水利水电工程的水环境影响(2)

顺直水槽实验100105110115120125130020406080100120140160180200220t（h）TGP（%）清水含沙水泥沙对过饱和TDG的释放有显著的促进作用原因：泥沙颗粒的存在提供了大量可供过饱和TDG逸出所依附的介质，进而促进了过饱和TDG的快速释放。泥沙对过饱和TDG释放的影响实验：静水实验、搅动实验、明渠实验对7个大型电站泄洪时下游水体中的过饱和气体进行了观测雅砻江二滩、长江三峡、澜沧江漫湾、大朝山电站、大渡河龚嘴、铜街子、岷江紫坪铺(3)高坝工程原型观测铜街子电站漫湾例：二滩电站坝下观测成果工况泄流方式TDG饱和度(%)13#、4#中孔123.923#、4#中孔122.933#、4#中孔123.643#、4#中孔122.853#、4#中孔123.363#、4#中孔2#表孔124.073#、4#中孔123.483#、4#中孔3#表孔124.693#、4#中孔124.3103#、4#中孔123.9(3)高坝工程原型观测二滩电站三峡下游TDG过饱和度随距离的变化(3)高坝工程原型观测1001101201301401500100200300400500600700距离(km)TDG饱和度(%)二滩下游TDG过饱和度随距离的变化100105110115020406080100120距离(km)TDG饱和度(%)水垫塘水面线二道坝水舌32101exp2skeqeqethPGGGkPh坝身泄洪孔泄流模型泄洪洞水舌冲坑水面线水面线32301=exp2kdeqeqddhPGGGkPh泄洪洞泄流模型(4)过饱和TDG生成预测(5)过饱和TDG释放预测0T0()eqdGGkGGdt过饱和TDG在天然河道的释放服从一阶动力学过程。T3600TUkH提出释放系数kT的估算公式为：0.000.020.040.060.080.1001020304050距坝址距离(km)释放系数(1/h)以金沙江中游河段为例，计算过饱和TDG的沿程释放过程。11511812112401020304050距坝址距离(km)TDG饱和度(%)释放系数沿程变化过程过饱和TDG沿程变化过程TDG的释放系对不同的河流差异很大，例如三峡下游江段释放系数为0.02h-1二滩下游的雅砻江段释放系数为0.06h-1影响下游河道中水体过饱和TDG释放的因素：•水深•流速•泥沙含量•水温•等等有待进一步研究(3)高坝工程原型观测高坝下游溶解气体过饱和对长江上游特有鱼类影响的研究岩原鲤外部形态特征实验装置(6)鱼类对过饱和TDG耐受性研究(6)鱼类对过饱和TDG耐受性研究岩原鲤鳃部及胸鳍上附着的气泡岩原鲤死亡后体表出现的组织隆起0102030405060708090100110048121620242832364044暴露时间(h)死亡率(%)120%125%130%135%140%145%(6)鱼类对过饱和TDG耐受性研究岩原鲤鱼苗第一批死亡率与暴露时间关系图0123456789101水深(m)半数死亡时间(h)0.31.32.3不同水深处试验鱼半数死亡时间(6)鱼类对过饱和TDG耐受性研究6减水河段生态需水量计算减水河段的生态破坏锦屏二级水电站工程生态需水量研究减水河段生态破坏的典型案例1岷江干流上游河道每年大约有100km的河道接近断流。干渴的岷江减水河段生态破坏的典型案例22001年7月3日成千上万的产卵湟鱼死在沙柳河（青海湖的一条支流）拦河坝上下一段约长200m的河道内，死鱼形成了一条约50cm厚的鱼尸带。据不完全统计，至少有500t湟鱼惨遭横祸。每年这个季节，青海湖中的产卵湟鱼都会逆流而上，在河流中完成繁殖后再回游到湖中。当大批湟鱼游到沙柳河拦河坝时，恰逢河水断流，因此引发了“死鱼事件”。青海湖湟鱼溯河洄游产卵锦屏二级水电站为引水式电站，闸址位于雅砻江大河湾西端猫猫滩，厂址位于雅砻江大河湾东端大水沟。猫猫滩闸址大水沟厂址电站开发任务为发电，其最大的特点是长隧洞引水式开发。从而造成闸址至厂址间长约119km的河段不同程度减水。锦屏二级水电站工程减水河段的生态破坏河道减水致使水生生物栖息地减少甚至消失，对水生生态系统直接造成破坏。天然河流减水河段•“关于加强水电建设环境保护工作的通知”(环发[2005]13号)•“关于有序开发小水电切实保护生态环境的通知”(环发[2006]93号)•《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南(试行)》(环评函[2006]4号)•“关于进一步加强西南地区水电建设前期工作有关问题的通知”(发改办能源[2007]2293号)•“关于加强西部地区环境影响评价工作的通知”（环发[2011]150号）•“关于进一步加强水电建设环境保护工作的通知”(环办[2012]4号)关于减水河段生态保护的规范性文件环办[2012]4号电站闸址控制流域面积102663km2，多年平均流量为1220m3/s，河床坡降大，水流湍急，河谷呈V形，漫滩、心滩少见，深潭较多。字型河谷坡降大形成湍急水流V深潭缓慢水流浅滩湍急水流雅砻江干流锦屏二级水电站工程生态需水量研究减水河段生态环境需水界定减水河段生态环境需水需考虑以下要求：√维持水生生物生态系统稳定所需要的水量；√维持河流水环境质量的最小稀释净化水量；×调节气候所损耗的蒸散量；×维持地下水位动态平衡所需要的补给水量；×航运、景观和水上娱乐环境需水量；×工农业生产及生活需水量。锦屏二级水电站减水河段最小生态环境需水量考虑范围主要为维持水生生物生态系统稳定所需要的生态基流量和维持河流水环境功能的最小稀释净化水量，由于这两部分的水量均为河道内需水，取较大值即能满足另一方面的需要。锦屏二级水电站工程生态需水量研究维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算从多种方法中选择水文学法(Tennant法)、水力学法(R2-Cross法)以及生态模拟法分别进行生态基流量计算。其中生态模拟法是本次计算重点方法。生态模拟法：生态水力模拟分三大块，一是河道内生态描述，二是河道水力模型的模拟，三是河道生态需水的决策。河道水力模拟生态水力模型河道生境描述生态环境需水量决策•定性或定量描述鱼类种类、分布、生活习性特别是对水深、流速等水力要素的偏好；•采用一维和三维水力学模型模拟减水河段内在下泄不同流量时枯期及汛期的河道内水力参数变化情况；•综合河道模拟结果与生态描述，确定较为合理的生态需水量。(1)计算方法磨子沟九龙河子耳沟减水河段区间集水面积6245km2，共有30余条大小支流支沟汇入雅砻江。除子耳沟、九龙河、磨房沟之外，其余支沟流量均较小。其中九龙河为区间最大支流，位于闸址下游36km雅砻江左岸，河口多年平均流量107m3/s。雅砻江干、支流径流特征相差较大，水文典型年不一致。(2)计算基础资料维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算减水河段水生生态调查水生生境调查：为满足下泄流量计算需要，对减水河段水生生境进行了调查，主要包括水文、泥沙、水温、水体理化特性等。水生生物调查：减水河段共有鱼类38种，其中珍稀保护鱼类8种，无国家级重点保护鱼类。大多鱼类适应急流生境，体形小，并具有适应该生境的形态或构造特点，适应底栖或中下水层生活。38种鱼类的产卵场有砾石底质湍急的峡谷区、宽阔急流的深水区以及砂砾底质的河漫滩；在它们集中的产卵季节，产卵活动都需要流水的刺激，甚至是水量的适当增加。(2)计算基础资料维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算共107个大断面•流量资料•实测大断面资料•实测水面线资料•水位～流量关系曲线洼里水文站乌拉溪水文站•典型年选择结合鱼类习性考虑计算水力要素(2)计算基础资料水文学法（1）7Q10法各断面年平均生态需水量计算成果断面名称7Q1090%保证率最枯月平均流量断面流量累计各断面累计猫猫滩闸址252.92252.92263.81263.81磨子沟（支沟）0.29253.210.32264.13子耳沟（支沟）2.15255.362.34266.47九龙河（支沟）14.02269.3815.27281.74大水沟厂址293.96293.96304.85304.85维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算（2）Tennant法保护鱼类、野生动物、娱乐和有关环境资源的河流流量状况流量状况描述推荐的基流(10~3月)(％平均流量)推荐的基流(4~9月)(％平均流量)泛滥或最大200(48—72／小时)最佳范围60-10060-100很好4060好3050良好2040一般或较差1030差或最小1010极差0-100-10对于流量较大的河流(多年平均流量大于80m3/s)，可进行调整和重新规定，但最低流量的下限不得低于多年平均流量的百分之五。维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算断面生态基流量(m3/s)猫猫滩61磨子沟口60.1子耳沟口56.8九龙河口37.7大水沟29.4在多年平均流量条件下，不考虑闸址弃水，为了满足闸址附近断面生态基流量要求，闸址需下泄61.0m3/s；为满足距闸址约36km的九龙河口断面的生态基流量要求，闸址需下泄37.7m3/s。（2）Tennant法维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算水力学法(1)湿周法锦屏二级水电站猫猫滩闸址湿周流量关系曲线（可研阶段)（座标：A:x=527084.86y=329038.56B:：x=527041.32y=329128.60）0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00010020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000流量（m3/s）湿周（m）维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算(2)R2-Cross法采用R2-Cross法确定最小流量的标准河宽(英尺)平均水深(英尺)湿周率(％)平均流速(英尺／秒)10~200.2501.02l~400.2-0.4501.04l~600.4-0.650-601.06l~1000.6-1.0≥701.0维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算R2-Cross法：4个典型最不利断面流量(m3/s)平均流速(m/s)平均水深(m)湿周率15≥0.3≥0.30.64200.65300.67450.70600.733151.00闸址下泄各流量时下游各断面的平均水深及平均流速都能满足R2-Cross法制定的标准。根据R2-Cross法计算结果，闸址下泄生态基流量为45m3/s。维持水生生态系统稳定所需要的生态基流量计算根据鱼类生境要求，模拟的水力要素包括面积、水深、水面宽、湿周等。0369121518210246810121416182022242628303234363840L(km)h(m)1520304560315猫猫滩磨子九龙子耳m3/s时最大水深沿程变化m3/s时最大水深沿程变化m3/s时最大水深沿程变化m3/s时最大水深沿程变化m3/s时最大水深沿程变化m3/s时最大水深沿程变化0369120246810121416182022242628303234363840L(km)h(m)1520304560315猫猫滩磨子九龙子耳m3/s时平均水深沿程变化m3/s时平均水深沿程变化m3/s时平均水深沿程变化m3/s时平均水深沿程变化m3/s时平均水深沿程变化m3/s时平均水深沿程变化水力生境模拟法01234560246810121416182022242628303234363840L(km)V(m/s)1520304560315猫猫磨子九龙子耳m3/s时平均流速沿程变化m3/s时平均流速沿程变化m3/s时平均流速沿程变化m3/s时平均流速沿程变化m3/s时平均流速沿程变化•水深：下泄流量为30m3/s及以上时，所有河段平均水深都大于0.5m。——较大鱼体长也仅300mm～500