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水利水电工程管理题目：水库生态调度的综述学校：华北水利水电大学学院：水利学院专业：水利水电工程姓名：王鹏班级：2014201学号：201420103水库生态调度的综述摘要：水库生态调度是指通过改进水库调度方式来修复河流的生态功能，相关理论和技术在近几十年来得到了长足发展。分析总结了国内外利用水库生态调度方式减缓工程不利影响的实例与研究进展，详细介绍了三峡水库生态调度实践及存在的不足。分析指出，应从水库下游生态保护目标的修复角度出发，针对河流生态系统的高度复杂性与不确定性、人类对生态系统认知的局限性以及人类开发活动影响的难以预知性等，开展适宜于我国水利工程的生态适应性管理研究。指出了今后应加强生态需水量研究和生态适应性管理。关键词：水库调度；生态调度；生态系统完整性；生态调度研究传统水库建设对生态环境问题的忽视,导致水库下游河道生态条件恶化,引发许多不良后果。因此,如何改善水库调度,补偿或缓解对下游河流生态环境的负面影响,是我国新时期人与河流和谐发展的重要内容。1研究背景水利工程是确保人民生命财产安全，促进社会经济可持续发展的重要保障。但我们在享受着水利工程带来的经济与社会效益的同时，河流生态系统却承受着前所未有的压力。到目前为止,我国共修建各种规模的水库已超过9万座。这些水库的调度方式主要是防洪调度和兴利调度（如以防洪、发电、供水、航运等为主要目标）,在发挥水库社会经济功能方面起着巨大的作用。但是,传统的调度方式注重发挥水库的社会经济功能,却忽视了水库下游及库区的生态系统需求,导致一系列严重的生态环境问题。同时,如果反对建设水库大坝,一味强调生态环境重要性,主张拆除现有大坝的观点则与社会经济发展的现实需求不符。因此通过改变现有水库调度方式,补偿水库对河流生态系统的不利影响,保护流域生态系统健康,实现水库社会经济效益与生态效益的最大化,受到各国重视。从国内外学术界的定义看来,所谓“生态调度”是指兼顾生态的水库综合调度方式。Griphin[1]在文献中提到生态调度是水库既要满足人类对水资源需求又要尽量满足生态系统的需水要求。汪恕诚[2]认为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,它是针对宏观的水资源配置和调度中的生态问题而言的。董哲仁、孙东亚[3]更是提出了“水库多目标生态调度”即水库在实现防洪、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调度方式。然而,水库的生态效益往往与其社会经济效益相制约。因此,生态调度是一定时期生态环境利益与社会经济利益相互优化平衡的产物。在当前形势下,我们应该统筹防洪、兴利与生态,在实现社会发展和防洪安全的同时,减小水库的负面影响,逐步修复生态系统;在保障河流生态健康的条件下,合理开发利用,促进人水和谐,实现资源环境的可持续发展。预计在不久的将来,水库生态调度将是以防洪作为约束,以河流健康作为目标,通过协调各兴利因子达到目标的一个均衡优化调度问题。2研究现状20世纪30年代，美国陆军工程兵团在哥伦比亚河及斯内克河下游修建了8座梯级水电站，通过各种工程措施维持鱼类洄游通道。20世纪40年代,美国开始强调河川径流作为生态因子的重要性[4]。到20世纪70年代国外学者开展了关于水库对生态与环境不利影响的全面、系统研究。1971年schlueter[5]首先提出水利工程在满足人类对河流利用要求的同时要维护或创造河溪的生态多样性。1982年Junk第一次提出了生态洪水脉冲的概念[6]。随后,Petts[7]研究了生态需水量以及水生物生长、繁殖与河流流量关系。DAHughe[8]建立了满足生态需水的水库调度模型等。国外对水库生态调度实证性研究可以划分为2个方面[9]:一是对调度方式优化以及配套技术设施的研究,如田纳西河流域水库的生态调度方式;二是评估实施这些技术方法对生态与环境的影响,从而在保证改善效果的同时不至于对生态系统产生明显扰动。如澳大利亚“水依赖的生态系统”的评价方案等。我国水利工作者在发挥水库的生态功能,减轻水库对生态环境的不利影响方面也进行了一定的探索。在20世纪80年代国内学者就开始研究各种鱼类的最适生长温度,并关注水库水温分层现象对生态的影响。近年来,余文公、夏自强[10]提出水库为了保持河流适宜流量要建立生态库容,并计算了新疆大西海子水库的生态库容;钮新强[11]对三峡工程生态调度进行了探讨；陈端[12]对基于遗传算法的水库生态调度进行了探讨；顾然[13]基于RVA框架对水库生态调度进行了研究；康玲[14]从河流生态需水量、生态洪水角度论述了水库生态调度；王煜对优化中华鲟产卵生境的水库生态调度进行了研究。国内学者还针对特定的水库建立了生态调度模型。这些调度模型一般采取2种形式,一种是将生态目标作为水库多目标问题其中的一个目标考虑;另一种是将生态因素作为模型约束条件来考虑,此约束一般是水库下游河流的生态需水。3、国内外生态调度应用3.1、国外生态调度应用生态调度通常指基于河流生态需求的大坝调度运行方式，主要是通过合理的技术手段管理河流流量、控制水温和沉积物输移，改善植物、鱼类和野生动物的环境状况等。生态调度是减缓大坝生态影响最为有效的措施之一。据美国大自然保护协会统计，截至2005年，世界上共有53个国家的855条河流开展了修复环境水流的研究或实践。在已进行的生态调度实践中，美国开展的生态调度试验研究不仅在数量上远超过其他国家，在类型上也涵盖了不同的生态目标和水库规模。美国从1980年开展大古力大坝和哥伦比亚流域其他水利工程调度，就充分考虑了满足维持或增强溯河产卵的鱼类种群溯流至产卵场的需求。田纳西流域管理局自1991年开始，通过提高水库泄流的水量及水质，以下游河道最小流量和溶解氧为指标，对20座水库调度运行方式进行了优化调整。美国中央河谷工程甚至将保护和恢复鱼类与野生动物需求放在比发电需求优先的位置考虑。在美国佛罗里达州基西米河，为了恢复河流原有的生态面貌，从1990年开始进行了一系列的生态修复试验，其中包括改变上游水库的运用方式，塑造具有季节性变化的、与天然状态尽可能接近的来流条件，以及人为抬高水位以恢复两岸的湿地。从调度目标看，主要包括：增加河流最低流量和改善水质、控制河道水位变动及恢复河滨植被、改善栖息地适宜性等。由于涉及相关的物理化学及生物过程，主要采用模拟法分析。此外，在发达国家的水库再调度实践中，通常采用适应性管理方式调整水库调度，以消除不利生态环境影响，如美国格伦峡谷大坝通过适应性管理，对下游生物多样性及沙洲被破坏的生态环境问题开展泄流试验，取得了显著效果。3.2、国内生态调度实践我国对河流生态修复、维持河流健康方面的重视程度正在不断提高，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要(2011)》中强调“在做好生态保护和移民安置的前提下积极发展水电”，突出了生态保护工作对于水电持续发展的重要性。同时，国内也积极开展水利工程调度改善生态环境的工作，包括黄河调水调沙、珠江压咸补淡应急调水、塔里木河生态应急输水、扎龙湿地应急补水等。2008年，三峡水利枢纽工程初步达到设计水位，长江水利委员会防汛抗旱办公室(以下简称“防办”)也实施了一系列试验性调度，积极拓展水库调度的综合效益。如2011年以来，三峡水库共向下游补水达781．52亿m，有效缓解了近年来长江中下游和两湖地区旱情及长江口地区咸潮入侵，尤其是2011年长江中下游发生干旱灾害，三峡水库共向下游补水212．42亿m，4、5月份抬高荆江河段水位约0.9～1.2m，抬高长江中游干流河段水位约0.7～1.0m，抬高下游河段水位约0.6～0.9m，有效缓减了中下游取水用水困难，发挥了巨大的生态和社会效益。2012，2013年，防办开展了三峡水库库尾减淤调度试验，2012年长江干流段泥沙冲刷量为224.3万m，嘉陵江段为16.8万m；2013年水库库尾大渡口至涪陵段(含嘉陵江段,总长约169km)河床冲刷量为441.3万m，其中长江干流段为409.7万m，嘉陵江段为31.6万m，为今后进一步开展减淤调度积累了宝贵经验。围绕三峡工程对四大家鱼的影响问题，我国分别于20世纪60年代与80年代，组织相关科研院所进行了专项研究。1996年以来，依托“长江三峡工程生态与环境监测系统”相关重点站，中国科学院水生生物研究所与中国水产科学研究院长江水产研究所，对三峡工程建设期间长江中游四大家鱼卵苗径流量进行了连续监测。水利部中国科学院水工程生态研究所在承担国家自然科学基金重大项目“大型水利工程对长江流域重要生物资源的长期生态学效应(2005～2008年)”以及中国长江三峡集团公司委托的“针对四大家鱼自然繁殖需求的三峡工程生态调度方案前期研究(2005～2007年)”项目中，对长江中游四大家鱼自然繁殖的生态水文学条件进行了系统总结。在前期研究成果的基础上，向防办提出了开展促进四大家鱼自然繁殖的生态调度试验工作建议及详细的调度方案；防办结合上游来水情况,分别在2011～2013年5次下达调令,通过调度加大三峡水库泄量使宜昌以下江段形成持续涨水过程，以促进四大家鱼自然繁殖。在此过程中，长江中游主要控制站点监测到了明显的涨水过程。四大家鱼卵苗监测结果表明，生态调度对四大家鱼自然繁殖起到了一定促进作用。3.3、研究发现问题与不足国内外生态调度实践反映出，生态调度的关键问题是生态需求的确定，包括水质、水量与节律性需求。现阶段的生态调度实践基本能够满足最小生态流量的需求和枯水期的流态要求，但在节律性需求方面有待进一步深入。受社会需求的约束，现阶段的水库调度仍然是以兴利调度为主，水资源量短缺、水资源分配等问题限制了河流生态系统与社会功能的充分发挥，在生态调度实施过程中需要进一步协调解决。三峡水库生态调度试验实施期间一般处于水库水位集中消落期，水库调度需综合考虑防洪、发电、库岸稳定、航运、生态调度试验和库尾减淤调度等各方需求，在来水不确定的情况下，通过水雨情预测分析和滚动会商，制定生态调度试验方案。主要制约因素有：优化调度方案规定水库集中消落时间从5月25日至6月10日，库水位从155m降至145m；在三峡库区地质灾害治理中，考虑库岸稳定，要求水库水位日下降速率不宜过快，枯水期不超过0.6m／d；由于水库水位日降幅的限制以及来水不确定性，导致三峡电站出力波动较大，对电网安全运行不利。在三峡水库下阶段调度实践中，需要综合考虑来水不确定性、电网的负荷以及防洪需求对水库运行调度带来的风险影响。4、生态调度研究4.1、自然水文情势的生态作用认识河流生态系统结构与功能的相互关系，以及自然水文情势对河流生态系统结构的驱动作用，是生态调度实践的基础。河流生态系统是区域气候背景条件下，水环境与水生物共同进化的结果。自然水文情势在维持河流生物多样性和生态系统完整性方面发挥了至关重要的作用。河流的自然环境和栖息地的物理结构，很大程度上是由物理过程决定的，尤其是由水流运动、河道内以及河道和洪泛平原之间的泥沙运动来决定的。要了解河流生态系统的生物多样性、生产状况和可持续性，必须重视动态变化的物理环境所发挥的核心作用。在系统调研相关研究成果基础上s．E．Bunn提出调节水文情势对水生生物多样性的生态影响及基本规律：①水流是河流自然生境的主要决定性因素之一，而自然生境又是生物群落构成的主要决定性因素之一；②水生生物物种的生活史特征是根据对自然水文情势的直接响应演化而来的；③河流的径向与横向的连通为多种河流生物提供了保证生活史完成的关键生境，提高了维持种群生存的适宜生境数量；④变动的水文情势常导致河流中外来种的入侵和繁殖。4.2、生态需水量评估生态需水量评估是确定生态调度的基础。生态需水量评估方法的应用始于20世纪40年代末美国西部。1970年代，由于新的环境和淡水法规以及水资源规划人员对量化生态需水量的要求，该方法取得重大进展。R．E．Tharme将大多数生态流评估方法归纳为：水文学方法、水力学评估法、栖息地模拟法、整体评估法、综合评估方法及其他方法。其中，基于水文学的IHA／RVA方法强调流量的变化性，在确定生态流时使