大中型水库调度优化方案

[摘 要] 本文主要介绍了国内的现状,并以三峡水库调度运行中存在的问题为例。详细说明了我国大中型水库现行调度方式所暴露出来的问题。由此,也引发人们思考.如何才能建立一个优化的调度方式,促成水库调度的可持续发展。

[关键词]水库调度方式 缺陷 现状趋势 生态调度 前言

目前,我国是一个水资源相对缺乏的国家,同时,我国水资源的时空分布上有南多北少、汛多枯少的特点,这种情况成水资源的利用率严重不足,大量的水资源白白浪费。洪水径流集中发生在汛期,往往造成洪涝灾害。水库的修建,是改变水资源时空分布不均的有效手段,是减少洪涝灾害、充分开发利用水资源系统的重要组成部分。截止1979年底,lo万m3以上的水库总数达86000多座(水利部西北水利科学研究所等,1983)。2002年在建60m以上大坝中,中国约占1/4(贾金生等,2004)。随着改革开放的深入发展,各行业对水资源的要求越来越高。因此,合理开发利用水资源,科学地进行水库调度,显得更加迫切更加重要。 一、 水库调度主要基本

a. 定义:水库调度即水库控制运用,是对已建水利水电枢纽合理有效的控制运用,达到充分发挥防洪、兴利效益的一种技术措施,属于非工程措施。

b. 任务:水库具有调节天然径流的作用。一座规划设计合理、管

理运用得当的水库,它不仅能防洪、灌溉,为城市提供优质水量,为工业提供廉价的电力,为交通提供经济的水运,为渔业提供丰富的水产,而且能为居民创造优美的环境,做到一库多用,一库多能,充分发挥水资源的综合效益。

c. 基本原则:在确保水电站大坝工程安全的前提下,分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系,统一调度,使水库综合效益尽可能最大。 二、现状的调度方式 a. 国内现状

1. 主要的调度方式:目前,我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则,就是我们通常所说的水库调度方式。大中型水库现行的调度方式主要分为两类:防洪调度和兴利调度。

(1)防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全的前提下,有效地利用防洪库容,拦蓄洪水,削减洪峰,减免洪水灾害,正确处理防洪与兴利的矛盾,充分发挥水库的综合效益。通常采用的调度方式有:固定下泄(一级或多级)、补偿调节、预报预泄等,汛限水位是处理防洪与兴利矛盾的基本特征水位。

(2)兴利调度一般是在非汛期,按照水库所承担兴利任务的重要程度,合理分配水资源,谋求经济效益最大化的调度方式,按照工程任务一般分为:发电调度、灌溉调度、供水调度、航运调度等类型。

b. 存在的问题

现行水库调度方式的主要缺陷是注重发挥水库的社会经济功能,力求经济效益的最大化,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。

(1)河流生态最小需水量,由于过重的注意水库发电等经济效益,下泄流量无法满足最低生态需水量的要求,导致河水断流、干涸等,对沿岸的植被、哺乳动物和鱼类造成毁灭性的破坏。我国最典型的案例当数岷江干支流水电开发的生态影响问题。

(2)水文情势变化对于生物的影响水文情势(ecological regime)主要指水文周期过程和来水时间。研究表明,水文周期过程是众多植物、鱼类和无脊椎动物的生命活动的主要驱动力之一。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,这些变化无疑影响了生态过程。 (3)水库水温变化,多数水库都有垂向水温分层现象,但是表现有强弱之分。一般来说,库容大或者多年调节的水库或者库容较大而年来水量相对较小的水库,温度分层现象表现较为明显。 (4)库区淤积与富营养化,河流建设水库以后,由于水位升高、过水面积加大、流速减缓从而使挟沙能力降低,这直接导致了水库泥沙淤积。水库淤积关系到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。河流和水库都是生物地球化学循环过程中物质迁移转化和能量传递的“交换库”。

(5)闸坝调度运用不当造成河流污染加剧,闸坝本身对于河流的

连续性就形成了胁迫效应,如果调度运用不当,会使这种胁迫效应加剧。

另外在流域梯级水库的调度中。表现出来对水资源缺乏统一调度与管理。目前,在同一流域上的水库,各发电公司都按照各自的任务进行调度,不仅影响了流域梯级水库整体的综合利用效益,而且还会导致生态与环境等一系列影响。现以三峡水库调度运行中的问题为例,更清楚地说明现行水库调度方式表现出来的问题。三峡水库首先考虑的是防洪,其次考虑发电和航运,坝下游生态保护和库区水环境保护将面临许多新的问题。

一方面,在三峡水库泄水运行过程中,每年4月底至5月初,由于三峡水库坝前存在水温分层,水库升温期下泄水较天然情况的水温低,将会使坝下游“四大家鱼”的产卵时间推迟约20天;同时,三峡水库的削峰作用,也直接影响“四大家鱼”的产卵量,可能导致中下游“四大家鱼”的产量下降;水库泄洪时,使下泄水流中氮气过饱和,可能使坝下游鱼类(尤其是鱼苗)发生“气泡病”;水库的清水下泄,影响和改变了中下游的江湖关系,也相应的影响了中下游的水生态。另一方面,在三峡水库蓄水运行过程中,支流回水区受水库回水顶托的影响,在局部缓流区域可能会出现水体富营养化。甚至“水华” (如135m蓄水过程中香溪河发生的“水华”);随着水库蓄水位抬高,水库消落带的利用,也可能影响水库水体的水质。 c. 国外现状

例如国外田纳西河水库群为例,美国田纳西河水库群95%以上是

在1950年以前设计的,水库原始任务为防洪、航运和发电,很少考虑改善鱼类和野生生物生存问题,有些水库运行后也常常相反地影响到下游地区的水质和用水。1978年卡特总统提出了改革水资源政策的咨文,指示改善现有工程的运行和管理,以保护江河用水。据此进行了系统的评价,并制定了“保护鱼类、野生生物和有关适应河川水流的其他财富”的方针。 三、水库调度研究及发展趋势

1.研究的焦点:当今社会,处处提倡人与自然和谐相处理念,坚持走可持续发展道路。而现行水库调度方式带来的种种问题也不断引人思考:水库如何调度才能协调经济社会和生态与环境的关系?水库如何调度才能起到恢复和维持河流健康生命的功能?这些都是我们面临的难题。专家建言,为满足流域水资源调度和河流生态健康服务的新要求,对现有已建水库进行生态调度是行之有效的办法。 2.国外现状:事实上,国外早在上个世纪就已经开始了通过改变水库调度方式来恢复流域生态与环境的尝试。例如美国在科罗拉多河利用格伦水库进行人造洪峰改变河道形态,在田纳西河进行包括满足生态和环境要求的水库群调度策略的研究和实践,俄罗斯在伏尔加河和德涅斯特河改变水库调度进行鱼类和生态、环境保护等等。

3.国内现状:可喜的是,水库的生态调度问题在国内也开始受到重视。2005年l2月,由中国水科院、美国自然遗产研究所和全球水伙伴(中国)共同组织召开了“通过改进水库调度以修复河流下游生

态系统研讨会”,旨在探讨通过改进水库调度和水利设施管理以修复河流下游生态系统和改善人类生活的可行性。水利部部长汪恕诚在全国水利厅局长会议指出,要做好水利工作中的生态与环境保护工作,建立有利于生态保护的调度运行方式,充分发挥水利工程保护生态的作用。 四、结语

目前,我国水库现行总体看来水库的调度方式中还存在很多问题,对于水库生态调度的研究才刚刚起步,多数成果仅限于宏观定性方面的论述,而在微观定量方面还缺乏实质性的工作。对于改善水库调度方式以适应珍稀动植物的生存,目前尚未见有研究报道。不过可以肯定的是,在未来一一定时期内,水库生态与环境调度必将成为我国部分水库调度工作的重点。倡导可持续发展就是要强调人与自然近期利益与长远利益、局部利益与全局利益的协调和统一,这就要求把生态调度纳入水库调度统一考虑,逐步形成防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度方式。相信水库调度的前景是极为美好的。