水利水电工程环境影响评价第七章-水环境评价.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水利水电项目环境影响评价导则培训班,讲课,中国水利水电科学研究院,2006,年,12,月,25,日,水环境影响评价,1.,水文要素影响分析与评价,2.,泥沙情势要素影响分析与评价,3.,水温要素影响分析与评价,4.,水质要素影响分析与评价,5.,下泄水气体过饱和分析与评价,6.,梯级开发对水环境的累计影响分析与评价,水环境影响评价,1.,水文要素影响分析与评价,水位、流速、流量等水文要素是反映天然河流生态系统基本特性的主要指标。,水利水电工程拦蓄江河径流，对天然河流的水位、流速、流量等水文要素将产生非常明显的影响。,目前，对于水位、流速、流量三者的评价统一归结为维持水生生态系统稳定所需水量的推求。,本节简要分析工程修建对水位、流速和流量的影响，着重说明维持水生生态系统稳定需水量的推求方法。,（,1,）对水位的主要影响,影响最大的是多年调节型水库，影响相对较小的是日调节型水库。,对于调蓄能力较大的水库，其水位的变化在季节上与天然河流是相反的，水位变幅较大，同时使下游一定河段内自然丰枯季流量、水位变化消失，对水生生境带来很大的负面影响，如丹江口水库兴建后，由于水库调节作用，春末夏初坝下不出现涨水过程，使大坝至下游谷城河段家鱼产卵场缩小规模或已经消失。,对径流式电站，水位的变幅不大，不会出现明显的季节性的变化，但由于其调节周期短，会导致下游水位波动频繁，致使适应于缓流和静水环境生活的鱼类削减或灭绝。,某河流梯级电站水库水位,某河流梯级电站水库水位,某水库蓄水前后的水位变化,（,2,）对流速的主要影响,水库修建带来天然河流流速变化明显。,在水库的不同库段，流速的变化不一样。一般越靠近库尾，流速越接近天然河道；越接近坝前，流速越小；水库中泓的流速大于库边的流速，在某些条件特殊的库湾，流速甚至接近于零。,库区水流速度减缓，泥沙沉淀，库水的含沙量减小，透明度增大。,某水库建库后的沿程流速分布,湖南的东江水电站，水库蓄水后使原来,2040m,宽的河道水面面积扩大，水库平均宽度,2km,，,最宽处达到,11km,。,流速变缓，平均每年水的交换量等于其库容的,3/44/5,。,（,3,）对流量的主要影响,工程运行改变了天然河道的流量分布。,主要是改变径流的年内分配，减少了汛期水量，增加了枯期水量。,一些多年调节的水库，改变径流的年际分配，将丰水年水量调至枯水年用，增加了枯水年的水量。,某水电站运行流量与工程前天然流量比较,某河流梯级水电开发流量与天然比较,引水式电站，形成减、脱水河段，若坝下游有较大的支流汇入，产生一定程度的减水；若没有支流汇入，造成脱水。减脱水对河道生态的破坏是十分严重，如四川省石棉县某河流全长,34km,的河道，已建和在建的水电站达,17,座之多，平均,2km,就有一座，这些小水电站基本都是引水式发电，水被引走后，电站下游原有河槽已基本断流，原有鱼类基本绝迹。,要保护生态环境，避免水资源掠夺式开发，必须在水资源配置中，保证生态环境在一定时空范围内拥有符合质量和数量要求的水量，就要下泄一定生态流量。,某水库下游的脱水段河道（枯水期）,某水库下游的脱水段河道（丰水期）,有支流汇入后的减水段河道,2.,泥沙情势要素影响分析,泥沙淤积造成库尾抬高,在挟沙河流上，当水流进入回水区内，泥沙首先在回水末端淤积，抬高河底高程。而当坝前水位降落时，则变动回水区自上游逐渐向下游脱离壅水的影响而恢复天然河道的水流特性，使原淤积的泥沙产生冲刷。因此在变动回水区内水位变化频繁，且泥沙冲淤的交替变化也很大。淤积在水库末端的粗颗粒泥沙，当水位降落时也难以冲走，导致库尾抬高，航道水深变化无常，不利于航运，例如丹江口水库回水末端的变动回水区内，曾多次发生翻船事故而影响通航。,由于泥沙淤积与回水相互影响，使回水抬高和上延，使水库淹没、浸没范围进一步扩大。如河段为梯级开发，则下游电站的回水抬高，有可能影响上游电站的尾水位而影响出力。此外，如遇河段或水库回水末端发生冰塞、冰坝时，则同样要发生沿途或水库回水末端水位抬高的现象。,下游泥沙淤积抬高尾水位,电站运行中，对于水库内排出的泥沙，如遇水流不畅，易发生局部淤积而抬高电站下游的尾水位，影响出力。例如：天生桥水电站每遇停机冲刷时，水库内排出的泥沙，在电站下游发生大量淤积，使下游河道尾水位抬高,2,3m,，如,1979,年,8,月,13,日至,9,月,30,日，水库停机冲刷，造成下游淤积严重，减少机组出力，并威胁电站防洪安全。,水库如采取不合理的调水、调沙运行方式，也会使下游河道淤积严重，行洪困难。如黄河下游，当三门峡水库采取防洪排沙运行方式而泄流规模又不够大时，水库的滞洪作用和汛后的大量排沙，使出库的水沙过程很不适应。,洪水期，建库前本应淤在下游滩地上的泥沙，建库后则淤在水库内，然后通过汛后排沙，将泥沙淤在下游主槽内，加大了主槽的淤积量。,河口淤积形成拦门沙,水库建成后，水动力条件发生改变。注入水库的各条支流，由于河流基准面被大大抬高，都会在河口形成拦门沙和水下三角洲，对航道的通航造成很大的影响。例如长江三峡水利枢纽建成后，受影响最大的是嘉陵江和长江重庆以上河段在入库河口区形成的拦门沙和水下三角洲。据不完全的资料统计，长江宜昌水文站多年平均悬移质输沙量为,5.14,亿,t,。,其中来自长江重庆以上河段的泥沙最多时为,2.4,亿,t,，,占宜昌站年平均输沙量的,46.7%,。其次为嘉陵江，多年平均输沙量为,1.59,亿,t,，,占宜昌站的,30.9%,。,3.,水温要素影响分析与评价,水库水温评价方法；水库水温变化分析；冷害的对策措施,（,1,）水库水温评价方法,1,）水库水温结构判别,经验公式（参数,判别法,、,Norton,密度佛汝德数判别法、宽深比判别法,）,2,）水库水温结构预测计算方法,经验公式方法：水科院公式、东勘院公式,3,）水库垂向水温和下泄水温数学模拟方法,一维模型、垂向二维模型、三维模型,注意的问题,这些经验公式和数学模型方法的适用范围和使用阶段。,模型概化及边界条件的选取。,最好是有现场观测的资料，对公式和模型进行率定、验证以及精度分析。,有条件的最好进行物理模型试验。,例,1,：漫湾电站水库水温结构观测和预测计算,漫湾水电站水库水温结构初步判断,利用,判别法，水库属于水温混合型水库。,应用,Norton,密度,Fd,数判别法，水库水温为分层型。,采用水库宽深判别法，水库为水温分层型。,采用不同判别方法，其结果不同，初步判断漫湾水库水温结构介于混合型和分层型之间。,漫湾水库水温结构现场观测,观测期,2004,年,2,月,17,日,2,月,19,日的水电站正常运行。,采用美国,YSI,公司出产的,6600-D,型深水多参数便携式水温水质观测仪。,漫湾水库水温观测断面图,分层区：,漫湾水库水温分层区域为局部区域，从坝前沿水库长度约,10km,，,大约,7km2,的水域范围。,过渡区：,水温分层区与混合区之间的区域为过渡区，沿水库距坝,10km,至,15km,之间的区域，长度大约,5km,，,1.5km2,的水域范围。,混合区：,距离大坝,15km,以远的库区为水温混合区，长度约,55km,，,水域范围约,15km2,。,这一区域内由于水深变浅，掺混加强，水温垂向分布较均匀，表底温差很小。,漫湾水库水温结构数值模拟计算,采用丹麦软件,MIKE3,模型,边界条件,利用现场观测,2004,年,2,月,1719,日实测的水库运行水位、流量和水温观测资料给定上、下游边界条件；根据收集的气象资料给出气温、湿度及太阳辐射等条件。,给出,2003,年,2,月,1,日至,2004,年,2,月,29,日实测的上游水位、流量数据；上游来水水温根据上游水文站观测资料由一维计算水温结果给定；下游边界条件由电站一年的调度运行水位、发电流量及弃水量等给定；气象条件按照月平均气象资料插值获得。,模型的率定验证,模型预测，预测全年水温分布,利用观测结果进行模型验证,漫湾坝前断面垂向水温分布预测结果,例,2,：,湖南东江水电站，库区水温结构大部分库区为稳定分层型。水库水温结构随季节变化，在,13,月份呈等温状态，从,4,月份起水库水温分层逐渐明显，到,7,、,8,月份达到完全分层，水库表底温差达到,15,，随着气温降低，水库表底温差变小，到,12,月份水温接近等温状态。,水库下泄水温全年基本稳定在,15,左右，与建库前随气温变化的河水水温相比有较大变化。水温随下游沿程距离呈指数曲线变化。夏季低温水恢复距离约,126km,。,下泄低温水对农作物的影响一般成长期延长,5,天。但对于冷却用水的企业，低温水成为一种资源，如下游鲤鱼江火电厂，取用低温水，提高冷却效率，并节水,12%-64%,。,例,3,：某稳定分层水库,水温分布计算结果,整个库区全年都处于水温分层状态，随季节的不同有所变化，,夏、秋季水库水温基本可分为三层，表层水温为,21.5,23.5,，水层厚度夏季约为,20m,，,秋季约为,36m,；,中层水温为,18.0,21.5,，水层厚度夏季约为,40m,，,秋季约为,50m,；,底层水温为,16.0,18.0,，层厚一直到库底。,冬、春季水库水温仅分为两层，上层水温为,18.0,21.5,，水层厚度大约为,30,40m,；,下层水温为,15.5,18.0,。,夏、秋季水库水温较高区域基本上分布在水库表层的,1/22/3,的库区范围内，由于水库流态的作用，高温区并不是在坝前的区域，而是分布在库中间的区域。冬、春季表层水温较高区域基本上分布在坝前。,靠近水库底层的水温相对稳定，一年内的变化幅度很小，基本维持在,15.5,左右。年内春季低温层较厚，随着气温的升高，逐渐变薄，到了秋季变得较薄，再随着气温的下降逐渐变厚。,8,月份水温分层,11,月份水温分层,2,月份水温分层,5,月份水温分层,（,2,）水库水温的变化,水库蓄水后，由于人为调节使水库水温改变了原天然河道水温的变化规律。一般表现为：,1,）年变幅减小，年较差值减小；,2,）季节性极值的发生时间推迟；,3,）使下游河道的水温日均值和年平均极大值减小，极小值增大，极值出现的时间滞后。,典型分层性水库的下泄水温年分布,（,3,）防止低温水的对策措施,不利影响：,水库在春季、夏季下泄低温水，对农作物及鱼类产生影响。水稻对灌溉水温较敏感，有关资料表明，水温在,23,每降低,1,，水稻不穗率增加,20%,，至,18,时，不穗率为,100%,。在鱼类的产卵期下泄低温水，对鱼类的繁殖产生很大的影响。,减缓对策：,分层取水；利用水库洪水调度改善库区水温结构；尽量采用宽浅式过水断面的灌溉渠道，增大气温对水温的影响，有利于水温恢复；采用田间调温措施等。,4.,水质要素影响分析与评价,有机物,一般而言，在水库入库水体水质不发生大的变化情况下，库中水体,BOD,5,浓度低于建库前，出水,BOD,5,浓度低于入库浓度。但库湾、库尾较建库前高，有机污染加重，特别在库尾或岸边有城镇排污的地段，易形成岸边污染带。,水质模型：均匀混合衰减模型，对小湖库（平均水深,10m,，,水面,5km,2,），,污染物充分混合，可采用均匀混合衰减模型。非均匀混合模型对于水域宽阔的大湖库（平均水深,10m,，,水面,25km,2,），,当污染物入湖库后，污染仅出现在排污口附近水域时，应采用非均匀混合模型。,水质指标,BOD,5,DO,预测模型简介,溶解氧模型,计算步骤：,1.,初定上游初始,BOD,和,DO,浓度和背景浓度；,2.,初定耗氧系数,k,1,和复氧系数,k,2,；,3.,初定氧衰减系数,；,4.,参数率定和验证计算、调试参数；,5.,预测计算。,重金属,研究表明，悬浮物是重金属污染物的主要载体。水体中的重金属随悬浮物随水迁移，在不同的水力学作用及物化变化过程中，部分通过絮凝作用沉降到水底形成沉积物。,在水库形成前，河水流速大，吸附沉降、迁移扩散能力强，水体稀释自净作用大，河流中的重金属很快被悬浮物吸附。水库形成后，水流变缓，沉降作用加强，有利于水体重金属的沉降。当水库偏碱性时，更有利于重金属的絮凝沉降，被吸附的重金属将在库底积累。,重金属在水体中的转化过程比较复杂，其氧化还原反应与水体中的氧化物质和还原物质的含量有关。由于过程的复杂性，在预测计算中暂不考虑其氧化还原反应，只考虑其随水流运动和蓄积过程。经这一简化后，采用日本的计算模型，重金属浓度计算公式如下：,式中：,C,待求的浓度，,mg/L,；,V,水库水体体积，,m3,；,Qi,、,Qo,分别为流入和流出水库，,m3/s,；,Ci,、,Co,分别为流入和流出水库的浓度，,mg/L,。,对以上微分方程积分，并代入初始条件：,t=0,时，,C=C0,，得到,t,时刻库水体中重金属污染物的平均浓度：,式中：,C0,水库重金属的初始平均浓度，,mg/L,；,R=,Qi,/,Qo,；,T=V/,Qi,，为污染物在水库滞留的时间，,a,。,流域梯级电站重金属预测计算结果,营养状况,水库发生富营养化是由于水体中氮、磷营养物质的富集而使水质恶化的过程，表现出水体的生物生长繁殖能力提高、藻类异常增殖等现象。,主要影响因素：营养物质；,流速,；,水温,；光照等。,注意评价指标的选用。,对坝下游水质的影响,水库本身不增加污染，对于工程运行对下游水质的影响主要是下泄流量的改变。关键是保证下泄环境流量，是指在不利的水文期保证下泄最小稀释净化水量。,一般评价中采用的计算下泄最小环境流量的方法：,7Q10,法,，即：,90%,保证率最枯连续,7,天的平均水量。,稳态水质模型法,，计算污染物允许排放量，推求出上游流量。,环境功能设定法,，根据河流水质保护标准和污染物排放浓度，推算满足河流稀释、自净等环境功能所需水量。,5.,下泄水气体过饱和影响分析与评价,目前，关于水利、水电工程泄水溶解氧过饱和问题越来越引起关注，郑守仁院士（,2004,，,11,）认为，高坝下泄水过饱和问题应引起高度重视，高水头下泄时，高速水流表面形成的负压，将空气中的,N,2,、,O,2,和,CO,2,吸入到坝下水体内，对坝下水体产生剧烈的曝气过程，使下泄水中气体呈过饱和状态。,国内外有关研究资料表明：,水库溢洪时，尤其是挑流消能泄洪时，水流夹带空气形成强降雨冲入坝下水底深处，静水压力增加，夹带空气溶解，这种过饱和往往是氮气起决定性作用。,贵州的黄果树瀑布泄流溶解氧监测结果，推算出下泄水体中过饱和气体中的氮气饱和度。氧气饱和度为,102%,，氧气占空气的百分数,21%,，气体中氧气的分压为,158mmHgh,，算出气体中氮气的分压为,692.5mmHgh,，氮气达到饱和时的分压为,582mmHgh,，氮气的饱和度为,119%,。资料显示这种情况下氮气过饱和度一般为,120%,左右，氧气约为,102%,。,李玉梁、廖文根、余常昭（,1994,，,7,，,水利学报,）关于泄水建筑物大气复氧能力与控制方面的研究中，对泄水建筑物超饱和复氧的问题进行了实测和研究。泄水建筑物复氧效果通常用氧亏比,r,来表示,。,他们的观测结果可看出，不论泄水建筑物上游,DO,浓度是否大于饱和值，经过泄水建筑物，下游水体总是处于复氧状态，当上游溶解氧浓度,C1,值较大时，下泄水将出现超饱和复氧现象，下游,DO,浓度均出现过饱和，,C,2,/C,s,均大于,100%,。葛洲坝水利枢纽上、下游水位差在,16.426.3m,之间，泄水就可出现下游水体气体过饱和现象。,水体中有气泡析出的基本条件有两个：一是各种溶解气体分压力的总和至少超过该处水体的总压力，二是水体中气体的总饱和度达到,115%,。,水体中过饱和氮气、氧气对水库水质基本上无影响，,过饱和气体,主要是对水生生物的影响，,使下游鱼类，尤其是鱼苗发生“气泡病”。,6.,水电梯级开发对水环境的累积效应,河流梯级开发对环境的影响分析,累积环境影响评价的方法,累积环境影响评价指标体系,累积环境影响的计算,河流梯级开发对环境的影响主要是累计影响，表现在系统性、群体性、累积性、波及性和潜在性。,以流域开发对水温的累计影响为例。,关于水环境影响评价中有待进一步研究的问题,梯级开发的累积环境影响,关于梯级布置方案,累积影响：生态、水文、水温、水质等,减缓措施,下泄水气体过饱和影响,气体过饱和的定量研究,对水生生物、特别是鱼类的影响研究,减缓措施。,下泄低温水的恢复及减缓措施,预测评价方法研究,现场观测,水温对植物、作物和水生生物的影响,水温恢复措施,水库和电站的生态调度研究,目前水库调度存在的问题,（,1,）大多数水库调度方案，没有考虑坝下游的生态保护和库区水环境保护的要求，特别是引水式电站和调峰运行的电站，造成下游河段的减水和脱水，直接威胁着下游水生态。,（,2,）受水库调度运行的影响，造成库区局部缓流区，使水质下降，特别是在支流回水区，由于流动变缓，加之污染物的累积影响，出现不同程度的富营养化。,（,3,）流域内缺乏水资源的统一调度与管理，以各自的经济效益为目的进行调控，造成对下游生态的严重影响。,（,4,）水库调度中，清水下泄，影响下游河流湖泊关系、河床的稳定以及河口的形态，以至影响到下游生境。,生态调度措施,保证下泄合理的生态流量,保护库区及下游的水质的调度措施,水生生物保护措施,对湖泊湿地的保护措施,谢谢！,