浅谈基于生态环境的水电厂水库调度运行

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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