刍议大中型水库的生态调度

作者：赵悦　张鹏　张承斌　许云磊

　　摘要：现行水库调度方式以防洪调度与兴利调度为主，没有考虑生态因素。本文分析了现行水库调度方法的不足，指出水库调度应兼顾河流生态系统需求，实现水库生态调度。分析介绍了生态调度所包含的内容：水量调度、泥沙调度、水质调度、控制因子调度。
　　关键词：水库生态；生态调度：生态系统
　　
　　一、引言
　　
　　大型水利工程譬如水库的建设，使人们能够对水资源进行更加有效的管理和利用，兴利除弊，造福人类，同时水库建设对生物群落和生态系统造成了不可避免的影响。并由此引出了水库的“生态调度”概念。
　　
　　二、水库建设和现行调度方式对河流生态的影响
　　
　　水库建设影响千万人的生命和财产，具有防洪、航运、供水、发电、控制水质和改善水景观等综合用途，带来了巨大的社会经济效益；另一方面，密集的水库建设会对河流生态环境产生一系列的影响。众多研究认为，水库建设运行改变河流天然情势，影响河流泥沙、水质，造成河流生态系统多样性的下降。
　　现行的水库调度方式主要有两大类，即防洪调度和兴利调度。现行水库调度方式的主要缺陷是，只注重发挥水库的社会经济功能，力求经济利益的最大化，但是忽视对于水库下游及库区的生态系统需求。主要表现在以下方面。
　　
　　(一)水库下泄流量
　　以发电为主要功能的水库，在进行发电和担负调峰调度运行时，发电效益优先，往往忽视下游河流廊道的生态需求，下泄流量无法满足最低生态需水量要求。另外，在我国北方，水库的兴建为发展灌溉事业和供水提供了巨大机会。但是，通过水库和闸坝大量引水，导致下游河道断流、干涸。河流生态系统受到严重破坏。
　　
　　(二)水文情势变化对于生物的影响
　　水文情势指水文周期过程和来水时间。在数以几十万年甚至数百万年的河流生态系统演变过程中，河流年内径流的水文过程是河流水生动植物的生长繁殖的基本条件之一。
　　河流建设大坝以后，水库按照社会经济效益原则和既定的调度方案实施调度，改变河流水量的时空分布。无论是发电、供水还是灌溉等用途，都趋于使水文过程均一化。改变了自然水文情势的年内丰枯周期变化规律，这些变化严重影响了生态过程。
　　
　　(三)水库水温分层影响
　　多数水库都有垂向水温分层现象。水库水体的水温分层现象对于鱼类和其他水生生物都有不同程度的影响。以三峡工程为例，据测算，三峡蓄水后水体出现温度分层现象。由于下泄水量的水温低于建坝前的状况，使坝下游的“四大家鱼”的产卵期推迟20d。
　　
　　(四)泥沙分配问题
　　水库的调蓄作用改变了天然河流的年径流分配和泥沙的时空分布，汛期洪峰削减，枯季流量增大，大量泥沙在库区淤积，严重影响水库寿命和工程效益的发挥，同时还引起库区生态与环境的复杂问题。
　　另外，由于水库的拦沙作用，泥沙在水库中淤积，造成水库下泄水流含沙量降低，可能使海岸线向陆地蚀退，造成河口萎缩。
　　
　　(五)库区及下游水质
　　水库建成蓄水后，原来河流的水域面积扩大，形成淹没后的库区，河流的边界条件改变，原来对河流水环境造成威胁的污染源成份发生明显变化。随着库水位的升高，库区流速迅速下降。其结果是减少了对污染物的扩散输移能力和生化降解速率，导致污染物浓度增大。另外，下游河道水量减少，会使水体污染加重。
　　
　　三、水库生态调度
　　
　　生态调度是伴随水利工程队河流生态系统健康如何补偿而出现的一个新概念。它的提出有助于改变人类对强加于河流的影响，是对筑坝河流的一种生态补偿。生态调度的核心内容是指将生态因素纳入到现行的水利工程调度中去，并将其提到应有的高度，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。

　　四、水库生态调度的内容
　　
　　(一)水量调度
　　水库通过其调蓄作用改变了河流的水量时空分布，影响了河流的天然径流模式，使下游河道短期的和长期的流量减少，甚至断流，严重威胁河流的生态健康。另外，水库的调洪作用使自然洪水脉冲式周期被人为平均化，使得物质循环的减弱甚至中断，影响水生生物的产卵和生长。
　　因此以尽量维持河流的自然水文特征为目的的水量生态调度要达到以下2个目标，一是保证最小生态径流量，二是营造接近自然态的水文情势(洪水过程)。前者在汛期与非汛期都应保证，后者应该在防洪和维持河流生态系统健康之间寻求一平衡点。
　　1、保证最低生态需水量
　　最低生态需水量是指在受人类活动影响的情况下，河流为保证生态稳定所需要的水量。生态调度要满足河流一定的生态需水要求，维持河流生态平衡，不允许时段下泄的径流量小雨最低生态需水量。
　　河流生态需水量的确定应根据河流所在区域的生态功能要求，即生物体自身的需水量和生物体赖以生存的环境需水量确定。河流生态需水量不但与河流生态系统中生物群体结构有关，而且还应与区域气候、土壤、地质和其他环境条件有关。
　　2、营造接近自然态的水文情势
　　通过营造自然洪水过程，改变现行水库调度中水文过程均一化的倾向，模拟自然水文情势的水库泄流方式，为河流重要生物繁殖、产卵和生长创造适宜的水文学和水力学条件，促进生态系统的恢复。
　　
　　(二)泥沙调度
　　为缓解水库淤积，水库可按“蓄清排浑”、调整泄流方式以及控制下泄水量等方式。通过调整出库水流的含沙量和流量过程，尽量降低下游河道冲刷强度。减少常规调度情况出库水流对下游河道冲刷并延缓其进程，以减小不利影响。如三峡水库通过采取“蓄清排浑”的调度运行，降低泥沙淤积，延长水库寿命。
　　
　　(三)水质调度
　　水质良好是河流生态健康的重要标志。为防止水库水体的富营养化，可通过改变水库的调度运行方式，在一定的时段降低坝前蓄水位，缓和对于库岔、库湾水位顶托的压力，使缓流区的水体流速加大，破坏水体富营养化的条件。也可以考虑在一定时段内加大水库下泄量，带动库区内水体的流动，达到防止水体富营养化的目的。可利用水库调度对水资源配置功能，蓄丰泄枯。增加枯水期水库泄水量，从而显著提高下游河道环境容量，改善水质。从而有效缓解河流水体富营养化现象，控制蓝藻和“水华”的暴发。
　　
　　(四)控制生态因子调度
　　如单项的水温、流速、流量等生态因子调度。以水温为例，根据水库水温垂直分层结构，结合下游河段水生生物的生物学特性，调整利用大坝不同高程的泄水孔口的运行规则。
　　高坝水库泄水，因水流消能导致气体过饱和，对于水生生物产生不利影响。针对这个问题，可以在保证防洪安全的前提下，延长泄洪时间，适当减少下泄最大流量。研究优化开启不同高程的泄流设施，使不同掺气量的水流掺混。
　　
　　五、结语
　　
　　在水库运行与管理过程中，强调水利工程的经济效益与社会效益的同时，应将生态效益提高到应有的位置。对水库实施生态调度，以保护河流流域生态系统的健康。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/sklw/slgc/251403.html