意料之外： 全球水力发电增长会使气候变化加剧

从亚马逊盆地到北方的森林，从湄公河到到喜马拉雅山的山脚，在全球水利发电的热潮中，全世界的河流都被用于建立新的水利大坝。而这些大坝也可以为激增的人口提供饮用水，方便定位地球上江河的位置。3700座新的大坝—其中847座功率超过100兆瓦——已被选定开始建造。

但是支持水利发电的一个强有力的论点是水利发电排放量在现在看来微乎其微。科学家们目前在编撰一份最全面的大坝水库对全球气候和温室气体排放的影响评估。但这并不是好消息。

国际上，研究者们预测，水库—长期以来联合国气候项目认为其为“零排放”—已造成了1.3%的人造温室气体排放。 该研究作者写道，这种程度的排放可与稻田种植或者生物质燃烧的排放量相比。

但是，即便有如此规模的排放，水库排放目前也没有被联合国政府间气候变化专门委员会（UN IPCC）算在评估之内。 事实上，在联合国清洁发展机制下，很多国家目前都符合建造新的大坝所需的碳信用要求。该研究也提出了一个问题，即水利发电是否应该继续算作一种绿色能源，亦或是需要满足联合国CDM的碳信用要求才可发展水利。

大坝不是“不排放”

发表于BioScience 的一项研究着眼于六大洲中267座水库的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氮氧化物（N2O）的排放量。研究所包含的水库总表面面积超过7,7287平方公里（2,9841平方米）。这等同于全世界水库面积的四分之一，全世界水库总共占30,5723平方公里（11,8040平方米）——基本上是英国和爱尔兰面积的总和。

“这项新研究证明水库是甲烷的主要排放体，而甲烷是一种非常活跃的温室气体”，Kate Horner，全球河流组织执行总监补充道，水利大坝“已经不能再被当做是一种清洁绿色的电力来源了。”

该研究梳理了这三种气体的相对排放量，所得出的一个重要的观点是这些气体对全球气温有着不同等级的影响。甲烷和氮氧化物的影响要比二氧化碳强许多倍，并且一旦这两种气体被排放到大气中，它们的影响也会随着时间的推移而不同。这两种气体的排放与短期和长期的排放政策内容息息相关。每度过一个100年的周期，甲烷对全球变暖的影响就会比二氧化碳超出30倍，氮氧化物的影响则会超出将近300倍。

但是该研究的作者也认为，为了快速控制全球变暖、达到巴黎协议所制定的全球排放量目标，所制定的未来20年气候改变政策，与未来100年的气候变化状况其实并无太大干系。因为甲烷（气体寿命大约10年）“比起二氧化碳（气体寿命大约一世纪），在大气中相对短寿，”研究作者写道，甲烷“更有可能在短短20年的时间内造成全球变暖。”.”

事实上，在20年的时间范围内，甲烷对气候所造成的影响要比二氧化碳大86倍。重要的是，该研究发现，在过去20年里，水库所排放的温室气体中，90%是甲烷。

麻烦的气泡

大约一半的甲烷以气泡的形式被释放到大气中的：水库中的沉淀物释放出甲烷气泡，随后甲烷气泡穿过整个水体上升到水库表面。Tonya DelSontro，来自蒙特利尔的魁北克大学，该研究合著者之一，提到在水体中，甲烷被包在这些气泡中，“这是甲烷到达大气层最为直接的途径，且不会与氧气（发生反应）转换成二氧化碳。”

考虑到甲烷的含量，测量甲烷的比重是精准预测水库排放的重要组成，但这却非常困难。我们很难去定位气泡的位置，DelSontro解释道，DelSontro在瑞士、赞比亚和加拿大都进行了针对水库湖河排放的研究。

有各种各样的因素会影响气泡产生的时间和位置，以及研究人员检测到他们的几率，这些因素例如：靠近岸边或靠近水流，水压和气压。测量水库排放气体的方法也非常重要，因为很多常用技术会忽略气泡的产生，例如让液体沸腾。科学家们报告说，他们所调查的所有研究中，只有一半的研究在检测甲烷排放量时将气泡也考虑其中——这意味着甲烷的排放量一直被人们所低估。

算上水体沸腾所产生的气泡中的甲烷，这样计算的水库排放量估计值要平均比没有算入气泡中甲烷的估计值高出两倍，但是甲烷气泡的比重“也各不相同，其在全部甲烷通量（排放到大气中的甲烷量）占比从0到99.6%不等，”科学家们这样写道。 “这个事实突出了测量两种形态的甲烷气体，对预测从水库表面释放的甲烷通量是多么的重要。”

水库排放机制

是什么决定了一座水库排放多少温室气体？之前的研究还指出了纬度的重要性，建在热带的水库——例如那些计划或已在亚马逊雨林 — 中建造的工程——都被算作是重点排放源。但是，最新的研究发现，位于中纬度地区的水库排放的甲烷量同样很高。纬度本身并不重要，重要的是甲烷排放最好通过水库富含的养分来预测。

如果养分和有机物质——即能够支撑微生物和藻类族群生存的物质——十分丰富，甲烷的排放量就会升高。 这在热带雨林的水库中很常见，因为很多植被可能会在水库第一次注水时就被淹没。但是该研究的作者也指出了其它潜在的甲烷高排放源：在其它纬度上所建造的农业用地——养分和有机物可能会从集水区浸入水库中。

新的研究也指出，水温也是一项重要的影响因素，温暖的水会促进微生物和藻类的活动。目前虽然尚不能确定水温是如何造成全球气温升高的，但是研究者们警告到，更温暖的全球大气会加热地球上的水库，这可能会创造一个“潜在的、活跃的循环”。

DelSontro解释道“未来气候变化、人口压力、农业扩张和其它用地改变会使进入到新鲜水质中的养分增加，因而会刺激繁殖（例如藻类爆发）并可能提高甲烷排放率。”大气中含有更多的甲烷，就意味着气候更加温暖，而这会反过来增加水库中的藻类和微生物，从而排放更多的温室气体，而这又会使得气候变得更加温暖。

该研究着重指出，还有其它中的排放途径在计算水库排放量时未被算入，而这也需要更多的研究。这些途径包括“消落带”所释放的气体（该地带是指在水位波动时，反复干涸泛滥的地区）；在水注入管道和泄洪道时“喷出”的气体；森林的分解—这虽然是热带水库排放的主要原因但尚没有相关研究。

全球排放预算

该研究的作者们警告道，在未来几十年里，预计水库地区面积将增加近两倍，新水库所带来的好处需要仔细与建造这些水库的成本相比较并细细权衡：全世界有847座大型（超过100兆瓦）和2853座小型（超过1兆瓦）水利工程目前计划或已在建。

该研究的研究者们认为，因为在水库建成最初20年里，甲烷排放影响最大，因此水库所排放的温室气体不应该再被全球政策所忽略，但不需要被纳入“未来联合国IPCC（政府间气候变化委员会）的预算以及其它GHG(人造温室气体)排放清单上”。

Philip Fearnside，来自亚马逊国家研究所，在2015年写道“水电大坝在排放清单和缓解气候变暖上的地位，都被从系统上忽视了，”这种现象急需广而告之。

Horner还补充道“国际河流组织多年来都在支持将水库排放加入国家温室气体清单中”，“并且IPCC在重新考虑排列这种名录清单的方法时，不应该同意建造更多大坝了。”

Fearnside还强调了IPCC针对水库排放的考量中的另一个遗漏：用地改变，例如砍伐森林，这通常会和大坝建设一同进行。 Horner提出了同样的问题： “水利工程通常都会砍伐原始林地区，比如在亚马逊、中非和东南亚的工程。该研究的发现较为保守，他们并没有考虑由于额外伐木所造成的的大量排放。”

除了排放温室气体，还有其它大量对环境和社会的影响伴随着大坝的发展接踵而来，正如我们在亚马逊河、湄公河以及其它地区所看到的：社区族群遭迁移、水陆栖息地受到不可恢复的改变、渔业受创、迁徙路径被封锁以及水和养分循环被破坏。

科学家们建议，如果大坝建在营养源的上游，或者大坝集水区的养分下降，那么大坝排放所造成的某些影响就可以被缓解。在注水淹没陆地之前清理植被也是另一种减少甲烷排放初始峰值的策略。但是，Horner也警告说，“被清理的微生物在被分解或被焚烧时，仍旧会排放二氧化碳，并且在水库中沉积的有机物也会长期排放温室气体，这些都是不可避免的。”

DelSontro正在魁北克湖进行的研究暗示了了解温度和养分之间的互相作用对于精确温室气体排放预测值十分重要。“这些预估项是某些人，包括我自己在内，一直在寻找的东西，在面对全球环境变化的挑战时，它们可以帮我们更好地预测会改变新鲜水体中温室气体含量的潜在因素。”

“水库十分的特殊，虽然水利能够提供‘清洁‘、‘绿色‘的能源，但是理解这些水体有排放温室气体的潜在可能性也非常重要，”她总结到。“因此，计划中的水库工程应该将潜在的温室气体排放也包含在环境评估内，记住，从自然生态系统释放的气体必须要纳入考量之中。”

Horner对于新的水利大坝立场则更为强硬： “当风能和太阳能变得廉价且充足时，这种温室气体排放就不再合理了。”

引用：

Bridget R. Deemer, John A. Harrison, Siyue Li, Jake J. Beaulieu, Tonya DelSontro, Nathan Barros, José F. Bezerra-Neto, Stephen M. Powers, Marco A. Dos Santos, and J. Arie Vonk (2016) Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis. BioScience, 66: 949-964