美国科罗拉多河水坝建设的生态效益

编辑：缅华网文章类型：科学发布于2019-05-06 08:56:09 共5053人阅读

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美国科罗拉多河水坝建设的生态效益

科罗拉多河是流经美国西南方、墨西哥西北方的河流，河流全长2352km，流域面积64.7万km²，水能资源蕴藏量极大，落差达3500m。河流发源于美国西部的落基山脉，流经美国7个州：科罗拉多州、怀俄明州、犹他州、亚利桑那州、内华达州、新墨西哥州和加利福尼亚州，最后流入墨西哥的加利福尼亚海湾。科罗拉多流域内大部分地区气候干旱，素有“美国西部生命线”之称。

科罗拉多河的径流时空分布很不均衡，流域90%的径流量产自上游，流域下游大部分地区产水量少且蒸发旺盛、渗漏损耗巨大。但从流域用水格局来看，下游流域无论是人口密度、城市规模、农业规模还是外调水量均远高于上游区域。

图 1 科罗拉多河流域概况

科罗拉多河流域的水能资源开发可上溯到二十世纪20年代，近百年来，为解决不断增加的水能资源需求和不规律的来水径流之间的矛盾，科罗拉多河干支流上陆续修建了100多座大坝和水电站，总库容约为740亿m3，相当于科罗拉多河多年平均径流量的4倍。其中，干流主要的大型水坝有14座，支流主要的水坝有31座。河流上最关键的两个控制性工程是胡佛大坝和格伦峡谷大坝。

胡佛大坝是科罗拉多河上的第一个大型工程，建成于1935年，是当时世界上最高的拱形坝，坝高213.4m，坝顶长379.2m，其庞大的混凝土拱坝挡住了科罗拉多河的河水，上游绵延160km，形成了美国最大的水库米德湖水库，成为美国著名的休闲旅游风景区。胡佛水坝当初主要是为防洪所建，电力仅为副产品，但建成后却成了南加州主要电力来源。

图 2 胡佛大坝

受到胡佛水坝成功的启发，为了满足未来的用水需求，根据1956年《科罗拉多河流蓄水工程法案》和1968年《科罗拉多河谷工程法案》，美国授权修建格伦峡谷水坝。格伦峡谷大坝坝高216m，始建于1956年，1964年开始运行，历时17年完成蓄水达到正常蓄水位。大坝形成的水库为鲍威尔水库，库容仅次于米德湖水库，是美国的第二大水库。

图 3 格伦峡谷大坝

科罗拉多河上的水坝在电力供应、防洪、灌溉、供水和旅游等方面发挥着重要的综合效益，对生态环境也带来了很多好处：

1、提供生物栖息地

科罗拉多河从高山发源流入盆地，流经很多不同的生态系统，科学家通过选定优先保护的河段及子流域，先以精细的科学过滤法，再用粗疏法确定依靠河流生存的特有物种和它们的栖息地，将整个流域分为45个不同的生态系统类型。科学家对其中的土壤成分、海拔、鱼类、微生物、水生植物、地形变化、雪山冰川、水源、河面宽度、生态状况等进行统计、比较和分析，发现上游河段生态保护得不错，为许多鱼类、其他水生野生动物和众多河岸动植物提供了宝贵的栖息地。针对下游的具体生态问题，由流域各方提出对策并作出预算，采取一系列保护和恢复措施，近年来，包括4种濒危鱼类在内的各类鱼群的生存状况和种群数量已经明显改观。

图 4 科罗拉多河流域的4种濒危鱼类

2、促进地表水与地下水的相互转换

水库建设对上游的一个好处是对渗入该地区的地下含水层水量的贡献。水库周围的广大空间，非常适宜地下水的补给和排泄。地表水和地下水之间往往存在着密切的相互转换作用，这种作用通常使水库在湿润季节补给地下水，在缺水和干旱时期，地下水可以被抽取上来增加地表供水。水库周围水域的浅层地下水在适当条件下以泉的形式溢出地面，用来补充下游河流中低流量条件下的基本流量。有研究表明，科罗拉多河流域上游约56%的基本流量和下游约86%的基本流量来自浅层地下水的补充。

图 5 地表水与地下水的相互转换

3、防洪

科罗拉多河流域的大坝建设对下游的好处是控制洪水，以保护下游的城市和农业免受洪水的破坏。格伦峡谷大坝等水坝的建设，能够蓄水和调节不规律的来水径流，并保证下游用水户的可用水量。

科罗拉多河近年来每年会释放大约1.3亿m³的人造洪水，人造洪水从米德湖的胡佛坝释放出来，模仿天然洪水的流态，流到南部的河口三角洲。科学研究表明，一定量的洪水可以冲刷下游河道，带走更多的河道泥沙，对地下水进行补给，促使当地物种棉白杨和柳树生长，为鸟类提供重要的栖息环境。

4、灌溉

自19世纪起，科罗拉多河流域一直是美国的农业发达区域，90%以上的用水量被用于农业灌溉，流域中下游的亚利桑那州、加利福尼亚州灌溉规模尤为庞大。如加利福尼亚州农业区帝王谷灌区（Imperial Valley Irrigation District），每年通过全美运河从科罗拉多河引用灌溉水量约37亿m³，在干旱河谷地区发展灌溉面积133万多hm²，将南加州从沙漠荒地改造成美国重要的农产品生产和出口基地，灌溉农业产值高达150亿美元。全美运河沿美国和墨西哥边界而建，自建成运行后，边界两侧呈现了完全不同的地貌：美国境内农业生机勃勃，而墨西哥一侧干旱荒芜。

图 6 流域下游主要农业灌区

图 7 美墨边境两侧农业发展对比

5、供水

科罗拉多河为凤凰城、拉斯维加斯、丹佛、盐湖城等很多大城市提供水源。如1993年投入使用的亚利桑那中央工程，是贯穿亚利桑那州中南部的长距离调水系统。工程全长541km，设计年引水量18.5亿m³，为亚利桑那州中部和南部约85个市镇和工业实体、12个印第安人居住区和大约20个灌区，总计约40万km²的地区提供农业和城市用水，同时兼具防洪、泥沙控制、娱乐、鱼类及野生动物保护、减少地下水开采、防止地面下沉、养殖和航运等综合功能。在中央工程建设之前，亚利桑那州下游地区每年大量抽取地下水，地下水超采严重；中央工程投入运行后，下游引水量逐年上升，州内地下水位明显回升。亚利桑那中央工程使400万人受益，约占亚利桑那州人口的80%，受益面积6.22万km²，约占该州面积的20%。此外，流域内还修建了各种引水枢纽，目前科罗拉多河30%的用水量被引入流域外区域。

图 8 流域主要供水系统

6、旅游

对上游来说，大坝形成的水库可以用来划船、钓鱼和进行其他水上运动。随着格兰峡谷大坝等工程建成，美国中西部荒芜人烟的沙漠成为了著名旅游胜地，工程带来了巨大的旅游经济效益，格伦峡谷国家公园每年接待300多万游客。流域每年旅游创收约260亿美元，为亚利桑那州、加利福尼亚州、科罗拉多州、内华达州、新墨西哥州、犹他州、怀俄明州以及墨西哥边境地区25万个与娱乐相关的可持续就业岗位提供了支持。