梯級水電開發(fā)對水生境累積影響的方法研究

以bod5、總磷、總氮為水質指標,對比紅水河干流梯級水電建設前后水庫和壩下、上游和下游水庫水質變化,分析其原因,探討梯級水電開發(fā)水質累積影響。結果表明,紅水河干流水質主要取決于上游南、北盤江來水水質。自20世紀80年代至今,來水水質總體呈現逐年變差、水庫水質由上游至下游逐步好轉的趨勢;雖然上游來水總磷、總氮較高,且天生橋一級和龍灘水庫網箱養(yǎng)魚眾多,但各梯級水庫沒有出現大面積富營養(yǎng)化現象,調節(jié)性能較好的水庫局部區(qū)域存在富營養(yǎng)化現象。紅水河梯級水庫水質總體較好,紅水河梯級水庫建成后對水質的影響呈現順向累積的效應,沒有出現逆向累積的變化,說明紅水河水電梯級開發(fā)沒有導致水質惡化。

流域開發(fā)對環(huán)境的累積影響日漸受到關注。文中以西藏巴河流域水電開發(fā)為例,從累積影響環(huán)境因素的指標層和指標分析入手,提出運用ahp對累積影響程度進行估算,初步研究發(fā)現:巴河流域水電梯級開發(fā)必須建立在生態(tài)系統的穩(wěn)定和土地、森林、草地資源適度開發(fā)及合理規(guī)劃布局的基礎上,才能實現水資源的高效開發(fā)利用。

岷江上游水能資源豐富,近幾十年水電開發(fā)程度較大,選取兩河口—都江堰段為典型河段,針對該河段10級水電開發(fā)的情況,運用幕景分析法進行水環(huán)境累積影響評價。研究表明:岷江上游干流兩河口—都江堰典型河段水電梯級開發(fā)對水環(huán)境已經產生了一定的累積影響;在徑流量的變化上表現為水量逐年下降,且趨勢明顯;水量年內分配經水電梯級調節(jié)明顯發(fā)生改變;水質累積影響變化不大,但隨著水電規(guī)劃梯級的建成,有明顯惡化的趨勢;水溫上累積影響較大,可能會對下游魚類生長、繁殖,浮游植物、動物的生長及分布等產生一定的影響,但對農業(yè)灌溉不會產生較大不利影響。

采用河道天然實測資料和實體模型試驗相結合的方法,通過對長江下游鎮(zhèn)揚河段的世業(yè)洲汊道段的研究,探討了長江群體岸線開發(fā)利用對河段防洪累積影響.在對河道原型近20a水位分析的基礎上,比較了同一觀測站在近、遠期2個不同階段長江相同流量下的水位變化.結果表明,天然實測資料分析與模型試驗得出的結論相近,涉河工程群對防洪的累積影響程度在同一個數量級別.各類涉水工程對河段整體水位的累積影響不是單個涉水工程影響的簡單疊加.涉河工程群對防洪水位抬高影響的梯度,在長江來水量為多年平均流量及以下時較小(一般為3～5cm),在長江來水量大于平灘流量和多年洪峰平均流量時明顯增大(一般為10～15cm).

以洮河干流站流量資料為依據,研究了水電站建設前上、下游站年徑流量序列關系和年內變化的對應規(guī)律,進而對水電站建設后徑流的變化情況進行了分析。結果表明:洮河水電梯級開發(fā)使得進入下游河道的水量不斷減小,上、下游站的年徑流關系發(fā)生了較大變化;汛期徑流量所占比重相對減小,非汛期徑流量所占比重相對增加,年內變化趨向均一;九甸峽水利樞紐的興建極大地改變了下游河道的流量過程,對徑流的影響較大。

闡述了流域水電梯級開發(fā)對生態(tài)環(huán)境產生的累積效應及其時空表現特征,分析了怒江干流中下游13個梯級電站對怒江的水文徑流、水質、水溫、泥沙、魚類和局地氣候等方面產生的累積效應。結果表明,怒江流域梯級開發(fā)將改變原有河流的生態(tài)系統,對流域的生態(tài)環(huán)境產生重大影響,應以流域的生態(tài)環(huán)境可承受程度作為臨界閾值以控制怒江的生態(tài)環(huán)境累積效應。

基于生態(tài)系統健康的生態(tài)承載力理念,提出了水電梯級開發(fā)對區(qū)域生態(tài)承載力影響的評價指標體系,建立了基于投影尋蹤的評價模型。以怒江州為研究區(qū)域,對水電梯級開發(fā)對生態(tài)承載力的影響進行了深入分析。研究結果表明:怒江中下游水電梯級開發(fā)規(guī)劃實施的不同階段對怒江州生態(tài)承載力均為正面影響。梯級開發(fā)規(guī)劃全面實施后,通過生態(tài)承載力的調控,將使怒江州的生態(tài)承載力綜合特征值上升8.6%。

水電梯級開發(fā)必然會導致水資源的時空分布發(fā)生改變。以清江流域為例,采用兩種歸一化水體指數模型,分別從tm/etm+遙感數據中提取水域面積,定量研究水電梯級開發(fā)對水資源分布的影響。研究表明,兩種模型都能從tm/etm+遙感數據中準確提取水體信息,并且模型簡單、計算速度快,適合用于水資源的動態(tài)監(jiān)測;清江中下游水域面積從梯級開發(fā)前1987年的近60km2,提高到2004年的110km2左右。

采用水培方法,以茴香為材料,研究了不同鎘濃度(0、0.1、1.0、5.0mg/l)對茴香鎘累積及可溶性糖含量、全碳、全氮、全磷、全鉀、全鈉含量的影響。結果表明,低濃度鎘(0.1mg/l)處理促進茴香植株生長,茴香地上部和地下部的鮮重與干重均高于ck,高濃度鎘(5.0mg/l)處理抑制茴香植株生長,茴香地上部和地下部的鮮重與干重均低于ck;隨鎘濃度增加,葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖和全碳含量以及c/n比均呈降低趨勢,全氮和全磷含量均呈增加趨勢,鉀含量均低于ck,但與ck差異均不顯著,鈉含量呈逐漸降低趨勢,并以0.1mg/l鎘濃度處理為最大,與其他各處理差異均達顯著水平;隨鎘濃度增加,茴香植株對鎘的吸收累積情況呈增加趨勢,且各處理之間差異均達顯著水平。

環(huán)境累積影響的概念1969年起源于美國,但在環(huán)境影響評價中并沒有得到應有的普及,主要原因是評價方法的標準化程度低。首先從分析環(huán)境累積影響的概念入手,對概念進行了界定;提出了滿足累積影響評價的方法應具備的特點;在對國內外各種評價方法進行研究和總結的基礎上,按照標準化的需要,分別推薦了用于影響源識別階段和影響過程分析的具體方法;以水利樞紐工程為例,應用推薦的方法進行了累積影響示例研究;最后,提出了推進累積影響評價和研究的建議。

我國的水電資源豐富,但在水電開發(fā)也帶來很多生態(tài)影響,對魚類的影響就是其中一個重要方面,例如改變水生生境、阻隔魚類通道、河道減水造成魚類資源減少等。因此,在考慮水電開發(fā)適度原則的基礎上,還應采取魚類保護措施,包括修建魚道、配備過魚設施、人工增殖放流、設立魚類保護區(qū)等。同時應根據我國相關的法律法規(guī),在水電建設中設計類型合理的過魚通道。

選取已連續(xù)25年大規(guī)模水電開發(fā)的瀾滄江為研究對象,建立了河流水沙特性受影響程度評價指標體系及指標回歸還原模型,并采用層次分析法和因子分析法相結合的賦權方法確定指標權重;借鑒"邊際效益"原理,結合基于河流水沙自然變幅確立的指標評價標準,建立了各指標受影響程度定量評價模型。利用所建立的方法與模型,綜合定量評價了瀾滄江水沙特性的受影響程度,結果表明:瀾滄江水電開發(fā)以來(1986-2007年),河流水沙特性總體受影響程度等級為很小的年數占72.7%,為較小的年數占18.2%,為一般的年數占9.1%,輸沙受影響程度遠大于徑流;水沙特性受影響的變化過程呈"u"形,其主要原因是在漫灣水電站運行與大朝山水電站建設并存期,庫區(qū)攔沙作用與電站施工增沙作用使輸沙趨于平衡。本研究,為后續(xù)相關研究提供方法借鑒,為評估水電開發(fā)對瀾滄江水沙特性影響提供新的依據。

進入新世紀,中國開始了一輪前所未有的河流水電開發(fā)熱潮。以岷江為例,其上游干流已建成和在建的電站就有6座,支流水庫不下10座。由于岷江水電的利用方式主要是引水式的梯級開發(fā),水庫容量小,調節(jié)能力弱,對河流的改造作用大,已經使得岷江上游多處河段河床干涸,河流的自然生境和景觀發(fā)生了很大變化。解決這些問題的關鍵在于加強執(zhí)行流域總體規(guī)劃,對電站的設計和運行規(guī)則進行重新審訂,保證河流的最低流量,挽救瀕于險境的水體生態(tài)系統。

根據景觀生態(tài)學理論,借助地理信息系統工具,采用定量的方法分析工程景觀格局狀況,通過建立水電開發(fā)建設規(guī)劃方案的景觀格局變化評價的指標體系和評價方法,研究水電開發(fā)規(guī)劃方案對區(qū)域景觀格局的影響。本方法應用于黃河上游黑山峽河段水電開發(fā)建設方案析分析。結果表明:不同規(guī)劃方案實施后對原有生態(tài)環(huán)境均產生了一定影響。通過對不同方案與研究區(qū)域生態(tài)現狀進行灰色關聯分析,紅山峽、五佛、小觀音和大柳樹4個壩址均修建低壩的方案的景觀格局指數最高,研究區(qū)域景觀生態(tài)風險最小。最終確定該方案為最優(yōu)方案,該方案對區(qū)域原有生態(tài)體系性質和功能影響較小。

針對流域大型梯級水電開發(fā)過程中的水文預報難題,提出了轉換預報方法的思路。即從基礎理論和實際應用情況出發(fā),對水電站建設期水位預報的水位-流量關系法、水位系數法和調洪演算法的優(yōu)缺點及適用條件進行分析;根據水電開發(fā)不同階段造成的河道和下墊面的改變情勢,提出了水文預報模型方案的相應轉變措施。同時還分析了流域各梯級電站處于不同階段水文預報各環(huán)節(jié)的邏輯關系,并給出了具體的工作流程結構。研究結論有助于實現梯級水庫聯合優(yōu)化調度和洪水的資源化利用。

由于經濟、社會發(fā)展的需求,在北盤江上進行水電梯級開發(fā)勢在必行,梯級水電開發(fā)使北盤江原有的生態(tài)環(huán)境片段化或破碎化,生態(tài)影響疊加,導致北盤江水系魚類資源受到破壞。通過建立魚類資源保護區(qū)、修建魚類增殖放流站(開展人工增殖放流)、建設必要的人工輔助設施、合理進行水位調度以及結合其他綜合防治措施,以盡量緩解水電梯級開發(fā)造成的不良影響,是目前應該做到的主要對策和措施。

為探討西藏水電開發(fā)對河流生態(tài)環(huán)境產生的影響,采用比較變化程度的定量分析方法,分析了雅魯藏布江二級支流巴河流域上所建設的六〇六水電站、雪卡水電站和老虎嘴水電站對河流水文情勢、水溫、水質及水生物的影響,得到巴河徑流基本不受影響、泥沙減少、水溫略有升高、水質基本不變和對魚類有一定影響的結論,為研究西藏大規(guī)模開發(fā)水電資源對河流的影響提供一定的借鑒作用.

污水管道內硫化物的產生和逸散常引起惡臭、中毒和管道腐蝕等一系列管網問題,曝氣充氧可以作為一種較為適用的控制污水管道內硫化氫產生和累積的方法.針對曝氣充氧控制管網液相硫化物的方法,通過實驗室批量實驗,研究不同曝氣條件對管道液相硫化物累積、碳源消耗等反應過程的影響.結果表明,曝氣充氧主要通過氧化硫化物實現對液相硫化物濃度的有效控制,硫化物累積、碳源消耗受間歇曝氣頻率影響顯著,相對間隔較短的充氧曝氣方式,可以有效防止液相硫化物累積,并且消耗較少的有機碳源.

提出了針對常見的廠內agc和廠間agc模型的兩種算法。其中,廠內agc的算法中提出了新的機組啟停原則;廠間agc的算法中對求電站下游水位進行了可行的簡化處理。將此模型和算法運用于清江梯級水電站并進行了仿真計算,取得了令人滿意的結果。

為探討西藏水電開發(fā)對河流生態(tài)環(huán)境產生的影響,采用比較變化程度的定量分析方法,分析了雅魯藏布江二級支流巴河流域上所建設的六0六水電站、雪卡水電站和老虎嘴水電站對河流水文情勢、水溫、水質及水生物的影響,得到巴河徑流基本不受影響、泥沙減少、水溫略有升高、水質基本不變和對魚類有一定影響的結論，為研究西藏大規(guī)模開發(fā)水電資源對河流的影響提供一定的借鑒作用。

怒江是我國僅剩兩條尚未開發(fā)的處女江之一(另一條是雅魯藏布江),怒江的開發(fā)與否引來理論界的熱烈討論,通過從理論上分析爭議的主要之處,對怒江流域現狀和水能開發(fā)潛力進行研究;并通過對怒江水能開發(fā)對中下游沿岸地段及潞江鄉(xiāng)(原壩灣鄉(xiāng))生態(tài)、經濟影響的研究,力求為生產實踐提供一定的參考。

根據已有的水文測站資料,采用水文學的方法,計算分析了天然條件下白水江干流各梯級閘址斷面流量的年內變化過程,并結合水電開發(fā)規(guī)劃,分析計算了水電開發(fā)方案實施后干流各控制斷面流量的變化過程。從分析結果可清楚地了解水電規(guī)劃實施前后白水江干流的流量變化情況,該成果為研究河段各梯級電站最小下泄流量的確定提供了基礎數據,同時也為電站設計和運行調度提供了一定的依據。