互动科普

拆除水坝 恢复生态

随着旧水坝被拆除，各种动物们正在成群结队地回到旧时的“故乡”。

撰文 理查德·A·洛维特（Richard A. Lovett）  翻译 冯志华

美国华盛顿州一个名为斯特布勒（Stabler）的小镇的郊外，有一条名为鳟鱼溪（Trout Creek）的山溪，水文学家本特· 科芬（Bengt Coffin）正在此处开展调查。这条山溪曾如一潭死水般沉寂了几十年，正是科芬帮助它再次恢复了生机。

如今，清澈的溪水正快速而又平静地流过赤杨林立的浅滩。但就在5年之前，这里还耸立着一座8米高的水泥墙，水流前进的脚步因此被阻断。水泥墙后的水坝及水库驯服了河流，但对濒临灭绝的虹鳟（steelhead trout）来说，这也使得它们洄游至上游产卵地变得十分困难。

2009年，科芬领导了美国林务局（US Forest Service）的拆除水坝行动，鳟鱼溪再次焕发出生机。水坝和水库移除后留下的伤疤被植被重新覆盖，虹鳟和其他物种的身影，也开始再次出现。

鳟鱼溪的复活，是美国日渐增长的拆坝风潮的结果。美国大约有85 000座水坝，大概一半已经退役，越来越多的水坝正在被拆除。根据华盛顿的一个监督组织American Rivers提供的数据，已有大约1 150座水坝被拆除，而拆除工作主要是在过去20年间完成的。在这样一个许多国家仍在建造水坝的时代，美国却反其道而行之。“这个主意起初让人觉得挺疯狂的，但现在大家都逐渐接受了，” American Rivers的媒体总监艾米·科伯（Amy Kober）说道。

绝大多数被拆除的水坝的高度低于5米，不过最近几年，美国西北沿海地区的几个州，已开始拆除更高的水坝。目前的最高纪录是，美国国家公园管理局（US National Park Service）正在拆除的葛莱恩斯峡谷水坝（Glines Canyon Dam），这座水坝高64米，是华盛顿州艾尔瓦河（Elwha River）上最高的两座水坝之一。想让这些旧水坝满足现代安全及环境要求，需要非常高昂的运营成本，因此水坝管理者做出了拆除的决定。

电力公司拆除水坝的行动，对鱼类保护者来说是一个喜讯。后者一直在探索，如何恢复河流中濒危物种的种群数量。拆坝风潮还为科学家提供了一个意外的研究良机。拆除水坝后，巨量的洪水以及多年累积的淤积物将被释放，从而造成一定的危害。不同的水坝会采用不同手段，将危害降到最低。有些水坝采用了缓和的拆除方法，在数月乃至数年内慢慢地恢复河流的水位；还有一些则采用炸药和其他工程手段，在几个小时内就可以排空水库。

初步数据显示，两种方案都会带来立竿见影的益处。不仅是河流中的鱼类，鱼类赖以生存的栖息地也能成为受益者。就职于美国地质调查局（US Geological Survey，USGS）的地貌学家艾米·伊斯特（Amy East）表示，在目前研究的一些地点，原有坝址的河流生态正在恢复。

水坝退役

在拆毁鳟鱼溪的赫姆洛克水坝（Hemlock Dam）时，科芬和同事决定采用谨慎的方案。赫姆洛克水坝建于1935年，其目的是为附近的一个苗圃园提供电力与灌溉水源，1997年水坝关闭。水坝设有一条鱼梯，鱼类可以经由此处绕过水坝，洄游至上游。但鱼梯十分简陋，利用鱼梯洄游的鱼类数量也在持续减少。

更大的担忧来自水库。水库中填满了沉积物，水坝拆除之前，水库中的水已经非常浅，只到人的大腿中部，人们可以在水库中涉水行走。盛夏时节，水温可以达到26℃，这对于虹鳟来说实在太热了。

当美国林务局决定拆掉水坝时，水库中沉积的泥沙和砾石尤其令人担忧。科芬等人担心，在排空水库时，携带着沉积物的水流会奔流而下，可能伤及水坝下游的虹鳟。“鱼类的幼崽都栖居在那里，我们可不想酿出一起大屠杀，” 科芬说道。

最终的解决方案是，利用一个大管道将水引流，然后雇用一队自动倾卸卡车，将暴露出来的沉积物运走。在工程进行期间，工人们还在水库底部发现了鳟鱼溪的原有河道，他们用原木对河道两侧进行了加固，以防止水流的侵蚀。

这些努力看起来收到了成效。当河水第一次流经旧水库底部时，起初水还很浑浊，但仅仅7小时后，科芬的研究小组就在旧水坝的原有河道内，看到了第一只“重返故里”的虹鳟，“效果很明显，”他说道。

哥伦比亚河流研究实验室（Columbia River Research Laboratory）的鱼类生物学家帕特里克·康奈利（Patrick Connelly）说，在那之后，鳟鱼溪及其支流中的虹鳟鱼数量已经增长了不止一倍，不过他也指出，鱼类数量变化非常大，预计要花上数年时间才能知晓，增长趋势是否会持续。

虹鳟回归并不是拆坝带来的唯一好处。水坝拆除后，人们在旧址上种植了几片赤杨树林，穿越这些树林，通过一片卵石遍布的河滩，便到达了河畔。河滩上卵石的大小介于土豆与长面包之间，人在卵石滩上行走十分湿滑。然而，当科芬看到这些容易使人崴脚的石头时，却非常惊喜，在水坝刚刚拆除时，这些卵石完全不存在。“它们都是被水流带过来的，”科芬说。

这些卵石为鳟鱼营造了良好的筑巢环境，同时这里也是一些昆虫的栖息地，而后者又是鱼类的食物。科芬说：“人们总是关注大型动物，却不知道小虫子也是生态系统中的重要部分。”抵达河畔后，他从河中捞起几块卵石并翻过来，他发现了6种附着在卵石底面的昆虫，其中包括石蚕（caddisfly larva）和石蝇（stonefly）。“水坝拆除的第二年，这里还没有这些虫子，” 科芬满意地说道。

在西北沿海地区其他地方也有水坝被拆除。2007年，俄勒冈州沙河（Sandy River）上的马尔莫水坝（Marmot Dam，14米高）被拆；2011年，华盛顿州白鲑鱼河（White Salmon River）的康迪特水坝（Condit Dam，38米高）被拆。这两次拆除，科芬的研究小组选择了较激烈的方法。

这两座水坝都有将近一个世纪的历史，它们的体积非常庞大，不能采用鳟鱼溪的拆除方案。光是移除鳟鱼溪水库中42 000立方米的沉积物，就花费了近100万美元。马尔莫水坝中沉积物的体积是鳟鱼溪的20倍，而康迪特水坝更是比马尔莫还要多一倍。就职于美国林务局西北沿海研究站的水文研究者戈登·格兰特（Gordon Grant）表示，挖掘并移除沉积物的成本过于高昂，因此项目管理人员选择了更为激烈的手段，简而言之，就是“炸毁并冲走”，这种方式能很快将水坝拆除。

拆毁这两处水坝导致的结果截然不同，但同样令人印象深刻。马尔莫水坝的沉积物中，河沙与砾石的含量基本相当。一旦暴露于水流当中，沉积物会以相对快速而平静的方式被冲刷走，一半的沉积物在8个月内被冲刷干净。研究者还惊喜地发现，鱼类几乎没有受到影响。大坝拆除的第一天，就有好奇的鲑鱼游回了水坝的旧址。

而在康迪特水坝的沉积物中，细质材料的含量更高：有35%的泥浆、60%的河沙，砾石仅有5%。现在想来，水坝拆毁后的结果是可以预测的，但当时却没人有这样的先见之明。

当工程师在水坝底部开凿出一个洞口后，一股黑色液体喷射出来，力度之强与消防水龙头相差无几。工作人员原本预测，凿开洞后，流出的主要是大股水流，但实际上，流出的液体更像是泥浆。随着水位的迅速下降，水库中的沉积物与河水混合在一起倾泻而出，以至于水坝下游满是泥浆。如果按体积计算，沉积物占到了河水体积的28%。仅仅3个小时内，水库中的水和大部分沉积物就排泄出来了。在美国地质调查局喀斯开火山观测站工作的地貌学家乔恩·梅杰（Jon Major）形容道：“这简直就像一场火山喷发。”从水坝到哥伦比亚河交汇口这段5千米的河道，变成了一片泥浆地。伊斯特表示，沉积物汹涌而至，毁灭了这段河流中的所有生物，不过，河流的生态很快就能逐渐恢复。

考虑到可能对生态环境造成的危害，美国国家公园管理局在拆除艾尔瓦河的两座大型水坝时，采取了更加保守的方法。艾尔瓦河的上游，有100多千米的流域都处于华盛顿奥林匹克国家公园北部，而这里是一些生物的原始栖息地。据美国地质调查局水生生态学家詹森·邓纳姆（Jason Dunham）估计，水坝拆毁后，将有1 800万立方米的沉积物涌入河道。这将填满8个标准美式足球馆。在水坝拆除前，每年有大约10 000尾的鲑鱼回到艾尔瓦河中，河中鲑鱼的总量足有数十万尾。

人们不愿意看到，将两座水坝“炸毁并冲走”所带来的风险，于是工程师选择了折中方案。他们快速地拆掉了相对较低的艾尔瓦水坝（Elwha Dam），这座水坝只有32米高，水库中的沉积物总量大约只有容量的六分之一。上游的葛莱恩斯峡谷水坝的容积，则有艾尔瓦水坝的两倍。工程师采取了一系列措施来降低水坝的高度，现在水坝的高度只有9米了。伊斯特做了一个形象的类比，这就像“用三年时间来慢慢地揭开伤口上的创可贴。”

实施这样一系列的巨型工程是值得的，之前人们担心沉积物的排放会带来严重破坏，但科学家并没有发现这种情况。正好相反，河流正在以难以想象的高效率，将破坏环境的泥浆经过下游冲到大海中去，而不是任由其沉积在河道中形成泥滩。伊斯特评价称：“这一结果与起初人们认为的大灾难大相径庭。”

过去10多年，威斯康星大学麦迪逊分校的河流生态学家艾米丽·斯坦利（Emily Stanley）一直在研究拆坝工作，她不认为拆坝将导致灾难性的后果。她提到，目前只有一起例外。上世纪70年代拆除哈德孙河（Hudson River）上的一座水坝时，沉积物中含有高浓度的有毒化学物质多氯联苯类（polychlorinated biphenyls，PCBs），这些物质也同时冲出了水库，流到了河流下游。

对最近拆除的水坝的研究数据显示，在没有坝墙阻挡的情况下，鱼类已经重新返回河中。在康迪特水坝爆破后的数周，科学家就已观察到鱼类正在回归。美国斯迪沃特科学研究院（Stillwater Sciences）的定量生态学家乔迪·兰多（Jody Lando）发现，拆坝两年后，河中鱼类的总量超过了5 500只。其中既有虹鳟，还有大鳞大麻哈鱼（spring Chinook）——在这之前，这种鱼类已经在这条河中完全绝迹了。

即便在葛莱恩斯峡谷水坝没有完全拆除的艾尔瓦河，伊斯特也观察到，数百只鲑鱼已经开始在水坝原有湖床上产卵。她认为：“这是过去一百年从未有过的。”

这些案例能够获得成功，可能在某种程度上也反映了这样一个事实：美国西北沿海诸州的地形地貌，实际上是地质运动（火山爆发、地质滑坡以及洪水）的结果。当地野生动植物不得不接受并适应各种巨变。比如鲑鱼，并不总是洄游至出生地产卵。环境巨变，“大量的鲑鱼无法再回到出生地，它们迷失了方向，”伊斯特说道，于是这些迷失的鲑鱼会重新寻找新的栖息地。

但在美国其他地方，也可以看到大量鱼类回归的现象。威斯康星州巴拉布河（Baraboo River）道上一连串的水坝被拆除后，鲟鱼便回到了原有产卵地。在新英格兰地区，缅因州肯纳贝克河（Kennebec River）及其一支支流上的两座7~9米高的水坝被拆除掉后，灰西鯡（Atlantic alewife）沿着没有阻隔的河道洄游了100千米。American Rivers组织河流修复部门的负责人塞丽娜·麦克莱恩（Serena McClain）表示，在第一座水坝拆除前的1999年，肯纳贝克河上游流域并没有灰西鯡存在的记录。时至2013年，每年洄游的灰西鯡数量已反弹至300万尾。

感性认识与观念变化

下一个面临拆除命运的水坝是加利福尼亚州卡梅尔河（Carmel River）上的科莱门特水坝（Clemente Dam）。这是一座有着93年历史的水坝，建造的初衷是为了提供饮用水，如今由于抗震等级的安全性问题，水坝即将面临退役。伊斯特提到，拆除过程中，即便有不多的沉积物涌出，河床都会升高，两岸价值不菲的房产会被浸泡。因此拆除计划希望能避免这些不良后果。有鉴于此，施工方拟就了一项耗资8 400万美元的计划：在上游靠近水库的一处山脊上，开凿出一个人工峡谷，而后将上游河水分流至峡谷里的排水系统中，绕过水坝并与下游的河水汇成一处。伊斯特赞叹说：“这真是一项工程上的伟大壮举。”

在上游河水汹涌而下时，河流及其生态系统究竟会有何种反应呢？有研究者认为，过去10年间大型水坝的拆除数量剧增，将为这一问题提供宝贵经验。然而，特拉华大学河流地貌学家吉姆·皮祖托（Jim Pizzuto）表示，河流与水坝各不相同，此前的经验和教训难以放诸四海而皆准。

但是，研究者发现，拆坝之后，鱼类找到回家之路似乎是轻而易举的事情。格兰特说：“只要水坝移除，鱼儿们好像自然而然地就能回到故乡。”

这些感性认识是根据目前有限的数据所得出的。研究者正在努力研究，以求得到鱼类回归的详细统计数据。此前在拟定拆坝计划时，主要考虑的是工程上的标准，对鱼类及其他水生生物并未有过多的关注，以至于现在难以收集数据。除此之外，这些数据收集工作往往是由美国各州及联邦机构开展的，当研究人员得到鱼情的评估数据后，数据共享的力度也有限。

不过，情况正在发生变化。对生态系统的影响，在整个拆坝工程中的权重越来越高。这样的例子就发生在缅因州佩诺布斯科特河（Penobscot River）的水坝拆除计划中。当地政府与私人企业合伙，花费6 200万美元买下了水坝，并将其拆除，以便为鱼类提供更好的洄游通道，帮助其重返1 600千米外的河流上游及其支流。

 “驯服河流”的理念在美国曾一度流行，然而，人们的观念也在迅速进化。在康迪特水坝旧址，一对夫妇将车停好后，信步走到了一处俯瞰水景的地点。丈夫说：“我来自一个建造水坝的家庭，我的父亲在羽河（Feather River）、鲁比肯河（Rubicon）以及尤巴河（Yuba）上建造了很多这样的水坝，我也曾参与其中。”

他思忖了一阵，注视着下方40米深处的河水，接着说道：“百年时光如白驹过隙，不是么？如今我们正忙着拆除父辈建立的工程。这真是一件伟大的事情。”河水汹涌直下，泛起白色的浪花，继续流向了下一个百年。

本文作者 理查德·A·洛维特是美国俄勒冈州波特兰市的自由科学撰稿人。