水電工程退役方式研究與決策

王毅鳴，王富強，儲小釗，武明鑫

(1.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024；2.水電水利規(guī)劃設計總院，北京 100120)

0 引 言

經(jīng)過幾十年的建設，我國水力發(fā)電工程在發(fā)電、防洪、灌溉、航運、供水、生態(tài)環(huán)境保護以及旅游等方面都取得了巨大成績和效益。但是早期建設的部分水電工程大壩和其他配套設施的老化，功能逐步萎縮，甚至基本喪失，維護成本增加，效益嚴重衰減，超過或接近設計壽命，隨著這樣的工程越來越多，水庫大壩及其他建筑物的退役已引起各方面重視。將這些達到使用年限、工程不安全、嚴重影響生態(tài)環(huán)境、改造經(jīng)濟效益差的水電工程退役，并將其拆除，符合事物的發(fā)展規(guī)律。但工程的退役方式應適合工程所在地經(jīng)濟社會發(fā)展需要，遵循經(jīng)濟、社會、環(huán)境總體最優(yōu)原則，正確處理相關方的關切，兼顧各方利益，并科學合理地利用水資源。宜結(jié)合水電工程退役研究水力發(fā)電任務退出后承擔其他工程任務的可行性和合理性，有條件時宜將其改造成承擔新工程任務的項目，使水電工程項目可持續(xù)發(fā)展，為社會創(chuàng)造綜合效益。

水電工程退役前應開展工程退役專項評估工作，并根據(jù)批復的評估意見進行退役設計。如果現(xiàn)狀水電工程各類建筑物、設備、設施雖然不能滿足安全、功能、環(huán)保、職業(yè)健康等要求，但通過工程建筑物的拆除、重建、修復、更換、維修等處置措施，可以使工程能夠繼續(xù)發(fā)揮水力發(fā)電及其他水庫功能或功能提升的，也應當不按照工程退役處置。

1 基本概念

1.1 水電工程退役

根據(jù)水利部發(fā)布的有關管理辦法和規(guī)范，水庫降等是因庫容減小，功能萎縮、工程安全等原因，根據(jù)水庫工程等別劃分標準，將水庫工程等別降低進行運行和管理的處置措施。水庫報廢是因庫容或功能基本喪失等原因，廢除水庫功能、拆除或部分拆除主要水工建筑物的處置措施[1-2]。

美國的《退役壩拆壩的科學與決策》[3]對水電工程退役定義為：用于水力發(fā)電的水壩，因未獲得聯(lián)邦能源管理委員會的運行許可而關閉。退役可能包括或不包括拆除發(fā)電引水設施、完全關閉、渦輪機關閉后的安全維護和將壩址恢復建壩前的環(huán)境。

2015年水電水利規(guī)劃設計總院在開展水電行業(yè)技術(shù)標準體系研究時對水電工程退役技術(shù)標準的組成進行了研究[4]，編制了《水電行業(yè)技術(shù)標準體系研究報告》[5]，對水電工程退役定義為，因達到設計使用年限、安全性無法保證、社會需求改變等，而對其實質(zhì)性功能的轉(zhuǎn)換或終止所進行評估及處置的全過程。結(jié)合我國水庫工程降等報廢和水電工程退役的有關研究成果和概念，在《水電工程退役設計導則》[6]編制工程中對水電工程退役的內(nèi)涵進行了進一步的研究和討論，將水電工程退役等概念確定為，水電工程因水力發(fā)電功能終止所進行的拆除或部分拆除主要建筑物等的處置過程。根據(jù)水電工程術(shù)語定義的分析及討論可以釋義為：

(1)引起水電工程退役的原因可以是一個事件或多個事件導致的，其造成的結(jié)果和處置措施是工程發(fā)電功能的終止或轉(zhuǎn)換。是從任務功能的角度確定工程是否退役，即各種原因造成的工程發(fā)電功能消除，不是從水工建筑物或設備等能否使用的角度來定義工程退役的概念。水電工程退役的實質(zhì)是工程項目發(fā)電任務結(jié)束后，對整體工程的處置過程。

(2)水電工程在運行階段，對各類建筑物、設備、設施不能滿足安全、功能、環(huán)保、職業(yè)健康等要求，為使工程能夠繼續(xù)發(fā)揮水力發(fā)電及其他水庫功能或功能提升所進行的拆除、重建、修復、更換、維修等處置過程，是對水電工程更新改造，不屬于水電工程退役的范疇。

1.2 水電工程退役方式

水電工程退役根據(jù)任務的變化和調(diào)整可分為全部退役和部分退役兩種方式。全部退役為水力發(fā)電功能和其他功能全部終止；部分退役為水力發(fā)電功能終止，其他功能全部或部分保留。工程全部退役時需拆除工程及其附屬建筑物，包括對相關影響區(qū)的恢復或復原。部分退役主要涉及以下兩種情況：①僅對現(xiàn)有的水力發(fā)電設施退役，大壩及其他結(jié)構(gòu)保留，該情況下可能會出于安全或維修需要對大壩結(jié)構(gòu)進行一定的維修加固；②部分工程設施退役，包含水力發(fā)電設施控制運行、降低壩高或拆除大壩，該情況要求降低壩高或拆除大壩，而保留其他一些附屬設施[6]。

2 退役水電工程基礎資料

開展水電工程退役評估和設計應首先實地調(diào)研并盡可能廣泛收集工程規(guī)劃、勘測設計、施工、運行監(jiān)測、更新改造、功能和效益、經(jīng)濟與社會影響、環(huán)境影響等基礎資料，并進行全面分析。應考慮與上下游已建和在建涉水工程的相互影響，如上下游因水庫大壩退役需要進行維修、搬遷、重建的引水設施、碼頭、護岸等建筑物；對其他設施的運行帶來的顯著的額外成本[3，7- 8]。

2.1 工程建設任務和效益資料的收集及分析

水電工程退役應通過資料搜集和實地調(diào)查明確退役水電工程在流域內(nèi)發(fā)揮的作用。擬退役的水電工程在工程的不同運行時段發(fā)揮著相應的作用，這些作用隨著工程老化，作用的發(fā)揮在減弱或變化，應開展調(diào)查研究評價工作。如水電工程可能具有供水、防洪、娛樂以及魚類繁殖等綜合任務功能。

應通過資料搜集和實地調(diào)查了解退役水電工程利益相關方和社會關切。擬退役工程所有權(quán)可能涉及國有、民營聯(lián)合體、個人私有等不同屬性的組織，所有權(quán)可能涉及一個、多個單位或團體。另外，工程收益或服務對象也可能涉及較多的單位、社會組織或社會環(huán)境等方面，利益相關方十分復雜。工程的目標任務隨著服務社會及其他受益人的改變而改變。工程的任務與水權(quán)及土地使用責任密切相關，工程進行改造或退役時需對任何受影響方進行辨識[7]。

水電工程退役評估和設計應結(jié)合運行過程工程實際任務和效益計算分析，明確利益相關程度；統(tǒng)計工程實際效益，分析已創(chuàng)造的綜合經(jīng)濟效益。通過詳細的說明擬退役工程的效益，可以明確利益相關方和程度，確定受影響的組織、團體、個人等，也可以確定環(huán)境影響因素。在確定工程退役方式時，這些信息有助于確定可能發(fā)生的影響和潛在的減緩方案措施。水電工程退役應對繼續(xù)發(fā)電進行成本效益分析，具有綜合利用任務的，還應研究退役對其他工程任務的影響。

水庫工程一般會切斷并阻滯沉積物向下游傳輸，工程通過攔截沉積物的輸送降低了水質(zhì)的渾濁度，但也改變了下泄水流的水溫，淹沒了魚類和野生生物的棲息地而對下游漁業(yè)產(chǎn)生影響。對環(huán)境的影響可能是正面的，也可能是負面的。工程退役評估過程中，環(huán)境影響的評估應對這些潛在的影響因素進行討論研究。

2.2 工程水文資料的收集

退役水電工程評估和設計應進行深入調(diào)查研究，搜集、整理、復核、驗證有關工程水文資料和相關信息，應結(jié)合工程項目實際情況開展工程水文泥沙研究與風險評估，判定建筑物退役拆除期間或拆除結(jié)束后的影響。例如，水庫大壩不同的退役方式對防洪效益的影響、不同退役方式涉及到的洪水標準及洪峰流量、洪量；大壩拆除時，不同施工期的洪水標準及規(guī)模。

收集和整理的工程水文基本資料應按照退役工程設計實際需要進行，其內(nèi)容主要有：

(1)設計流域自然地理概況。包括地理位置、地形、地貌、地質(zhì)、土壤、植被、氣候等。

(2)設計流域及河道的特征資料。包括集水面積、河流的長度和支流的分布、縱橫斷面資料。

(3)工程設計的水文計算成果資料。包括徑流、洪水、泥沙、水庫淤積及回水分析計算等資料。

(4)工程運行期的水文觀測、運行資料。包括水位、徑流、洪水、泥沙、水庫淤積等資料。

(5)上下游與退役有關的蓄水、引水、提水工程。包括堤防、分洪、蓄洪、滯洪工程，水環(huán)境工程等。

(6)成果資料。包括流域、工程項目及鄰近地區(qū)有關水文氣象分析及研究成果。

2.3 工程地質(zhì)勘查資料的收集

水電工程退役應根據(jù)工程規(guī)模、建筑物結(jié)構(gòu)形式、工程退役方式、影響區(qū)分析評價需要等開展工程地質(zhì)勘察和評估分析工作。按照退役工程設計需要收集和整理的工程地質(zhì)基本資料，其內(nèi)容主要有：

(1)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性資料。包括地理位置、地形、地貌、地質(zhì)等；原工程設計有關區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性資料、工程場地地震基本烈度和地震危險性分析資料。

(2)水庫區(qū)滲漏及庫岸穩(wěn)定情況。原工程設計水庫區(qū)地質(zhì)勘查資料，水庫庫岸可能存在的地質(zhì)災害問題及防范措施情況。

(3)樞紐工程區(qū)及主要建筑物地質(zhì)勘查資料。主要包括壩址、廠址、建筑物基礎材料特性、地質(zhì)構(gòu)造、基礎及邊坡穩(wěn)定處理措施等資料。

(4)工程主要地下洞室地質(zhì)勘查資料。主要包括地下洞室?guī)r性、構(gòu)造、水位、地應力等情況；洞室支護現(xiàn)狀等。

(5)水工建筑物結(jié)構(gòu)資料。主要包括水工建筑物結(jié)構(gòu)及材料情況；建筑物結(jié)構(gòu)存在的主要功能性和安全性問題及老化情況，地下洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及影響等。

(6)水庫區(qū)塌岸及泥沙淤積資料。主要包括塌岸及泥沙顆粒組成、分布情況、固結(jié)情況等。

2.4 工程建設及運行資料的收集及分析

水電工程退役方式論證和建筑物拆除設計，應收集建筑物及結(jié)構(gòu)材料設計、施工、工程改造及加固、安全監(jiān)測、運行管理等資料，并盡可能按照重新使用拆除的建筑材料為原則進行后續(xù)設計。對現(xiàn)有水工建筑物結(jié)構(gòu)的情況的認識理解對拆除方案的確定至關重要，所有與項目有關的資料應在退役設計之前進行收集，包括所有的施工圖紙、計算書和報告成果。主要應收集以下資料[8-9]：

(1)工程設計及施工資料。如無圖紙，必要時應進行現(xiàn)場測量繪制新圖紙，反映當前建筑物的情況。建筑物的類型和構(gòu)筑材料的處置要求將影響拆除方法的選擇和建筑物的拆除成本。攔河壩拆除前，例如土石壩，如缺失原始的設計及施工資料，則需進行地質(zhì)勘探確定建壩時所用材料的體積及特性。對心墻土料進行檢測，研究填壩土料、石料是否能夠重新利用，或者如何處理及合理選擇處置的地點。盡可能減少材料的堆放場地和對河道環(huán)境影響。

(2)業(yè)主或監(jiān)管機構(gòu)記載的相關信息。包括檢查、歷年修繕的記錄；項目歷史記錄、建筑照片和當?shù)貧v史學會、檔案館和公共圖書館的報紙報道；互聯(lián)網(wǎng)搜索可能可以提供的一些有用的信息資料等。

(3)建筑物材料及試驗數(shù)據(jù)。如，混凝土抗壓強度；混凝土結(jié)構(gòu)中預埋金屬構(gòu)件、鋼筋等。對于混凝土壩，原設計圖紙及施工文件資料在評估過程中十分重要，包括混凝土壩的加固范圍、混凝土強度、預埋的金屬結(jié)構(gòu)位置與型號等。混凝土取芯試驗有助于確定拆除及保留方案的相關材料特性。例如，對侵蝕嚴重的建筑物，若侵蝕深度較淺，且下層混凝土性能良好，則可對該建筑物進行適當改造?；炷疗扑楹突厥绽每赡苡欣诠こ掏艘鄄⑶沂且环N經(jīng)濟的選擇，如有可能，可將混凝土粉碎，作為路基或提供給供料較困難的項目做建筑材料。

(4)工程建設前地形圖。其將有助于確定水庫內(nèi)的原始地面，以估計沉積物體積，并確定壩址區(qū)的恢復或清除范圍。

(5)泄洪建筑物的運行歷史和現(xiàn)狀。

(6)水庫水位、水深、河流縱橫斷面。

(7)水庫沉積物剖面及其工程性質(zhì)、力學指標。

(8)工程處置廢棄物料的地點和運輸距離。

由于現(xiàn)有水電工程的規(guī)模、任務不同，帶來退役研究的范圍以及影響退役決策的因素差異較大，這些因素主要有：環(huán)境供水、市政供水、農(nóng)田灌溉供水、環(huán)境生態(tài)、沉積物的處置、防洪效益，以及這些因素的成本及程度的要求。大壩退役前，往往由于經(jīng)濟原因，使得工程水力發(fā)電功能喪失。水電工程退役設計應結(jié)合工程實際情況研究導致水電退役的原因，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，總結(jié)退役原因一般包括下列幾方面。

(1)水庫大壩對上下游公共安全存在重大影響。工程建筑物結(jié)構(gòu)的安全，特別是水庫大壩的安全是導致大壩退役的主要原因。大壩修繕或改造使之滿足大壩安全標準或滿足環(huán)境要求，而產(chǎn)生的相關費用成本也是導致大壩退役的主要因素。根據(jù)美國一些退役水電工程的經(jīng)驗，完全解決一些老舊水壩工程不安全結(jié)構(gòu)暴露的安全隱患和環(huán)境影響是不經(jīng)濟的。擬退役水電工程的結(jié)構(gòu)安全性問題應考慮以下方面[7]：①主要建筑物老化、存在嚴重缺陷；②建筑物的穩(wěn)定、強度不滿足安全標準要求；③泄洪建筑物或設備不能正常運行；④泄洪建筑物泄流能力不滿足安全標準要求；⑤根據(jù)工程監(jiān)測和運行資料，建筑物為不良運行狀態(tài)；⑥水庫淤積嚴重，威脅工程及河道泄洪和生態(tài)環(huán)境安全；⑦發(fā)電系統(tǒng)老化，難以安全正常運行。工程結(jié)構(gòu)是否滿足工程安全性的要求，需根據(jù)工程的實際情況有針對性地分析研究。如泄洪設施不滿足泄洪要求、壩基較高的揚壓力、孔隙水壓力以及結(jié)構(gòu)變形可能會對工程的安全運行帶來嚴重影響。

(2)工程項目已不符合國家、地方現(xiàn)行的政策法規(guī)要求。例如2018年水利部、國家改革發(fā)展委、生態(tài)環(huán)境部、國家能源局四部委聯(lián)合發(fā)布了《關于開展長江經(jīng)濟帶小水電清理整改工作的意見》，意見中對小水電的建設和運行提出了政策要求主要基本原則：①問題導向，分類處置。全面核查、科學評估存在的問題，按照退出、整改、保留三類，逐站提出處置意見，明確退出或整改措施。②依法依規(guī)，穩(wěn)步推進。嚴格按照有關法律法規(guī)和技術(shù)標準，積極穩(wěn)妥推進整改，尊重歷史，務求實效，避免出現(xiàn)新的環(huán)境破壞和社會風險。③完善制度、規(guī)范發(fā)展。完善小水電建管制度，建立長效發(fā)展機制，健全監(jiān)管體系，加強監(jiān)督管理，既管好存量，又嚴控新建項目。2017年末，甘肅省印發(fā)了《甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)水電站關停退出整治方案》，明確對甘肅省祁連山國家自然保護區(qū)42座水電站采取差別化處理意見，其中9座停建、7座關停退出。

(3)不滿足流域或區(qū)域環(huán)境保護、生態(tài)修復的需要[10]。水電工程退役應開展環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查和初步分析，進行環(huán)境影響評估。環(huán)境影響評估應根據(jù)國家和地方相關法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范、標準，結(jié)合退役水電工程實際情況確定評估工作內(nèi)容?？赡苡绊懝こ掏艘蹧Q策的環(huán)境因素主要包括水質(zhì)，水溫，魚類，重點保護、珍稀、瀕危、特有等重要物種，景觀資源，旅游資源，環(huán)境敏感區(qū)等。需對每一項可能影響工程退役決策的環(huán)境因素開展現(xiàn)狀調(diào)查。環(huán)境敏感區(qū)應按《建設項目環(huán)境影響評價分類管理名錄》或權(quán)威部門發(fā)布的名錄確定。水電工程退役會使環(huán)境因素轉(zhuǎn)換成不同的形式。如水文泥沙情勢、水質(zhì)、水溫受到的影響包括水位、流量、流速、水寬、泥沙輸移、水體濁度、水溫等的變化。水庫取消后，可能導致水汽環(huán)境的變化，從而對當?shù)匾研纬傻年懮鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生新的影響。河流連通性、魚類重要生境、水生生物可能發(fā)生變化，如大壩拆除使河流連通性恢復，水位的變化和泥沙輸移帶來水生生境變化，河道型水生生物替代水庫型水生生物。水位的變化影響植被、陸生動物棲息地進而影響陸生動植物物種的分布。水位變化導致觀賞性的改變，影響旅游。

(4)原設計工程任務或功能變化或消亡。

(5)大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)及其相關設施、設備老化、損壞，存在嚴重安全性問題，且其設施恢復、修繕、改造的經(jīng)濟性差。

(6)水力資源變化等原因?qū)е鹿こ踢\行不經(jīng)濟。

其中，水庫大壩的安全、生態(tài)環(huán)保需要及相應的法律和行政管理責任是導致大壩退役的主要原因。

4 退役任務及退役方式

水電工程建設時水力發(fā)電是工程主要目的和任務，也是工程生命的重要決定因素，往往是由于經(jīng)濟和政策原因，水力發(fā)電功能先行喪失，其他工程任務或部分效益仍在發(fā)揮，故水電工程退役評估和設計工作應重點研究工程的退役方式、大壩的拆除方案，相關方共同決策確定。水電工程退役應基于工程安全狀況、社會影響、生態(tài)環(huán)境影響和成本效益，在比較更新改造和調(diào)整運用方式的基礎上，研究退役的必要性和論證退役方式。

水電工程退役應適合工程所在區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需要，遵循經(jīng)濟、社會、環(huán)境總體最優(yōu)原則，兼顧相關方的基本需求和利益，合理利用水資源，提出科學合理的退役方式，進行退役拆除方案的研究論證和設計。退役方式宜結(jié)合地區(qū)、流域發(fā)展規(guī)劃和河流(河段)水資源開發(fā)規(guī)劃及本工程的實際情況，分析研究各項綜合利用和各利益相關方對本工程的要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析比較確定。擬退役水電工程的庫容規(guī)模往往決定了對流域水資源利用、防洪、社會環(huán)境等方面影響的程度，故擬退役的水電工程應結(jié)合流域水資源利用和減災要求，規(guī)劃和協(xié)調(diào)各項綜合利用要求，分析研究有關的發(fā)電、防洪、供水、通航、灌溉及減淤、漁業(yè)、旅游、環(huán)境保護、水土保持和相關災害情況，協(xié)調(diào)各項綜合利用和各利益相關方對本工程的要求，確定水電工程退役后的其他任務，科學合理的選擇保留或新增的工程任務。水電工程退役方式受多種條件因素制約，相互關聯(lián)、制約，應統(tǒng)籌各利益相關方的要求，分析工程退役后各方面可能達到的目標，確定退役工程任務及主次順序。

例如：帶有水庫的水電工程一般都具有一定程度的防洪效益，防洪效益涉及到發(fā)生洪水時蓄洪以降低工程下游區(qū)域的洪水位。即使工程建設是出于單一的發(fā)電目的，但由于大壩的建設，也使工程建設具備一定的防洪效益。在這種情況下，退役方案的確定主要集中在防洪效益上，應在退役評估的初期進行研究，一旦退役大壩具有明顯的防洪效益，則工程退役方式、大壩完全拆除或部分拆除的方案往往受到限制。

水電工程退役后，可研究將原發(fā)電的興利發(fā)電庫容改造成防洪庫容，創(chuàng)造出新的防洪效益，這將進一步發(fā)揮退役水電工程的作用，同時其也將對工程退役方案，特別是大壩的拆除方案產(chǎn)生重要影響。水電工程退役若能提高關鍵區(qū)域的防洪能力，具有明顯的防洪效益，應研究水電工程退役方式及需采取的措施，應結(jié)合保留功能任務和工程具體情況，確定水位、庫容等，并擬定工程運行方式。

結(jié)合水電工程退役，必要時應研究將原水庫庫容和發(fā)電系統(tǒng)改造成灌溉、城鄉(xiāng)供水、生態(tài)供水工程，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，這將使退役水電工程進一步創(chuàng)造出新的工程任務和作用，對工程退役方式，特別是大壩和其他建筑物的拆除方案產(chǎn)生重要影響，甚至不拆除建筑物，而是進行改建。

水電工程退役涉及的項目用地問題，工程項目用地可劃分為繼續(xù)使用的項目用地、停止使用的項目用地、退役新增用地。我國實行土地用途管制制度，水電工程退役可按照國家有關規(guī)定，結(jié)合水電工程的退役方式研究，合理調(diào)整土地開發(fā)利用方式，將退役水電工程改造成種植、娛樂、魚類繁殖、濕地公園等綜合任務的項目，使水電工程項目可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)造出更大的社會效益。例如，拆除水庫大壩后，原淹沒在水下的土地和農(nóng)田可恢復農(nóng)業(yè)種植或旅游休閑場所。

5 結(jié) 語

水電工程退役方式的論證是工程退役最為重要的研究工作，應在廣泛收集工程設計、施工運行、改造等資料的基礎上，研究現(xiàn)狀工程任務及功能的實際情況，了解已經(jīng)創(chuàng)造的工程效益和工程現(xiàn)狀效益，分析造成工程退役的原因。水電工程退役主要應基于工程安全狀況、社會影響、生態(tài)環(huán)境影響和成本效益，在比較更新改造和調(diào)整運用方式的基礎上，論證退役的必要性和論證退役方式。

由于現(xiàn)有工程規(guī)模、任務不同，帶來退役研究的范圍以及影響退役決策的因素差異較大。水電工程退役評估和設計應系統(tǒng)研究工程的退役方式，宜結(jié)合水電工程退役將其改造成新功能任務的項目，使水電工程項目可持續(xù)發(fā)展，為社會創(chuàng)造綜合效益。