摘要:改善水库调度,补偿或缓解下游河流生态和环境的负面影响是我国构建人与河流和谐发展的重要研究内容。本文主要从水电工程对河流生态环境的不利影响、水电厂水库优化调度的目标和原则、水电厂水库优化调度运行这3个方面进行阐述。
关键词:生态环境保护;生态调度;环境调度;调度运行;可持续发展
1前言
水库的调度运行主要是指围绕发电、防洪、灌溉、供水及排沙等,根据水库的主要开发任务分配水资源,在满足安全、综合利用需求的基础上,以谋求项目经济利益最大化为目的的控制运用水库的技术管理方法。一直以来,传统的水库调度运行,为追求经济利益的最大化,在水库的调度运行上,很少考虑河流生态系统和水环境保护方面的调度,致使很多水库在运行过程中对下游生态产生不良影响。因此,如何改善水库调度,补偿或缓解下游河流生态和环境的负面影响,考虑基于生态环境的水库调度运行方式,对于保障河流生态系统的健康发展,实现工程经济效益、社会效益与环境效益目标多赢,对国家水资源的有效保护和可持续利用具有十分重要的意义。
2水电工程对河流生态环境的不利影响
(1)原有物种所适应的天然径流和水文条件的栖息地丧失。
(2)河流作为生物和营养元素交流廊道的功能不复存在。
(3)沿岸带连接高地和水域生态系统的“过滤”作用降低。
3水电厂水库优化调度的目标和原则
一般情况下,水电厂水库调度运行,应在充分考虑不同需水量和水功能要求的情况下,来确定水电厂水库优化调度的目标和原则。
3.1实现水资源的可持续利用,促进人与自然和谐发展
生态环境是关系到人类生存和发展的基本自然条件,保护和改善生态环境,是保障社会、经济可持续发展和水资源良性循环的基础。而水作为生态环境的控制性因素,是人类生存和发展不可替代的资源,是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是经济和社会可持续发展的基础。要保护生态环境,避免水资源掠夺式开发,实现水资源的可持续利用,促进人与自然和谐发展,就必须统筹发电与生态环境保护,在满足河流生态环境保护要求的基础上,充分发挥水电厂的发电效益,使水电厂对河流生态环境造成的不利影响控制在其可承受的范围内。从开发与环境保护并重的角度出发,优化工程调度运行以保护区间生态环境是非常必要的。
3.2以河流的生态需水为基础
河流生态需水是水库进行生态调度的重要依据,水库下泄水量,包括泄流时间、泄流量、泄流历时等应根据下游河道生态需水要求进行泄放。为了保护某一个特定的生态目标,合理的生态用水比例应处在生态需水比例的阈值区间内。
3.3维持下游水生态及库区水环境稳定
水库的调度运用对生态与环境造成的不利影响不可忽视。因此,经研究认为,在现有的调度方式中,为维持下游水生态及库区水环境稳定,可根据各水库的实际情况,通过下泄合理的生态基流(最小或适宜生态需水量),运用适当的调度方式控制水体富营养化、控制水体理化性状与水华爆发、控制河口咸潮入侵等,以达到减少或消除对水库下游生态和库区水环境不利影响的目的。
3.4维持水生生态系统稳定
水电厂水库形成后,其可能会有利于部分水生生物繁衍生息,但从普遍的情况看来,由于大坝阻隔、水库低温水下泄等原因,其还有可能导致库区原有的急流生境萎缩或消失,极不利于大坝下游水生动物的产卵、繁殖等。因此,在现有的调度方式中,为维持水生生态系统稳定,可根据各水库的实际情况,采取人造洪峰调度方式、根据水生生物的生活繁衍习性灵活调度、控制低温水下泄、控制下泄水体气体过度饱和等,以达到减小和消除对水库下游水生生态系统不利影响的目的。
3.5考虑泥沙调控问题
水电厂水库形成后,库区泥沙淤泥和坝下游河床冲刷的调整,及由此带来的一系列问题,是水库形成后无法避免的一个自然现象。因此,水电厂的水库优化调度,须结合水库的综合利用、目的和水库本身的具体情况,做好水库的泥沙调度,即可通过调整泄流方式及控制下泄流量、调整出库水流的含沙量和流量过程、减少常规调度情况出库水流对下游河道冲刷范围并延缓其进程,以减小不利影响。
3.6以实现河流健康生命为最终目标
水库生态调度既要在一定程度上满足人类社会经济发展的需求,同时也要考虑满足河流生命得以维持和延续的需要,其最终目标是维护河流健康生命,实现人与河流的和谐发展。
4水电厂水库优化调度运行
4.1水电厂水库大坝下泄最小生态环境流量
针对不同生态环境流量计算方法的适用范围,水电厂水库优化调度应采用生境模拟法、水文学法(Tennant法)和水力学法(R2-Cross法)等不同方法对大坝下泄最小生态环境流量进行计算确定,并利用水力学模型进行模拟,在结合水生生境和水环境功能的要求的基础上,综合确定适于水库的下泄最小生态环境流量。如在郁江桂平航运枢纽、贵港航运枢纽二级水电站工程中,为保证生态流量需求,经过分析,工程设计中其最小下泄生态环境流量为180 m3/s。从而有效缓减了水库调峰运行对下游的影响。
4.2采取人造洪峰调度方式
水库的径流调节使坝下河流自然涨落过程弱化,一些对水位涨落过程要求较高的漂流性产卵鱼类繁殖受到影响。根据鱼类繁殖生物学习性,结合坝下游水文情势的变化,通过合理控制水库下泄流量和时间,人为制造洪峰过程,可为这些鱼类创造产卵繁殖的适宜生态条件。
4.3水电厂水库大坝泄放设施和措施调度
4.3.1泄放设施调度
为保护流域生态,从根本上保障河流生态对流量过程(包括时序和空间分布)的需求,并便于工程的调度运行,工程设计中采用相应的放流工程设施。如在锦屏二级水电站工程中,根据分析,下游河段的生态环境流量需求在泄放量及变幅方面均较大,为保障不同时段不同流量的下泄,并便于工程的调度运行,工程设计上考虑将导流洞改建成永久生态环境流量泄放洞,泄放洞进口设置闸室,设2孔闸孔,每孔尺寸为5 m×5 m,带胸墙,胸墙底高程1 640 m,顶高程1 654 m,总长26 m,并布置尺寸为5 m×5.5 m(宽×高)的闸门进行调节,有效落实了对河流生态需求条件的保障。
4.3.2泄放措施调度
河流水生生物,特别是鱼类的保护,是大坝建设生态保护的重点目标。为此,水库优化调度运行可通过设置过鱼设施、增殖放流、生境补偿等措施,协调工程建设与水生生物保护的关系。
(1)为了减缓大坝阻隔对洄游性鱼类的影响,各水库应根据水库大坝的特点及所开发河流鱼类的生活习性,来选择不同的过鱼设施,即鱼道、鱼闸、升鱼机、集运渔船等。如汉江兴隆水利枢纽、老龙口水利枢纽计划采用鱼道作过鱼设施,乌江彭水电站计划选择集运渔船作为过鱼设施,汉江蜀河电站采用300 t升鱼机,配备10 t升鱼设施与人工运鱼相结合的鱼类保护措施。
(2)为减少河流开发对水生生物的不利影响,还可采用人工增殖放流的补偿措施,遏制生物资源的衰退。
4.4优化电站调度运行的生态环境监测
生态环境监测是生态保护的基础。在水电工程的运行中,为了解工程运行对水生生态的影响,需要辅以必要的水生生态监测和下泄流量监测措施,配合鱼类生态习性研究,掌握生态环境流量的实际效果,适时调整生态环境流量大小及其下泄方案,优化工程调度运行。
4.4.1水生生态监测
在水库下游河段设置几个不同的检测点,在水电厂水库形成运行一段时间内,检测下游河段内水体理化指标、饵料生物、鱼类资源及鱼类生态习性等,了解鱼类生长发育规律,并及时反馈到工程运行调度中。
4.4.2下泄流量监测
在实施优选的水库下泄流量调度方案一段时间内,为评估用于实现预定目标的泄洪的有效性,必须设计和建立合适的下泄流量监测系统,即采用生态环境流量在线监控措施,利用电站远程监控系统,在拦河闸上设置视频监视器,在水电厂远程集控中心对生态环境流量的泄放情况进行视频监控。
在检测的同时,应将流量监测数据实时发送至电站远程集控中心;同时注意要长期备份流量监测原始数据。
5结束语
综上所述,水电厂的优化调度运行,充分考虑了水库下游河段生态环境保护的要求,以促进人与自然和谐发展为目标,采用了一系列优化调度运行措施,促进了生态保护措施的落实和完善。但由于河流生态环境健康是一个系统的复杂的多维调控问题,水库生态调度只是其中的一个环节。调度实施后,还需对河流生态的健康程度进行合理的评价,评估准则要充分体现开发与保护的协调,体现多个利益相关者利益的协调。只有这样,才能最终形成较为完备的河流生态健康调控体系,促进水利水电开发与生态保护的双赢,实现国家水资源的可持续发展战略。
参考文献
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