西早
