水利水电工程对生态环境的影响

1.1水利水电工程对河流生态系统的影响•在天然河道上修建水利水电工程会直接破坏河流长期演化形成的生态环境，工程的修建使得河段局部形态均一化和非连续化，从而改变了河流生态环境的多样性。•所谓河流形态的均一化主要是指自然河流的渠道化，人类为了防洪的需要平顺堤岸而修建护岸工程，为了宣泄洪水和改善航运实行河道人工裁弯工程，河流的渠道化改变了河流蜿蜒曲折的基本形态，河段急流、缓流、弯道及深泓交错的格局消失。河流断面形态规则化导致生境异质性降低，水域生态系统的结构和功能随之发生改变，从而诱发河流生态系统退化，生物群落多样化随之减少。•所谓河流形态的非连续性是在河流上筑堤、建坝形成人工湖和水库后，造成自然水流的非连续性。上游河道随着水位上升，水流流速骤然降低，急流、深槽不复存在，水温水质不断变化，库区水体趋向静态分布，河流失去原有的快速自我修复和自身净化功能；而大坝下游下泄水体温度四季变化减小，影响下游河道水生生物多样化的生存环境，农业灌溉引用低温水体将会影响农作物生长，下游河道水位降低特别是汛期水位降低还会极大地影响通江湖泊水生生物的生存环境。•1.1.1水利水电工程上下游水文泥沙情势变化天然河道上修建水利水电工程建筑物，改变了河流的自然形态，引起局部河段水流水深、流速、含沙量等的变化，进而波及上下游乃至长距离水文泥沙条件发生变化。水文、泥沙条件的改变是影响河流生态环境变化的原动力。水文泥沙条件的变化将会对水温、水质、局地气候、环境地质、土地资源产生影响，进而影响到水生生物、陆生生物的生存，还会影响航运、灌溉、城镇引水、移民安置等。例如，水库上游河道水深增加改善了上游航运条件，有利于供水、灌溉等，但水深增加会导致底层水温降低和污染物沉降；库区水面积增加有利于发展水产养殖业，但水流流速降低及底层水温降低影响水生生物多样性生长；同时库区淹没导致陆生生物生境减少；农业耕地损失；大量移民搬迁等。•1.库区水文泥沙特性在河流上修建水库，将破坏天然河流水沙条件与河床形态的相对平衡条件。库区水位壅高，坝前侵蚀基准面抬高，使得水深增加，水面比降减缓，流速减小，水流输沙能力显著降低，促使大量泥沙在库区淤积。水库淤积与流域面积、流域特征（土壤、植被等）、库容以及河道比降等自然因素有关，还与水库的调度运用方式关系密切。以三门峡水库为例，水库于1957年4月13日开工建设，1960年9月5日开始蓄水运用。三门峡水库的主要任务；1、将黄河上游千年一遇洪水流量37000m3/s降为8000m3/s，解决黄河下游洪水灾害。2、拦蓄上游全部泥沙，下泄清水，实现“黄河清”，下游河床不再抬高。3、调节黄河水量，初期灌溉2200万亩，远期灌溉7500万亩农田。4、装机90万千瓦，年发电量46亿度。5、改善下游航运。•至1962年3月，库区330.0m高程以下淤积泥沙16.4亿m3，枢纽上游约114km的潼关站1000m3/s流量水位由蓄水前的322.4m上升到325.2m。•1962年3月水库改为滞洪排沙运用，至1964年10月，水库335.0m高程以下又淤积23.13亿m3，335.0m以下库容损失41.5%。潼关1000m3/s流量水位上升到328.07m。•1964年和1971年，三门峡水库经过二期改建。从1973年开始水库改为蓄清排浑运用，库区河床持续冲刷。1975年汛后1000m3/s流量潼关水位降到326.02m。•至1999年汛后潼关1000m3/s流量下的高程328.25m，比建库前高5.85m。••潼关河床高程是渭河下游河床的侵蚀基准面，侵蚀基准面抬高造成渭河下游河床严重淤积。历史上渭河下游河道基本冲淤平衡，自三门峡建库后，从1960年6月至1997年12月，渭河咸阳以下累计淤积13.19亿m3，河道淤积带来严重的后果：•①主槽过水断面减少，过洪能力降低。三门峡建库前，渭河下游主槽的过洪能力一般为4500-5500m3/s；建库后，临潼站1997年主槽过洪能力仅为建库前的64%，而华县站的过洪能力仅为建库前的20%。•②）洪水水位抬高。华县站1990年7月5000m3/s流量的水位比1964年8月同流量水位抬升1.48m。•③河道萎缩河势恶化。至1997年汛前，渭河下游平滩河宽仅为1985年汛前的1/3-1/4，河床淤积导致河势恶化，极大地威胁两岸防洪安全。1967年渭河尾闾在北洛河口以上8.8km河段全部堵塞，又适逢黄河对渭河的顶托倒灌，渭河决口，华阴两侧成为泽国。•据统计,我国七大江河的年输沙量高达23亿t,特别是西北、华北地区的一些河流,含沙量非常高,甘肃祖厉河的多年平均含沙量可达600kg/m3,实际测量到的最大含沙量达1600kg/m3左右。即使是长江,含沙量虽然不算高,仅0.54kg/m3,但由于水量丰沛,年输沙量也近5亿t。在河流上修建水库后,由于水位抬高,流速减小,必然造成泥沙在水库中淤积。到1972年为止,全国已建成坝高在15m以上的水库12517座。水库初期运行时,由于缺乏经验,造成水库的严重淤积。山西省43座大、中型水库的总库容22.3亿m3,到1974年已损失31.5%,即7亿m3,平均每年损失0.5亿m3。陕西省全省库容大于100万m3的水库192座,总库容15亿m3,到1973年已损失31.6%,即4.7亿m3,其中1970年以前建成的120座水库库容已损失53.3%,有43座水库完全被泥沙淤满。•（1）水库淤积所造成的主要问题如下:①使防洪库容和兴利库容减小,影响水库效益的发挥；②淤积向上游发展,造成上游地区的淹没和浸没以致盐碱化,带来一系列生态环境问题；③水库变动回水区的冲淤给航运带来不利影响；④坝前泥沙淤积会在一定程度上影响枢纽的安全运行；⑤水库下泄清水对下游河道冲刷和变形的影响；⑥附着在泥沙上的污染物沉积，水库水质环境受到污染；⑦泥沙淤积会淤没鱼类的产卵地和改变河底条件，影响鱼类繁殖；⑧库区淤积会导致下游细沙减少，造成农业生产所需的天然肥源缺乏，并对水生生物造成不利影响；⑨回水末端淤积上延将扩大淹没面积，并威胁上游重要城镇、工矿和铁路安全。•库区淤积部位和特点与水库运用方式密切相关。当水库蓄水位较高时，入库泥沙首先淤积在水库末端的河床上，因而抬高了水库的回水位。它还随时间不断向上游延伸，形成所谓翘尾巴现象，不仅减少有效库容，而且形成拦门沙，使上游河道排水不畅以至洪水泛滥。当蓄水位较低时，入库泥沙可输送至坝前淤积直接减少有效库容，甚至堵塞引水建筑物，减少引水流量、影响发电等。•下表1-1列出了我国部分水库淤积情况，从表中数字显示，情况是非常严峻的。序号水库名称河流控制面积（km2）坝高（m）设计库容（亿m3）统计年限总淤积量（亿m3）淤积量占库容（%）1刘家峡黄河181700147.057.2001968～19785.8010.12盐锅峡黄河8280057.02.2001961～19781.6072.73八盘峡黄河20470043.00.4901975～19771.8035.74青铜峡黄河28500042.76.2001966～19774.8578.25三盛公黄河314000闸坝式0.8001961～19770.4050.06天桥黄河38800042.00.6801976～19780.0811.07三门峡黄河88400106.096.4001960～197837.6039.08巴家嘴蒲河352274.05.2501960～19781.9437.09冯家山千河323273.03.8901974～19780.235.910黑松林冶峪河37045.50.0861961～19770.0339.011汾河汾河526860.07.0001959～19772.6037.112官厅永定河4760045.022.7001953～19775.5224.313红山西辽河2449031.025.6001960～19774.7518.514闹德海柳河450141.51.96019420.3819.515冶原弥河78623.71.6801959～19720.127.216岗南滹沱河1590063.015.6001960～19762.3515.117龚嘴大渡河7640088.03.5101967～19781.3338.018碧口白龙江27600101.05.2101976～19780.285.419丹江口汉江95220110.0160.5001968～19746.253.920新桥红柳河132747.02.00014年1.5678.0表1-1中国部分水库淤积情况•（2）水库淤积计算不仅是水利水电工程环境影响评价的一项工作，也是规划设计阶段不可缺少的内容。•水库初步设计阶段可采用如下一维数学模型计算库区淤积平衡地形和回水水面线。重要工程还需通过物理模型试验和数学模型计算两种方法同时论证。一维非饱和输沙模型基本方程式：水流连续方程：()0BHUyBxx（1-1）水流运动方程：220UUyUUggtxxCR（1-2）河床变形方程：0()0yGhSBBxtt（1-3）泥沙连续方程：*()()()BhUShSBBSStt（1-4）3*()mUSkgh水流挟沙力公式：（1-5）推移质输沙率公式：(,,)bbggUhd…（1-6）•2.水库下游河道水文泥沙特性•当河道上游修建水库工程后，调节上游来水来沙过程，下游河道水沙过程明显改变，表现在削减洪峰，增补枯水，中水期持续时间延长，枯水流量加大、含沙量减小，河床冲刷粗化，河道形态处于不稳定变化过程中。•以丹江口水库为例，丹江口水库1968年开始蓄水运用。建库前，下游河道流量年内分配极不均匀，皇庄站汛期水量占全年的55.6%，建库后汛期水量减少为占全年的34.5%；建库前，一年中流量在1000-2000的时间，皇庄站有约70天左右，建库后，同流量的时间延长到150天-300天；建库前，皇庄站每年中12、1、2月三个月的平均流量为333，水量占全年的6%，建库后，同时期平均流量增大到717，水量占全年的15.9%。建库前后下游河道流量年内分配趋势如图1-1所示。0400080001200016000050100150200250300350400时间（天）流量（m3/s）2001年1957年图1-1皇庄站建库前后流量年内分布变化图从图中明显可以看出，建库后洪峰流量明显减少，枯水期流量有一定的增加，流量年内分布变得更加均匀了。•丹江口水库运用后，下游河道含沙量也发生了很大的变化。建库前，黄家港站多年平均输沙量为1.27亿t，而且主要集中在汛期，汛期输沙量占全年输沙总量的81.5%；建库后15年统计黄家港站年输沙量只有121万t，仅为建库前的1%。如图1-2所示。02000400060008000100001200014000160001800019501960197019801990年份年输沙量（万t）图1-2黄家港站年输沙量变化•可以看出丹江口水库修建后，输沙量明显减少。下游来沙量的减少，会使下游河道水流处于不饱和状态，这就必然会导致下游河床冲刷，使下游河道产生一系列的河道演变。河道的冲刷会导致下游水位降低，从而影响下游取水量和取水质量，影响下游人民的正常生活和农业灌溉。丹江口建库后，由于清水下泄，中小流量增大造成下游河道河床发生累积性冲刷，致使边岸崩坍，河道形态发生转化。在相当长的一段时间里，河道不稳定给防洪、航运、工农业引水造成不利影响。•在工程初步设计阶段，也需用一维非饱和输沙模型（式（1-1）-式（1-6））计算大坝下游河道河床冲刷变形，重要工程还需通过物理模型试验和数学模型计算两种方法同时论证。•1.1.2水温变化水利水电工程会改变天然河流水质水温，尤其是水库工程。其表现为：•1.库区水温分层水库的特点是水面宽广、水体大、水流迟缓、更新期较长等，加之水体受太阳辐射、对流混合和热量传输作用，使水库具有特殊水温结构。水库水温随相对容积（库容与来水量之比）的大小和水深呈不同性状的变化，一般分为混合型，分层型和过渡型三种，下面