梯级水电开发对水生境累积影响的方法研究

以bod5、总磷、总氮为水质指标,对比红水河干流梯级水电建设前后水库和坝下、上游和下游水库水质变化,分析其原因,探讨梯级水电开发水质累积影响。结果表明,红水河干流水质主要取决于上游南、北盘江来水水质。自20世纪80年代至今,来水水质总体呈现逐年变差、水库水质由上游至下游逐步好转的趋势;虽然上游来水总磷、总氮较高,且天生桥一级和龙滩水库网箱养鱼众多,但各梯级水库没有出现大面积富营养化现象,调节性能较好的水库局部区域存在富营养化现象。红水河梯级水库水质总体较好,红水河梯级水库建成后对水质的影响呈现顺向累积的效应,没有出现逆向累积的变化,说明红水河水电梯级开发没有导致水质恶化。

流域开发对环境的累积影响日渐受到关注。文中以西藏巴河流域水电开发为例,从累积影响环境因素的指标层和指标分析入手,提出运用ahp对累积影响程度进行估算,初步研究发现:巴河流域水电梯级开发必须建立在生态系统的稳定和土地、森林、草地资源适度开发及合理规划布局的基础上,才能实现水资源的高效开发利用。

岷江上游水能资源丰富,近几十年水电开发程度较大,选取两河口—都江堰段为典型河段,针对该河段10级水电开发的情况,运用幕景分析法进行水环境累积影响评价。研究表明:岷江上游干流两河口—都江堰典型河段水电梯级开发对水环境已经产生了一定的累积影响;在径流量的变化上表现为水量逐年下降,且趋势明显;水量年内分配经水电梯级调节明显发生改变;水质累积影响变化不大,但随着水电规划梯级的建成,有明显恶化的趋势;水温上累积影响较大,可能会对下游鱼类生长、繁殖,浮游植物、动物的生长及分布等产生一定的影响,但对农业灌溉不会产生较大不利影响。

采用河道天然实测资料和实体模型试验相结合的方法,通过对长江下游镇扬河段的世业洲汊道段的研究,探讨了长江群体岸线开发利用对河段防洪累积影响.在对河道原型近20a水位分析的基础上,比较了同一观测站在近、远期2个不同阶段长江相同流量下的水位变化.结果表明,天然实测资料分析与模型试验得出的结论相近,涉河工程群对防洪的累积影响程度在同一个数量级别.各类涉水工程对河段整体水位的累积影响不是单个涉水工程影响的简单叠加.涉河工程群对防洪水位抬高影响的梯度,在长江来水量为多年平均流量及以下时较小(一般为3～5cm),在长江来水量大于平滩流量和多年洪峰平均流量时明显增大(一般为10～15cm).

以洮河干流站流量资料为依据,研究了水电站建设前上、下游站年径流量序列关系和年内变化的对应规律,进而对水电站建设后径流的变化情况进行了分析。结果表明:洮河水电梯级开发使得进入下游河道的水量不断减小,上、下游站的年径流关系发生了较大变化;汛期径流量所占比重相对减小,非汛期径流量所占比重相对增加,年内变化趋向均一;九甸峡水利枢纽的兴建极大地改变了下游河道的流量过程,对径流的影响较大。

阐述了流域水电梯级开发对生态环境产生的累积效应及其时空表现特征,分析了怒江干流中下游13个梯级电站对怒江的水文径流、水质、水温、泥沙、鱼类和局地气候等方面产生的累积效应。结果表明,怒江流域梯级开发将改变原有河流的生态系统,对流域的生态环境产生重大影响,应以流域的生态环境可承受程度作为临界阈值以控制怒江的生态环境累积效应。

基于生态系统健康的生态承载力理念,提出了水电梯级开发对区域生态承载力影响的评价指标体系,建立了基于投影寻踪的评价模型。以怒江州为研究区域,对水电梯级开发对生态承载力的影响进行了深入分析。研究结果表明:怒江中下游水电梯级开发规划实施的不同阶段对怒江州生态承载力均为正面影响。梯级开发规划全面实施后,通过生态承载力的调控,将使怒江州的生态承载力综合特征值上升8.6%。

水电梯级开发必然会导致水资源的时空分布发生改变。以清江流域为例,采用两种归一化水体指数模型,分别从tm/etm+遥感数据中提取水域面积,定量研究水电梯级开发对水资源分布的影响。研究表明,两种模型都能从tm/etm+遥感数据中准确提取水体信息,并且模型简单、计算速度快,适合用于水资源的动态监测;清江中下游水域面积从梯级开发前1987年的近60km2,提高到2004年的110km2左右。

采用水培方法,以茴香为材料,研究了不同镉浓度(0、0.1、1.0、5.0mg/l)对茴香镉累积及可溶性糖含量、全碳、全氮、全磷、全钾、全钠含量的影响。结果表明,低浓度镉(0.1mg/l)处理促进茴香植株生长,茴香地上部和地下部的鲜重与干重均高于ck,高浓度镉(5.0mg/l)处理抑制茴香植株生长,茴香地上部和地下部的鲜重与干重均低于ck;随镉浓度增加,叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和全碳含量以及c/n比均呈降低趋势,全氮和全磷含量均呈增加趋势,钾含量均低于ck,但与ck差异均不显著,钠含量呈逐渐降低趋势,并以0.1mg/l镉浓度处理为最大,与其他各处理差异均达显著水平;随镉浓度增加,茴香植株对镉的吸收累积情况呈增加趋势,且各处理之间差异均达显著水平。

环境累积影响的概念1969年起源于美国,但在环境影响评价中并没有得到应有的普及,主要原因是评价方法的标准化程度低。首先从分析环境累积影响的概念入手,对概念进行了界定;提出了满足累积影响评价的方法应具备的特点;在对国内外各种评价方法进行研究和总结的基础上,按照标准化的需要,分别推荐了用于影响源识别阶段和影响过程分析的具体方法;以水利枢纽工程为例,应用推荐的方法进行了累积影响示例研究;最后,提出了推进累积影响评价和研究的建议。

我国的水电资源丰富,但在水电开发也带来很多生态影响,对鱼类的影响就是其中一个重要方面,例如改变水生生境、阻隔鱼类通道、河道减水造成鱼类资源减少等。因此,在考虑水电开发适度原则的基础上,还应采取鱼类保护措施,包括修建鱼道、配备过鱼设施、人工增殖放流、设立鱼类保护区等。同时应根据我国相关的法律法规,在水电建设中设计类型合理的过鱼通道。

选取已连续25年大规模水电开发的澜沧江为研究对象,建立了河流水沙特性受影响程度评价指标体系及指标回归还原模型,并采用层次分析法和因子分析法相结合的赋权方法确定指标权重;借鉴"边际效益"原理,结合基于河流水沙自然变幅确立的指标评价标准,建立了各指标受影响程度定量评价模型。利用所建立的方法与模型,综合定量评价了澜沧江水沙特性的受影响程度,结果表明:澜沧江水电开发以来(1986-2007年),河流水沙特性总体受影响程度等级为很小的年数占72.7%,为较小的年数占18.2%,为一般的年数占9.1%,输沙受影响程度远大于径流;水沙特性受影响的变化过程呈"u"形,其主要原因是在漫湾水电站运行与大朝山水电站建设并存期,库区拦沙作用与电站施工增沙作用使输沙趋于平衡。本研究,为后续相关研究提供方法借鉴,为评估水电开发对澜沧江水沙特性影响提供新的依据。

进入新世纪,中国开始了一轮前所未有的河流水电开发热潮。以岷江为例,其上游干流已建成和在建的电站就有6座,支流水库不下10座。由于岷江水电的利用方式主要是引水式的梯级开发,水库容量小,调节能力弱,对河流的改造作用大,已经使得岷江上游多处河段河床干涸,河流的自然生境和景观发生了很大变化。解决这些问题的关键在于加强执行流域总体规划,对电站的设计和运行规则进行重新审订,保证河流的最低流量,挽救濒于险境的水体生态系统。

根据景观生态学理论,借助地理信息系统工具,采用定量的方法分析工程景观格局状况,通过建立水电开发建设规划方案的景观格局变化评价的指标体系和评价方法,研究水电开发规划方案对区域景观格局的影响。本方法应用于黄河上游黑山峡河段水电开发建设方案析分析。结果表明:不同规划方案实施后对原有生态环境均产生了一定影响。通过对不同方案与研究区域生态现状进行灰色关联分析,红山峡、五佛、小观音和大柳树4个坝址均修建低坝的方案的景观格局指数最高,研究区域景观生态风险最小。最终确定该方案为最优方案,该方案对区域原有生态体系性质和功能影响较小。

针对流域大型梯级水电开发过程中的水文预报难题,提出了转换预报方法的思路。即从基础理论和实际应用情况出发,对水电站建设期水位预报的水位-流量关系法、水位系数法和调洪演算法的优缺点及适用条件进行分析;根据水电开发不同阶段造成的河道和下垫面的改变情势,提出了水文预报模型方案的相应转变措施。同时还分析了流域各梯级电站处于不同阶段水文预报各环节的逻辑关系,并给出了具体的工作流程结构。研究结论有助于实现梯级水库联合优化调度和洪水的资源化利用。

由于经济、社会发展的需求,在北盘江上进行水电梯级开发势在必行,梯级水电开发使北盘江原有的生态环境片段化或破碎化,生态影响叠加,导致北盘江水系鱼类资源受到破坏。通过建立鱼类资源保护区、修建鱼类增殖放流站(开展人工增殖放流)、建设必要的人工辅助设施、合理进行水位调度以及结合其他综合防治措施,以尽量缓解水电梯级开发造成的不良影响,是目前应该做到的主要对策和措施。

为探讨西藏水电开发对河流生态环境产生的影响,采用比较变化程度的定量分析方法,分析了雅鲁藏布江二级支流巴河流域上所建设的六〇六水电站、雪卡水电站和老虎嘴水电站对河流水文情势、水温、水质及水生物的影响,得到巴河径流基本不受影响、泥沙减少、水温略有升高、水质基本不变和对鱼类有一定影响的结论,为研究西藏大规模开发水电资源对河流的影响提供一定的借鉴作用.

污水管道内硫化物的产生和逸散常引起恶臭、中毒和管道腐蚀等一系列管网问题,曝气充氧可以作为一种较为适用的控制污水管道内硫化氢产生和累积的方法.针对曝气充氧控制管网液相硫化物的方法,通过实验室批量实验,研究不同曝气条件对管道液相硫化物累积、碳源消耗等反应过程的影响.结果表明,曝气充氧主要通过氧化硫化物实现对液相硫化物浓度的有效控制,硫化物累积、碳源消耗受间歇曝气频率影响显著,相对间隔较短的充氧曝气方式,可以有效防止液相硫化物累积,并且消耗较少的有机碳源.

提出了针对常见的厂内agc和厂间agc模型的两种算法。其中,厂内agc的算法中提出了新的机组启停原则;厂间agc的算法中对求电站下游水位进行了可行的简化处理。将此模型和算法运用于清江梯级水电站并进行了仿真计算,取得了令人满意的结果。

为探讨西藏水电开发对河流生态环境产生的影响,采用比较变化程度的定量分析方法,分析了雅鲁藏布江二级支流巴河流域上所建设的六0六水电站、雪卡水电站和老虎嘴水电站对河流水文情势、水温、水质及水生物的影响,得到巴河径流基本不受影响、泥沙减少、水温略有升高、水质基本不变和对鱼类有一定影响的结论，为研究西藏大规模开发水电资源对河流的影响提供一定的借鉴作用。

怒江是我国仅剩两条尚未开发的处女江之一(另一条是雅鲁藏布江),怒江的开发与否引来理论界的热烈讨论,通过从理论上分析争议的主要之处,对怒江流域现状和水能开发潜力进行研究;并通过对怒江水能开发对中下游沿岸地段及潞江乡(原坝湾乡)生态、经济影响的研究,力求为生产实践提供一定的参考。

根据已有的水文测站资料,采用水文学的方法,计算分析了天然条件下白水江干流各梯级闸址断面流量的年内变化过程,并结合水电开发规划,分析计算了水电开发方案实施后干流各控制断面流量的变化过程。从分析结果可清楚地了解水电规划实施前后白水江干流的流量变化情况,该成果为研究河段各梯级电站最小下泄流量的确定提供了基础数据,同时也为电站设计和运行调度提供了一定的依据。