充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)保護因素 完善水庫調(diào)度方式

1、充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)保護因素 完善水庫調(diào)度方式    簡介： 長江流域已建成大中小水庫4.4萬多座(其中大型水庫109座)，總庫容1180億m3。做好水庫調(diào)度工作，對全流域水資源的綜合開發(fā)利用和生態(tài)與環(huán)境的保護，具有重要意義。擺在我們面前的一項迫切任務(wù)，就是要充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)保護問題，完善水庫調(diào)度方式，提高全流域水庫的科學(xué)調(diào)度水平。關(guān)鍵字：河流生態(tài)系統(tǒng) 保護因素 完善水庫 調(diào)度方式 一、現(xiàn)行水庫調(diào)度方式及存在的問題 目前，我國的水庫調(diào)度主要是圍繞防洪、發(fā)電、灌溉、供水、航運等綜合利用效益所進行的。依據(jù)水庫既定的水利任務(wù)和要求而制定的蓄泄規(guī)則，就是我們

2、通常所說的水庫調(diào)度方式。長江流域現(xiàn)行水庫調(diào)度方式主要分為兩大類，即防洪調(diào)度與興利調(diào)度。防洪調(diào)度的主要任務(wù)是確保水庫大壩安全和處理防洪與興利的矛盾。對不承擔(dān)下游防洪任務(wù)的水庫而言，防洪調(diào)度的主要任務(wù)是在確保水庫大壩安全的前提下，充分發(fā)揮水庫興利效益；對承擔(dān)有下游防洪任務(wù)的水庫，防洪調(diào)度的主要任務(wù)，是在確保水庫大壩安全的前提下，處理好防洪與興利之間的矛盾，通常采用的調(diào)度方式有：固定下泄（一級或多級）、補償調(diào)節(jié)、預(yù)報預(yù)泄等，汛限水位是處理防洪與興利矛盾的基本特征水位。興利調(diào)度一般是在非汛期，按照水庫所承擔(dān)興利任務(wù)的重要程度，合理分配水資源，謀求經(jīng)濟效益最大化的調(diào)度方式，按照工程任務(wù)一般分為：發(fā)電調(diào)度

3、、灌溉調(diào)度、供水調(diào)度等類型。 以丹江口水利樞紐為例，其初期規(guī)模的綜合利用任務(wù)為：防洪、發(fā)電、灌溉、航運及養(yǎng)殖。大壩加高后水庫調(diào)節(jié)能力及承擔(dān)各項水利任務(wù)的能力將有較大的改善和提高，其水利任務(wù)將調(diào)整為：防洪、供水、發(fā)電、航運。丹江口水庫現(xiàn)狀及大壩加高后，洪水調(diào)度方式均為預(yù)報預(yù)泄、補償調(diào)節(jié)、分級控泄；興利調(diào)度現(xiàn)狀按水利任務(wù)主次，依據(jù)水庫調(diào)度圖進行控制運行。大壩加高后，丹江口水庫按發(fā)電服從調(diào)水、調(diào)水服從生態(tài)的原則擬定控制水位和調(diào)度規(guī)則，在滿足水源區(qū)用水發(fā)展要求的前提下，盡可能多調(diào)水，并按庫水位高低和來水情況，分區(qū)進行調(diào)度，大水多調(diào)，小水少調(diào)。 現(xiàn)行水庫的管理制度和調(diào)度運行模式的主要任務(wù)是，處理、協(xié)調(diào)防

4、洪和興利的矛盾以及興利任務(wù)之間的利益。從河流生態(tài)系統(tǒng)保護的角度看，現(xiàn)行調(diào)度方式存在的主要問題：一是大多數(shù)的水庫調(diào)度方案沒有考慮壩下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護的要求。目前一些大型水電站在進行調(diào)峰調(diào)度運行時以及支流中開發(fā)的引水式水電站，往往只重視發(fā)電效益，忽視了壩下游生態(tài)保護的要求，如電站在調(diào)峰運行和引水發(fā)電時，導(dǎo)致壩下游出現(xiàn)減水河段，甚至脫水河段，使壩下游水生物（尤其是魚類）的生存環(huán)境遭受極大破壞，一些減水和脫水河段的生物多樣性遭受嚴重破壞，直接威脅壩下游水生態(tài)的安全；由于水庫對下泄流量的調(diào)節(jié)作用，也可能引起水庫下游局部河段出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化。二是受水庫調(diào)度運行的影響，也會引發(fā)庫區(qū)局部緩流區(qū)域或支

5、流回水區(qū)出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化，甚至“水華”現(xiàn)象的發(fā)生；水庫消落帶的利用與水庫的調(diào)度運行不協(xié)調(diào)，可能造成消落帶利用而污染水庫水質(zhì)。三是缺乏對水資源的統(tǒng)一調(diào)度與管理。目前長江上游干支流水電開發(fā)基本進入全面開發(fā)的狀態(tài)，一些工程規(guī)模大、調(diào)節(jié)性能好、綜合利用效益大的控制性水利樞紐工程正在加快建設(shè)。這些樞紐工程建成后，如果仍采用目前的調(diào)度與管理模式，各發(fā)電公司僅按樞紐各自的任務(wù)進行調(diào)度運用，勢必會造成對水資源統(tǒng)一調(diào)度的不利，不僅會影響流域梯級水庫整體的綜合利用效益，而且還會導(dǎo)致生態(tài)與環(huán)境等一系列影響。例如，如果長江上游干支流水庫同步蓄水、放水，下游河道水量大幅減少或增加，將對長江中下游的生態(tài)與環(huán)境產(chǎn)生較嚴重的

6、影響。 從三峽水庫調(diào)度運行面臨的問題和沱、岷江流域梯級開發(fā)及水庫調(diào)度存在的主要問題，可以更加清楚地看到現(xiàn)有水庫調(diào)度方式存在的問題。 （一）三峽水庫調(diào)度運行面臨的問題 三峽水庫首先考慮的是防洪，其次考慮發(fā)電和航運，壩下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護將面臨許多新的問題。一方面，在三峽水庫泄水運行過程中，每年4月底至5月初，由于三峽水庫壩前存在水溫分層，水庫升溫期下泄水較天然情況的水溫低，將會使壩下游“四大家魚”的產(chǎn)卵時間推遲約20天；同時，三峽水庫的削峰作用，也直接影響“四大家魚”的產(chǎn)卵量，可能導(dǎo)致中下游“四大家魚”的產(chǎn)量下降；水庫泄洪時，可能使下泄水流中造成氮氣過飽和，可能使壩下游魚類（尤其是魚苗）

7、發(fā)生“氣泡病”；水庫的清水下泄，影響和改變了中下游的江湖關(guān)系，也相應(yīng)的影響了中下游的水生態(tài)環(huán)境。另一方面，在三峽水庫蓄水運行過程中，支流回水區(qū)受水庫回水頂托的影響，在局部緩流區(qū)域可能會出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化，甚至“水華”（如135m蓄水過程中香溪河發(fā)生的“水華”）；隨著水庫蓄水位抬高，水庫消落帶的利用，也可能影響水庫水體的水質(zhì)。 （二）沱江流域水庫調(diào)度存在的問題嚴峻 沱江干流總長達600多km，經(jīng)成都、資陽、內(nèi)江、瀘州后注入長江，流域面積約2.7萬km2。兩岸人口密集、工業(yè)企業(yè)眾多。由于缺乏有效環(huán)境管理，沱江接連出現(xiàn)了兩次嚴重污染事件，污染事件發(fā)生后緊急實施跨流域調(diào)水通過都江堰和三岔水庫分別調(diào)水50

8、00萬m3和500萬m3為沱江沖污，調(diào)水流量甚至大于沱江上游來水。但在調(diào)水沖污過程中，由于對沱江干流的石橋、沱江、南津繹等梯級水電站缺乏統(tǒng)一調(diào)度與管理，污水團下泄緩慢，調(diào)水沖污效果并不理想。這一事件充分暴露了電調(diào)與水調(diào)的矛盾，暴露了企業(yè)在處理經(jīng)濟利益與生態(tài)保護中的局限性，也暴露出管理制度的薄弱。 （三）岷江流域水庫調(diào)度存在的問題 岷江干流除在建電站紫坪鋪和支流在建獅子坪電站外，目前干、支流上已建的其他水電站均采用引水式開發(fā)，各水電站為了獲取最大的發(fā)電效益，盡量引水發(fā)電，基本不考慮河道內(nèi)生態(tài)用水，導(dǎo)致干流約80km、支流約60km的河段出現(xiàn)時段性脫水。銅鐘電站以上的茂縣境內(nèi)，斷流現(xiàn)象十分突出，河

9、道干涸，在40km的河段內(nèi)，干涸河段長17km，占河段長度的42%。岷江上游干流和主要支流原生的近40種魚類，包括國家二級保護魚類虎嘉魚，由于河流減水或斷流，河床萎縮或干涸，直接影響魚類的繁衍和生存，魚類數(shù)量和種群急劇下降，許多河段生物多樣性喪失殆盡。20世紀80年代以后，茂縣以下河段虎嘉魚已絕跡，曾是雜古腦河和岷江上游主要經(jīng)濟魚類的重口裂腹魚，也很少發(fā)現(xiàn)。此外，在脫水、斷流河段，河床大部分甚至全部裸露，亂石堆積，兩岸植被萎縮，河床出現(xiàn)沙化，在汛期大水時，易形成含沙高的洪水，加劇下游河道的淤積。 此外，岷江上游地區(qū)比較好的土地多集中于河道兩岸，農(nóng)田灌溉主要依靠抽、引岷江水灌溉。由于部分河段出現(xiàn)

10、脫流或減水，使河流兩岸農(nóng)田的灌溉水源無法保證。 綜上所述，一方面長江流域水資源和水力資源豐富，目前總體開發(fā)利用程度不高，開發(fā)利用潛力巨大，隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源和能源要求的提高，長江流域的水資源和水力資源的開發(fā)利用，必將進入一個快速發(fā)展階段。另一方面，現(xiàn)行的水庫調(diào)度方式主要是處理、協(xié)調(diào)防洪和興利的矛盾以及興利任務(wù)之間的利益，對水庫下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護重視不夠，對生態(tài)與環(huán)境造成一定的負面影響。這就要求我們把生態(tài)調(diào)度納入水庫調(diào)度統(tǒng)一考慮，努力提高防洪、興利與生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的水庫綜合調(diào)度方式。 二、完善水庫調(diào)度方式的基本思路和對策措施 完善水庫調(diào)度方式的基本思路是：牢固樹立和認真落實以人

11、為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀，以維護健康長江、促進人水和諧為基本宗旨，統(tǒng)籌防洪、興利與生態(tài)，運用先進的調(diào)度技術(shù)和手段，在滿足壩下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮水庫的防洪、發(fā)電、灌溉、供水、航運、旅游等各項功能，使水庫對壩下游生態(tài)和庫區(qū)水環(huán)境造成的負面影響控制在可承受的范圍內(nèi)，并逐步修復(fù)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)。 （一）充分考慮下游水生態(tài)及庫區(qū)水環(huán)境保護 水庫的調(diào)度運用對生態(tài)與環(huán)境造成的不利影響不可忽視。根據(jù)目前長江流域水庫的管理和調(diào)度現(xiàn)狀，研究認為，在現(xiàn)有的調(diào)度方式中，根據(jù)各水庫的實際情況可以通過下泄合理的生態(tài)基流（最小或適宜生態(tài)需水量），運用適當?shù)恼{(diào)度方式控制水體富營養(yǎng)化、控

12、制水體理化性狀與水華爆發(fā)、控制河口咸潮入侵等，以達到減少或消除對水庫下游生態(tài)和庫區(qū)水環(huán)境不利影響的目的。 1.確定合理的生態(tài)基流 生態(tài)基流要根據(jù)壩下游河道的生態(tài)需水確定。生態(tài)需水是指維系一定環(huán)境功能狀況或目標（現(xiàn)狀、恢復(fù)或發(fā)展）下客觀需求的水資源量。確定河流生態(tài)需水量，是保護河流生態(tài)系統(tǒng)功能的有效措施。河流生態(tài)需水量的確定，應(yīng)根據(jù)河流所在區(qū)域的生態(tài)功能要求，即生物體自身的需水量和生物體賴以生存的環(huán)境需水量來確定。河流生態(tài)需水量，不但與河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群體結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還應(yīng)與區(qū)域氣候、土壤、地質(zhì)和其它環(huán)境條件有關(guān)。 水資源開發(fā)利用程度的不斷提高，使得水資源利用與生態(tài)用水的矛盾在全球范圍都很突出

13、，但生態(tài)流量大小的選取論證，目前尚缺乏比較完善、成熟的方法。美國、法國、澳大利亞等國家都先后開展了許多關(guān)于魚類生長繁殖與河流流量關(guān)系的研究，提出了河流最小生態(tài)（或生物）流量的概念和計算方法，如濕周法、河道內(nèi)流量增加法、Montana法等。對于最小河流生態(tài)用水，有些國家干脆做出強制性規(guī)定，例如，法國規(guī)定最小河流生態(tài)用水流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10，對多年平均流量大于80m3/s的河流，最低流量的下限也不得低于多年平均流量的1/20。我國根據(jù)河流所處的地區(qū)，也提出了確定河流生態(tài)流量的不同方法。根據(jù)長江流域水資源綜合規(guī)劃的要求，長江流域河道生態(tài)基流可根據(jù)多年徑流量資料，一般采用90%或95%保

14、證率的最枯月河流平均流量。 根據(jù)生態(tài)基流控制水庫下泄流量的措施多種多樣，最經(jīng)濟的方法是設(shè)定在一定的發(fā)電水頭下的電站最低出力值。通過電站引水閘的調(diào)節(jié)，使發(fā)電最低下泄流量不小于所需的河道生態(tài)基流，以維持壩下游生態(tài)用水。 2.控制水體富營養(yǎng)化 水庫局部緩流區(qū)域水體富營養(yǎng)化的控制，可通過改變水庫調(diào)度運行方式，在一定的時段內(nèi)降低壩前蓄水位，使緩流區(qū)域水體的流速加大，破壞水體富營養(yǎng)化的形成條件；或通過在一定的時段內(nèi)增加水庫下泄流量，帶動水庫水體的流速加大，達到消除水庫局部水體富營養(yǎng)化的目的。另外，對水庫下游河段也可通過在一定的時段內(nèi)加大水庫下泄量，破壞河流水體富營養(yǎng)化的形成條件；或采取引水方式（如漢江下游

15、的“引江濟漢”工程），增加河流的流量，消除河流水體的富營養(yǎng)化。 3.控制“水華”爆發(fā) 可通過不同的調(diào)度方式，充分運用水動力學(xué)原理，改變污染物在水庫中的輸移和擴散規(guī)律以及營養(yǎng)物濃度場的分布，從而影響生物群落的演替和生物自凈作用的變化?？衫盟畮煺{(diào)度對水資源配置的功能，蓄豐泄枯，增加枯水期水庫泄放量，從而顯著提高下游河道環(huán)境容量，改善水質(zhì)。目前，漢江下游枯水期2月份前后頻繁爆發(fā)水華，隨著丹江口水庫大壩加高，調(diào)蓄能力增強，以及引江濟漢聯(lián)合調(diào)度，可增加漢江下游2月份前后的河道流量，從而有效緩解漢江下游水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，控制藍藻“水華”的爆發(fā)。 4.控制咸潮入侵 長江口屬于受上游來水和口外咸潮入侵雙重影

16、響的敏感水域，上游來水和咸潮入侵直接關(guān)系到這一水域的生態(tài)安全。長江口鹽水入侵是因潮汐活動所致的、長期存在的自然現(xiàn)象，一般發(fā)生在枯季11月至次年4月，其距離因各汊道斷面形態(tài)、徑流分流量和潮汐特性不同而存在較大差異。南支河段有兩個鹽水入侵源，即外海鹽水經(jīng)南北港直接入侵和北支向南支倒灌，北支倒灌是南支上段水域鹽水入侵的主要來源。 三峽工程是長江干流上骨干水利樞紐工程，水庫具有較大的調(diào)節(jié)庫容，按設(shè)計的調(diào)度運用方式，可增加長江中下游干流枯季流量10002000m3/s，對改善長江口枯季咸潮入侵的作用明顯。但在三峽水庫蓄水期，有一定的不利影響。水庫調(diào)度在滿足原定防洪、發(fā)電、航運等基本要求的前提下，可適當改

17、變調(diào)度運行方式，以減少在10月份三峽工程蓄水期對咸潮入侵的不利影響。通過初步研究，可以考慮在不影響重慶河段輸沙的條件下，適當延長三峽水庫蓄水期，則可減少10月份的蓄水量，對長江口的影響便可明顯減輕。在此基礎(chǔ)上，還可以研究應(yīng)急調(diào)度運用方式，如果長江出現(xiàn)了特枯水，長江口咸潮入侵形勢特別嚴峻時，可視必要加大發(fā)電流量，以緩解這一關(guān)系到長江口地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。 （二）充分考慮水生生物及魚類資源保護 水庫形成后，一方面產(chǎn)生了一些有利于部分水生生物繁衍生息的條件，其種類和數(shù)量會大幅度增加，生產(chǎn)力將提高。另一方面，水庫對徑流的調(diào)節(jié)作用，使庫區(qū)及壩下河流水文情勢和水體物理特性發(fā)生變化，對水生生物的繁衍和

18、魚類的生長、發(fā)育、繁殖、索餌、越冬等均會產(chǎn)生不同程度的影響，如：庫區(qū)原有的急流生境萎縮或消失，一些適宜流水性環(huán)境生存和繁殖的魚類，因條件惡化或喪失，種群數(shù)量下降，個別分布區(qū)域狹窄、對環(huán)境條件要求苛刻的種類甚至消失；大壩阻隔作用使生境片段化，影響水生生物遷移交流，導(dǎo)致種群遺傳多樣性下降；水庫低溫水的下泄，對壩下游水生動物的產(chǎn)卵、繁殖具有不利影響；由于水庫泄洪水流中進入了大量的氮氣，使下泄水體中氮氣過飽和，可能導(dǎo)致壩下游魚類（尤其是魚苗）發(fā)生“氣泡病”。對這些不利影響，可采用以下調(diào)度措施減小或消除。 1.采取人造洪峰調(diào)度方式 水庫的徑流調(diào)節(jié)使壩下河流自然漲落過程弱化，一些對水位漲落過程要求較高的漂

19、流性產(chǎn)卵魚類繁殖受到影響。根據(jù)魚類繁殖生物學(xué)習(xí)性，結(jié)合壩下游水文情勢的變化，通過合理控制水庫下泄流量和時間，人為制造洪峰過程，可為這些魚類創(chuàng)造產(chǎn)卵繁殖的適宜生態(tài)條件。鑒于三峽工程對長江荊江段“四大家魚”產(chǎn)卵場的不利影響，目前正著手進行“人造洪峰”誘導(dǎo)魚類繁殖技術(shù)的研究與實踐。 2.根據(jù)水生生物的生活繁衍習(xí)性靈活調(diào)度 水庫及壩下江段水位漲落頻繁，對沿岸帶水生維管束植物、底棲動物和著生藻類等繁衍不利。特別是產(chǎn)粘性卵魚類繁殖季節(jié)，水位的頻繁漲落會導(dǎo)致魚類卵苗擱淺死亡。因此，水庫調(diào)度時，應(yīng)充分考慮這些影響，尤其是產(chǎn)粘性卵魚類繁殖季節(jié)，應(yīng)盡量保持水位的穩(wěn)定。我國很多漁業(yè)生產(chǎn)水平比較高的水庫，在水庫調(diào)度中

20、都采取了兼顧漁業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)調(diào)度措施。如黑龍江省龍鳳山水庫在調(diào)度上采取春汛多蓄，提前加大供水量的方式，然后在魚類產(chǎn)卵期內(nèi)按供水下限供水，使水庫水位盡可能平穩(wěn)，取得了較好的效果。 3.控制低溫水下泄 水庫低溫水的下泄嚴重影響壩下游水生動物的產(chǎn)卵、繁殖和生長。可根據(jù)水庫水溫垂直分布結(jié)構(gòu)，結(jié)合取水用途和下游河段水生生物生物學(xué)特性，利用分層取水設(shè)施，通過下泄方式的調(diào)整，如增加表孔泄流等措施，以提高下泄水的水溫，滿足壩下游水生動物產(chǎn)卵、繁殖的需求。 4.控制下泄水體氣體過飽和 高壩水庫泄水，尤其是表孔和中孔泄洪，需考慮消能易導(dǎo)致氣體過飽和，對水生生物、魚類產(chǎn)生不利影響，特別是魚類繁殖期，對仔幼魚危害較大，

21、仔幼魚死亡率高。水庫調(diào)度可考慮在保證防洪安全的前提下，適當延長溢流時間，降低下泄的最大流量；如有多層泄洪設(shè)備，可研究各種泄流量所應(yīng)采用的合理的泄洪設(shè)備組合，做到消能與防止氣體過飽和的平衡，盡量減輕氣體過飽和現(xiàn)象的發(fā)生。此外，氣體過飽和在河道內(nèi)自然消減較為緩慢，需要水流匯入以快速緩解，可以通過流域干支流的聯(lián)合調(diào)度，降低下泄氣體中過飽和水體流量的比重，減輕氣體過飽和對下游河段水生生物的影響。 （三）充分考慮泥沙調(diào)控問題 長江是一條泥沙總量大的河流，在長江上修建水庫，庫區(qū)泥沙淤積與壩下游河床沖刷的調(diào)整，以及由此帶來一系列的問題，是建庫后的自然現(xiàn)象，無法避免。泥沙沖淤對防洪、發(fā)電、航運、生態(tài)等影響，是

22、檢驗水利樞紐工程泥沙問題處理得成功與否的一個重要標志。水庫的泥沙調(diào)度，須結(jié)合水庫的綜合利用、目的和水庫本身的具體情況，全面考慮，慎重對待。 長江流域的河流一般水大沙多，且來水來沙量多集中在汛期，為減小庫區(qū)泥沙淤積，長期保留水庫大部分的有效庫容，充分發(fā)揮工程的綜合效益，一般采用汛期結(jié)合防洪降低庫水位以排沙，非汛期蓄水抬高水位以興利的“蓄清排渾”的水庫調(diào)度方式運用，通過這種調(diào)度措施可在很大程度上減少泥沙沖淤帶來的不利影響。 水庫泥沙淤積將直接造成庫容的損失、庫尾段的淤積，會引起庫尾水位的明顯抬高、變動回水區(qū)航道與港口的運行安全等問題。通過采用“蓄清排渾”、調(diào)整運行水位以及底孔排沙等調(diào)度方式，可有效減少泥沙淤積和改善變動回水區(qū)的航運條件。如長江三峽水庫屬于河道型水庫，灘庫容相對較小，來水來沙量集中在汛期，大量水量需要下泄，水庫正常調(diào)度采用175m-145m-155m方案，在水庫運行100年后，庫區(qū)泥沙淤積基本平衡，但可仍保留防洪庫容