第六讲 水库的生态调度

,*,第六讲 水库生态调度,2013,4,月,1,日下午，中国水利水电科学研究院水电可持续发展研究中心生态与环境保护研究部主任冯顺新博士在水电楼学术报告厅作了题为,筑坝河流的生态效应与调度补偿技术研究,的专题报告。,3,目前三峡水利枢纽正按长江防总下达的调度令实施首个生态调度，增大下泄流量，尝试形成“人造洪峰”，为三峡大坝下游经济鱼类产卵营造良好环境。,三峡集团董事长曹广晶在接受新华社记者专访时也表示，三峡工程在今年汛期调度中会把前期生态研究成果综合考虑进去，在,青鱼、草鱼、鲢鱼和鳙鱼等“四大家鱼”,集中产卵时，尝试制造“人造洪峰”以增加产卵。,5,主要内容,概念,核心内容,基本准则,调度措施,典型案例,三、水库调度,水库调度,单库调度,（防洪、供水、发电等调度）,梯级和联合调度,（多水库、水库群调度）,流域统一调度,（水库作为流域水资源调度的重要环节参与流域统一管理）,生态调度,（以满足流域水资源调度和河流生态健康为目标的调度，正在开展相关研究 ）,（,调度的最新阶段,）,现 状,洪水预报,+,气象预报,模型改进,+,新的理论、方法（混沌等）,计算机技术进步,+,网络技术,模型理论,+,调度经验,+,制度,智能型决策支持系统,多库调度、流域调度、跨流域调度、全国水资源统一调度、生态调度,精度、预见期,最终目的,发展趋势,提高效益,少人值守,无人值守,现 状,B,Z,死,Z,正,Z,设,Z,校,1-,防破坏线；,2-,限制出力线；,3-,防洪调度线；,4-,防弃水线。,2,1,4,3,1,4,B,Z,7,8,6,月,3.2,常规调度,现 状,9,A,区,保证流量区：实际蓄水位落到此区,水电站按保证流量工作,;,B,区,加大流量区：水电站按加大流量调度线的流量工作,;,C,区,全流量工作区：为减少弃水,水电站应全流量工作,;,D,区,限制流量区：可按降低流量线的流量工作,;,E,区和,F,区,防洪限制区：出现了大洪水,应开启闸门泄洪,可按正常泄量,(,或安全泄量,),下泄。,水库调度全图包括五个分区,现 状,一、水库生态调度概念,现行水库管理制度和调度运行模式主要是考虑如何处理、协调防洪和兴利的矛盾以及利益,忽视了水库下游及库区的生态系统需求,对河流生态系统造成了严重的影响。,为了减轻大坝对河流生态的负面影响,应改变现行的水库调度方式,使其对河流的影响降到最小程度。,生态调度,目前学术界对“生态调度”各自提出了自己的观点,但还没有给出十分明确的定义。,针对宏观的水资源配置和调度中的生态问题而言，生态调度是水库在发挥各种经济效益、社会效益的同时发挥最优的生态效益。（,汪恕诚,）,以水库多目标调度而言，生态调度指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标的前提下,兼顾河流生态系统需求的水库调度方法。（,董哲仁,）,在满足坝下游生态保护和库区水环境保护要求的基础上。充分发挥水库的防洪、发电、灌溉、供水、航运、旅游等各项功能,使水库对坝下游生态和库区水环境造成的负面影响控制在可承受的范围内,并逐步修复生态与环境系统,。,（,蔡其华,）,二、水库生态调度核心内容,将生态因素纳入到现行的水利工程调度中去,并将其提到相应的高度,根据具体的工程特点制定相应的生态调度方案。,生态调度是水库调度发展的最新阶段,并自始至终贯穿着生态与环境问题,以满足流域水资源优化调度和河流生态健康为目标。,三、生态调度的基本准则,（一）近自然的水流情势恢复准则,在充分了解河流水流情势与河流生态响应关系和权衡社会经济可承受力的基础上，,尽可能地保留对河流生态系统影响重大的流量组分来最大限度地塑造近自然的水流情势，,尽可能地恢复河流的生态完整性。,（二）因地、因时、因物种制宜的原则,生态调度目标设置必须因时、因地、因物种而异，,通过对各类流量事件及其生态效应的识别，,确定特定的生态流量组分。,四、生态调度的措施,1,、保证下泄合理的生态流量,在水库调度方案设计和调整中，首先明确下游需要,保护的目标及其要求,，,确定维持下游生态功能不受到损害的下泄水流量，这一流量称为,河道生态需水量,。,四、生态调度的措施,例,1,：,法国国家做出强制性规定，,河流生态用水流量不应小于河流多年平均流量的,10%,，,多年平均流量大于,80 m3/s,的河流，不应小于河流多年平均流量的,5%,。,我国长江流域河道生态基流，根据多年径流量资料，一般采用,90%,或,95%,保证率的最枯月平均流量。,四、生态调度的措施,例,2,：,温州市的珊溪水利枢纽工程。,珊溪水电厂运行主要为电网调峰发电，因此发电尾水流量受到调峰发电的影响，不能保证按照下游的需要泄水，,下游赵山渡水库对珊溪水库具有,反调节作用,，同时保证赵山渡下游河道的用水需求，,赵山渡水利枢纽运行最小下泄流量为,20m3/s,，用以保证下游城镇的取用水、河道生态用水、河床冲淤和防止河口的咸水上朔等。,四、生态调度的措施,例,3,：,我国北方某水库以供水和防洪为主，兼顾发电。,下游的河谷生态系统是该工程的重点环境保护目标。水库运行调度，采取汛期下泄人工洪水的方案，满足下游河谷生态系统的生长需要。,在,5,月中旬到,6,月上旬，当上游水文站实测洪峰流量大于,796m3/s,时，,水库进行调度，确保下泄洪峰流量不小于,796m3/s,，洪水过程基本与天然状况一致。,四、生态调度的措施,例,4,：,长江口上游来水和咸潮入侵，直接关系到河口水域的生态系统，,咸潮入侵一般发生在枯水期的,11,月至翌年的,4,月。,三峡水利枢纽，按照调度运行设计，可在枯水期使长江中下游干流流量增加,10002000m3/s,，,对改善长江口枯水期咸潮入侵的影响作用很大。,四、生态调度的措施,水库运行下泄生态基流的措施很多，,最经济的方法是设定在一定的发电水头下的电站最低出力值，通过电站引水闸的调节，,使发电最低下泄流量不小于下游河道的生态基流,。,在已运行又没有设计最小下泄生态流量的水库，可采取,加装小型发电机组,的方式，利用最小生态流量下泄，同时发电而获得一定的经济效益。,四、生态调度的措施,2,、保护库区及下游水质的调度措施,在发生富营养化的时段，结合防洪运行增加下泄流量，加大库区水域的流动速度，,缩短库区的换水周期,，破坏水体富营养化的形成条件。,下泄流量增加同时可改善下游河道水体的水质。,在调蓄能力较强的水库，可通过蓄丰泄枯，增加枯水期泄放量，提高下游河道,水体自净能力,。,四、生态调度的措施,例如：,近几年，汉江下游在枯水期的,2,月前后频繁出现“水华”。,南水北调中线工程丹江口水库大坝加高后，可利用水库的调蓄能力，并结合“引江济汉”工程联合调度，,增加汉江枯水期的河道流量,，缓解汉江下游水体富营养化的状态。,四、生态调度的措施,3,、水生生物保护措施,水库的调度运行，使原有河道的水文情势发生了很大的变化，流量、水位的人为控制，使沿岸带水生植物、库区水生动植物的生境发生变化。,水库调度运行应充分考虑水生生物的生长特性，特别是要结合,重点保护目标,的生长繁殖习性设计调度方案。,四、生态调度的措施,例如：,三峡水利枢纽工程，下游水文情势的改变对荆江段“四大家鱼”产卵场产生不利影响。,调整三峡水库的调度方案，在四大家鱼产卵期，制造人造洪峰来诱导繁殖。（漂流性卵）,四、生态调度的措施,对于产粘性卵的鱼类，在其繁殖季节，注意控制库区的水位相对稳定。,例如：,黑龙江的龙凤山水库，以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖、发电和旅游，,在调度运行上采取,春汛多蓄,，加大供水量，到鱼类产卵期，按照供水下限供水，保持水库水位的相对稳定，效果很好。,中华鲟、鲫鱼、鲤鱼,四、生态调度的措施,对于一些水温分层型的水库，运行下泄低温水，对下游河道的水生生物产生不利影响。,在有条件的情况下，可采取,分层泄水,，增加表层水的下泄，以提高下泄水温。,另外，可,通过调度方式改变水库的水温结构,。,四、生态调度的措施,例如：,吉林省松江河水电梯级开发，修建,A,、,B,两座水库，,A,水库筑坝蓄水，引水至,B,水库，,B,水库的蓄水全部用于发电。,A,水库引水进入,B,库区后影响到,B,水库的水温结构，由原来的分层型改变成为过渡型，,促使,B,水库的上下层水温的混合，减弱了下泄低温水对下游的不利影响，对坝下下游生态是有利的。,四、生态调度的措施,对于水库泄水导致下游气体过饱和对鱼类的影响，,水库调度应考虑在防洪安全的条件下，,延长泄流时段，降低泄流强度,。,在有分层泄水设备的水库，可根据保护目标要求，合理组合泄洪，兼顾消能与防止气体过饱和。,四、生态调度的措施,4,、对湖泊湿地的保护措施,水库运行对下游的湖泊、湿地的影响，主要是改变了下游河道的水沙特性，使天然湖泊和湿地的水、沙及生物的补给规律发生变化。,水库运行必须考虑对下游湿地的保护，通过运行调度，减缓对湿地的不利影响。,四、生态调度的措施,例如：,我国北方一条河上建设的水利枢纽，在其下游有一湖泊湿地，是临近河流的尾闾，属于内陆湖，是该地区的重要渔业基地之一。,长期以来，湖盆为积盐中心，矿化度不断增加，达到,3g/L,。靠自身上游河流的补水量已不能满足减缓矿化度增加的趋势。,四、生态调度的措施,为了延缓该湖的积盐过程，修建了从水利枢纽所在河流引水济湖工程，,水利枢纽调度方案中，通过,引水济湖,人工渠道，每年向下游的湖泊湿地补水约,6.5,亿,m3,，,占湖泊所在河流上游补水量的,72%,，,对延缓该湖泊的积盐过程，维持湖泊湿地的功能起到了重要的作用。,五、生态调度的典型案例,（,1,）珠江压咸补淡应急调水,近年来，珠江流域持续降雨偏少、来水偏枯，珠江口咸潮上溯加剧，严重威胁澳门、珠海等地区居民的饮用水安全。,实施了,2005,、,2006,年珠江,压咸补淡应急调水,，,2006-2008,年转为枯水期珠江骨干水库统一调度。,针对龙头水库采取,先蓄后补,，保证调度水量的方法，调度策略采用“避大潮、压小潮、多蓄淡”的方法，调度方式采取“月计划、旬调度、周调整、日跟踪”的方法，并每日跟踪，实施精细调度。,珠江三角洲地图,大旱年,平水年,（,2,）黄河调水调沙,2002,2004,年黄河防总连续,3,年进行了调水调沙试验，利用水库联合调度塑造人工异重流排沙出库，利用人工扰沙技术促进河床泥沙启动，实现河床下切、输沙入海。,2007,年,6,月,19,日至,7,月,7,日，黄河防总精心调度万家寨、三门峡、小浪底等水库，再次成功实施调水调沙。,此次洪峰是近,10,年来下游河道通过的最大洪峰，下游主河槽得到全线冲刷，而且还漫灌了黄河口湿地，为湿地保护及时补充了淡水资源。,（,3,）塔里木河生态应急输水,塔里木河是我国最大的内陆河，国内流域面积,99.6,万,km2,，多年平均径流量,398.3,亿,m3,。,下游近,400km,的河道断流，尾闾台特玛湖干涸，导致沿河大片胡杨林死亡，河道东西两侧的库鲁克沙漠和塔克拉玛干沙漠呈现紧逼的合龙态势。,2000,年开始从博斯腾湖向塔里木河下游河道应急生态输水,到,2005,年共实施了,7,次应急输水，输水总量达,20.42,亿立方米。,（,4,）扎龙湿地应急补水,为乌裕尔河下游失去主河道后漫溢而成的典型芦苇沼泽湿地，面积约,21,万,hm2, 1987,年建立国家级自然保护区，主要保护丹顶鹤等珍禽及湿地生态系统。,自,2001-2005,年连续实施了扎龙湿地应急补水，累计补水约,9.5,亿,m3,。每年补水时段为,4-10,月，主要采用人造洪峰补水和间隔性补水两种方式。,有效遏制了湿地萎缩现象，湿地水禽的水量与种类相比于补水前大大提高，对水禽生境质量有明显改善。,(5),田纳西河流域的生态调度,田纳西河位于美国东南部，是密西西比河支流俄亥俄河的一条流程最长、水量最大的分支，,发源于阿巴拉契亚的西坡，在肯塔基市附近注入俄亥俄河。,密西西比河,俄亥俄河,肯塔基,田纳西河通过梯级开发在径流量大、落差较大的河段集,中建设多个大坝，修建多,个水库，在汛期通过大坝,多次拦蓄洪水，降低洪峰，,延缓洪峰对下游的冲击，,从而起到防洪的作用。,防洪：防洪标准达百年一遇,航运：通航里程长；联系范围广；经济效益高。,每年有,4,亿美元的通航效益,发电：,类型,水电、火电、核电,影响,全国最大的电力供应基地,促进流域高耗能工业的发展,两岸形成“工业走廊”,水库,居民生活用水,农业灌溉用水,水生生物,要求,水质高,污染防治,水源涵养林保护,库区生态环境改善,提高水质,：,旅游业,水库的修建,流域环境改善,带动,促进,建立公园、野生动物管理区、风景区、宿营地和俱乐部以及教育中心,成为著名的风景旅游区,带动游船制造业和经营业的发展,旅游,：,土地利用：,自然保护区,建立保护区，调整农林牧，稳定河湖线，恢复采矿区。,今天的田纳西河流域,水利工程建设,控制洪灾,水电,煤炭资源,火电,（大坝 船闸 运河）,改善航运条件,建成综合性工业基地,核电,植树造林,改善生态环境,人均收入达到美国平均水平,发展旅游业,发展农业,(6),墨累,-,达令河生态流量管理,位于澳大利亚的东南部，发源于湿润多雨的东部山地，流向西部半湿润地区，然后再经半干旱的内陆平原南部，奔流入海。,河流长度,3750km,，流域面积,106.1,万,km,2,，约占澳大利亚国土总面积的,14%,。,该流域拥有澳大利亚最长的,3,条河流,:,达令河,( Darling River),、墨累河,( Murray River),和马兰比吉河,( Murrumbidgee River),全流域年总平均径流大约为,238,亿,m,3,。,图,3-1,墨累河流域水系及径流调控程度图,(,引自,Gippel,等，,2002).,（）雪山工程恢复工程：拦蓄本应东流入海的河水用来发电,发电尾水向西越过大分水岭,(Great Diving Range),注入墨累河和马兰比吉河水系,用于灌溉和河道管理等目的,如削减洪峰、干旱时增加径流、控制海水入侵、兼顾环境需水等。,（）墨累达令河水量分配和其上限引水量：在,2000-2001,年，澳大利亚,1993,年实行释放环境流量，共释放,341GL,环境流量，分三次进行。使得该流域至少有,20,种,15000,对生物成功的在森林中进行繁殖,并使,1975,年消失的某些种群再次出现。,(7),科罗拉多河格伦峡谷大坝调度的适应性管理,科罗拉多河是一条国际河流，发源于美国科罗拉多州中北部，落基山脉中的弗兰特岭西坡，,流经美国西南部、墨西哥西北部，长度约为,2333km,，流域面积,642000km,2,，多年平均径流量,170,亿,m,3,。,图,3-2,科罗拉多河流域概况,图,3-3,科罗拉多河格仑峡谷大坝,图,3-5,格伦峡谷大坝生态调度实践（,1990-2002,）,结论,生态调度,是流域综合管理的重要手段，是实现河流生态修复的重要措施。,生态调度过程中，应遵循近自然水流情势和因地因时因物种制宜的基本准则，充分重视对生态调度阶段性特征的认识，,制定适合国情的近期和远期目标，开展合适的生态调度调控理论及技术方法研究，,逐步建立起面向河流生态健康的长效机制。,