四川大学水利水电工程的水环境影响20160330-第一讲-平台教材

李然水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川大学2015年4月1日水利水电工程的水环境影响一水力资源开发中的典型环境问题二水利水电工程的特点与水环境影响三环境水力学学科介绍四水环境影响预测与不利影响减缓措施研究五结语提纲水利水电工程的水环境影响大渡河一中国的水力资源及其开发利用状况水利水电工程的水环境影响中国水电的发展大致经历了以下阶段：技术制约阶段：大致在20世纪50年代及以前

新中国成立前和成立之初，科学技术落后，经济发展水平低和技术水平低制约了水电的发展。经济制约阶段：大致在20世纪60年代至80年代初经济发展迟缓，经济水平难以承受大规模的水电建设。生态环境制约阶段：大致在20世纪80年代后期以来经济的发展和人口的增长，资源、环境压力凸显，环境污染和生态破坏导致生态系统承载力的急剧下降，生态环境成为制约水电开发的主要因素。生态环境制约阶段水电快速发展引起的移民安置问题和对生态、环境以及景观的影响逐步显现。小南海电站怒江水电规划（2003年）杨柳湖反调节水库（2003年）汉源事件(2004年10月)温家宝批示(2004年2月)，怒江水电开发规划要“慎重研究，科学决策”，怒江水电开发因此暂停。水电建设开始减速。国家“十一五”规划：在保护生态基础上有序开发水电。统筹做好移民安置、环境治理、防洪和航运。建设金沙江、雅砻江、澜沧江和黄河上游等水电基地和溪落渡、向家坝等大型水电站。适当建设抽水蓄能电站。国家“十二五”规划：坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。水电在中国能源结构中的地位2/3“十二五”中国能源结构调整目标中国十三大水电基地我国水力资源在地域上分布不平衡，西部多、东部少，相对集中于西南。水力资源技术可开发量最丰富的三省(区)依次为：四川、西藏、云南。图2.1-1河段长772km天然落差1516m平均坡降1.96‰青海玉树巴塘河口云南迪庆奔子栏金沙江上游第一批:叶巴滩、拉哇、苏洼龙；第二批:将岗托、波罗、巴塘、昌波、旭龙暂不实施:西绒、晒拉、果通、奔子栏、岩比未来应根据国家能源发展战略要求，在充分论证其开发必要性和环境合理性的前提下确定是否开发金沙江上游金沙江中游石鼓至雅砻江口河段长563.5km落差837.9m奔子栏雅砻江汇口金沙江中游石鼓至雅砻江口河段长563.5km，落差837.9m。三峡向家坝小南海小南海坝址2015.3.30环保部批复《金沙江乌东德水电站环境影响报告书》:不得在向家坝水电站坝址至三峡水利枢纽库尾长江干流河段和支流岷江、赤水河河段等自然保护区范围内，再规划和建设小南海水电站、朱杨溪水电站、石硼水电站及其它任何拦河坝（闸）等涉水工程。2012.2.4国家发改委同意小南海开展前期工作2012年国务院批复《长江流域综合规划》“长江合江—雷波段珍稀鱼类国家级自然保护区”国办发[2000]30号

补偿三峡工程带来的库区珍稀、特有鱼类种群结构及其生态环境带来的不利影响，恢复珍稀、特有鱼类的种群数量，维护鱼类多样性，保存长江上游河流生态系统的自然生态环境，合理持续利用鱼类资源

达氏鲟、白鲟、胭脂鱼“长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区”国办函[2005]29号范围由向家坝开始，下游延伸至重庆马桑溪，增加赤水河干流和部分支流、岷江下游和越溪河支流，以及南广河、长宁河、沱江和永宁河河口区河段。河流长度1162.61km，面积33174.213公顷。

在原3种珍稀鱼类的基础上，明确将其它67种珍稀、特有鱼类列入保护对象怒江规划河段长742km，天然落差1578米。关于怒江水电开发的是非，已经连续争论了近十年。

2003年8月，《怒江中下游水电规划报告》以松塔和马吉为龙头水库，丙中洛、鹿马登、福贡、碧江、亚碧罗、泸水、六库、石头寨、赛格、岩桑树和光坡等梯级组成的“两库十三级”开发方案。

2013年1月，《能源发展“十二五”规划》将怒江松塔水电基地列入重点开工建设项目，而怒江干流六库、马吉、亚碧罗、赛格等项目则被列入有序启动项目中在经历了“十一五”期间环评和移民导致的水电发展低潮之后，中国水电建设重新走上了快速发展的道路。怒江杨柳湖反调节水库杨柳湖水库的规划必须以保护都江堰水利工程为前提，同时应满足灌区供水和社会经济发展的要求，实现紫坪铺水利枢纽和杨柳湖水库两大新老工程的最大功效杨柳湖水库坝址1958年，鱼嘴以上400m，动工修建鱼嘴水利枢纽工程，因泥沙淤积问题难以解决于1961年停建1988年水利部批文“原则同意紫坪铺与鱼嘴两级开发方案”。1999年水利部水规总院主持对《四川岷江鱼嘴水利枢纽工程可行性研究报告》进行了审查。从保护国家文物和世界文化遗产——都江堰原有风貌的角度出发，国家建设部、国家文物局、国家环保局提出了在鱼嘴水利枢纽工程原坝址上游比选坝址、重新论证紫坪铺反调节水库的建设性意见，杨柳湖水库即成为鱼嘴水利枢纽的替代工程。2001年《杨柳湖水库坝址论证报告》2001年3月29日紫坪铺水利枢纽工程正式动工兴建2004年12月1日开始蓄水杨柳湖反调节水库杨柳湖水库坝址反对大坝会改变都江堰水文状况，使主要功能彻底丧失，千年古堰面临严重破坏鱼嘴向上可见大坝，对都江堰的视觉景观将会产生很不协调的视觉污染影响原有的生态平衡和生物多样性违反了《中华人民共和国风景名胜区暂行管理条例》：在风景名胜区内严禁建造与之景观不适应的构筑物、建筑物。赞成紫坪铺及上游已建太平驿、映秀湾、鱼子溪等电站调峰运行使都江堰来流变幅较大，已给都江堰枢纽的运行调度带来了极大困难对工农业和生活环保用水的保障供应形成了威胁思考问题1水电开发程度的确定是否应将环境影响为影响要素之一？坝后式水电站引水式水电站2水利水电工程的特点与水环境影响筑坝以取水和形成水头。对流量进行调节。按集中水头的方式分为坝式、引水式和混合式三种。2.1水利水电工程特点2.2水利水电工程的生态环境正效益减少温室气体排放※防洪效益※供水、灌溉、航运效益※调节局地气候、形成新景观※减少温室气体排放1/1如果不利用水电，主要或只能用燃煤发电替代，那么就得多消耗煤炭1.57亿t（为当年全国煤炭生产总量的6.2%），进而多产生二氧化碳2.69亿t。水电作为可再生能源，其全生命周期的CO2、NOx、SO2等温室气体和环境有害气体的排放量远小于火电，甚至小于太阳能。水电是一种安全的传统能源，没有核电站核事故引发的放射性污染问题。＜洪水泛滥防洪效益1/1承担防洪任务的水电站可以有效减轻下游河道沿岸城市的防洪标准。三峡水库的防洪库容在73~220亿m3之间，可使下游荆江大堤的防洪能力由防御十年一遇的洪水，提高到抵御百年一遇的大洪水。紫坪铺水库的调洪库容为5.38亿m3，可将百年一遇的洪水削减为十年一遇。＜供水、灌溉、航运效益1/1水库可以提高水资源利用率，提供工农业用水、环境用水和生态补水任务。紫坪铺水利枢纽工程可提高都江堰设计灌溉面积1086万亩耕地的灌溉供水保证率，还可为毗河丘陵扩灌区314万亩灌溉面积提供水源；向成都市提供工业和生活水量50m3/s（比工程前增加22m3/s）；在枯水期（12月至次年5月）向成都市提供20m3/s的环境用水。金沙江与岷江干支流控制性水库联合运行可为长江宜宾至重庆段航道等级由三级提高至一级提供水源条件。水库的形成有利于促进库区航运。紫坪铺水库库区在512汶川大地震救灾中成为了名副其实的生命通道。＜二滩库区新安江水电站库区“千岛湖”景色调节局地气候、形成新景观1/1水库增加了水域面积，使局地气候变得更湿润。

有关的研究表明，水库或水域上的气温在炎热季节降低4～5℃；相对湿度提高10%～15%。水库及大坝形成特有的水利景观。＜＞2.3水利水电工程对生态环境的负面影响对水库库区及下游河道水文情势的影响水库泥沙淤积及对下游河道冲刷与淤积的影响局地气候影响，包括库周降水量、雾、湿度、气温、风速风向等地质环境影响，包括水库诱发地震、库坡稳定对水温水质的影响，包括水温的年内变化过程与变幅、库区水环境容量变化以及水库富营养化对水生生物的影响，包括阻隔、生境变化、泄流过饱和气体影响、减脱水影响等河道减水电站引水对土壤的影响，包括土地沼泽化、盐碱化、浸没影响对陆生生物的影响水库淹没与移民的影响人群健康影响景观影响工程施工对环境的影响其它影响，如泄流雾化引起边坡失稳、灌溉工程输水系统对沿线地下水的影响、灌溉回归水的影响等河道减水电站引水白鹤滩水电站效果图

重点关注水环境影响水质与富营养化高坝泄水溶解气体过饱和及其对鱼类的影响水温影响河流生态需水与生态修复如何减缓不利影响？三环境水力学学科介绍1环境水力学的定义2研究内容3研究途径和方法水利水电工程的水环境影响1环境水力学的定义环境水力学是水力学的分支学科，水力学和环境科学的交叉学科。应用水力学理论研究解决环境问题。主要研究物质在水体中的扩散输移规律及其应用，预测污染物浓度在空间和时间的分布三环境水力学学科介绍环境水力学浓度总量

时间和空间分布以河流、水库等水体的水环境保护为首要目标，主要开展水体中污染物输移扩散过程的预测；大型深水库环境水力学特性；水利水电工程对生态环境的影响与生态修复；河流生态需水理论与应用；研制开发拥有自主知识产权的水环境监测仪器和技术等。2研究内容三环境水力学学科介绍3研究途径和方法模型预测（一维、二维、三维）室内试验原型观测减缓措施研究三环境水力学学科介绍参数率定模型验证模型预测难点3研究途径和方法质量传递的比尺效应室内试验难点3研究途径和方法河道地形特征测量水文和水力学测量水质参数测量原型观测3研究途径和方法R2sonic多波束测深系统3研究途径和方法水文和水力学测量斯德克电波流速仪ADV声学多普勒流速仪3研究途径和方法水质参数测量高倍电子显微镜全温振荡器原子吸收分光光度计生化培养箱

YSI6600多参数水质仪3研究途径和方法四水环境影响预测与不利影响减缓措施研究1水质影响与富营养化研究2高坝泄水溶解气体过饱和及其对鱼类的影响3水温影响预测及减缓措施研究4生态需水与生态修复研究水利水电工程的水环境影响1水质影响预测与富营养化研究(1)问题的提出(2)基本概念与基本理论(3)水质保护与富营养化问题研究4水环境影响预测与不利影响减缓措施研究(1)问题的提出直接污染物排放水利工程建设引起水文情势改变和水质改变4.1水质影响与富营养化研究(2)基本概念与基本理论水质指标物理指标

化学指标微生物指标4.1水质影响与富营养化研究物理指标温度臭与味颜色与色度浑浊度透明度悬浮固体导电率水质指标化学指标溶解氧生化需氧量氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮氢离子浓度硬度硫酸盐碱金属氯化物氟化物氰化物汞、砷、镉等重金酚类化合物DDT和666水质指标微生物指标细菌总数大肠杆菌类水质指标水质标准生活饮用水水源水质标准（CJ3020-1993)地面水环境质量标准(GB3838-2002)农田灌溉水质标准(GB5084-92

)渔业水域水质标准(GB11607-1989)景观娱乐用水标准(GB12941-1991)污水综合排放标准(GB8978-1996)

基本概念与基本理论污染源分类：工业、农业、交通运输、生活污染源污染源排放方式：瞬时源、时间连续源污染源空间分布形式：点源、面源、体积源水体污染种类污染源基本概念与基本理论水体污染种类1)有机污染

这类污染主要是由造纸、制革、制糖、印染石油化工生产过程中所产生的含碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素的废水及生活而引起的。

有机污染在微生物作用下可以分解为二氧化碳和水等简单无机物，在分解的过程中需要大量的氧气。在正常大气压下，20℃时水中所含氧气仅9.17mg/L，有机污染物过多，势必造成水中缺氧，影响鱼类和其它水生物的正常生活，并且可使水变色发臭。基本概念与基本理论2)有毒物质污染包括无机有毒物和有机有毒物。无机有毒物除重金属外，主要有氰化物及氟化物。有机有毒物主要是酚、多氯联苯及有机磷和有机氯农药等。水体污染种类

重金属污染主要指汞、镉、铅等。

重金属对生物有明显的毒性。天然水中只要含有微量浓度的重金属（约1~10mg/L之间）便有毒性。

重金属不能被微生物降解，生物吸收重金属后可以长期积蓄在某些器官之中，危害极大。重金属在水中通过沉淀、吸附和氧化还原作用而发生迁移。水体污染种类3)油污染在内河及海域由于油船或其它机动船舶向水面排放含油废水、或者因石油开采运输中事故泄油、炼油厂的工业废水排放而产生。

油污染不仅损害原有水质，而且一旦在水面上形成油膜影响氧气进入水体，使水质进一步恶化甚至发生水生物窒息。水体污染种类4)热污染大型火电站、核电站排放废热水是热污染的主要来源。一般火电站的燃料只有三分之一的热能转化为电能，其余大部分散失在大气中或冷却水中。一个100万千瓦的火电站需要冷却水约35~40m3/s。同样容量的核电站所需冷却水约60~70m3/s。大型深水库水温分层是热污染的另外一个来源。水温升高使鱼类和其它水生物的正常生活甚至生存受到威胁。水温升高时，水中溶解氧减少，可使厌氧细菌大量繁殖，某些有毒物质毒性加剧。水库下泄水的温度过低影响鱼类产卵繁殖。水体污染种类5)放射性污染天然地面水和地下水可能含有放射性同位素如U238、Ra226等，但一般数量微弱，对生物没有危害。人工放射性污染主要来自铀矿开采、原子核工业区和反应堆设施所排出的废水，核武器制造及试验和放射性同位素应用排放的废水等。放射形物质进入人体后会继续释放出等射线，伤害人体组织，诱发恶性贫血和肿瘤等病变，严重者可迅速致人死亡。水体污染种类

6)水体富营养化富营养化是指水体尤其静止水体（如湖泊、水库库湾）中由于过量接受含氮、磷等植物营养物质，使水体生态平衡遭到破坏，表层藻类植物大量繁殖，水体底层缺氧而进行厌氧分解，产生各种有毒的、恶臭的代谢物，使得鱼类等水生动物大量死亡。水体污染种类分子扩散随流输移紊动扩散剪切流离散对流扩散物质在水体内迁移的主要方式基本概念与基本理论水体自净

污染物投入水体后，使水环境受到污染，但水体自身有一定的净化污染物质的能力，这种能力称为自净能力或同化能力。(3)水质保护与富营养化问题研究含沙水体及温度分层水体中污染物扩散和降解规律研究*水库水质数学模型的开发*水库水质原型观测研究*水体营养水平判别及富营养化发生条件植物修复水体污染的实验研究*1水质影响与富营养化研究强水温分层时的污染物扩散云团揭示了含沙水体与温度分层水体中污染物输移扩散规律，丰富发展了不同类型水体中污染物输移扩散理论。不同含沙量实验水样BOD累积过程曲线含沙水体及温度分层水体中污染物扩散和降解规律研究1水质影响与富营养化研究TN（mg/L）8月钦寸水库平水年7月库区二维TN分布鳡鱼河支库自由水面CODCr分布适用于大型深水库的水温水质耦合的立面二维数值模型大型水库三维水质模型水质模型的开发1水质影响与富营养化研究水库水质原型观测研究污染物质的时空分布是河流湖库水质研究的重要内容，不同水动力学条件和物理、化学、生物环境中的输移扩散规律不同。水电开发造成河道水文情势和水动力学特性的改变，进而对水体水质产生影响。目前水库水质预测中普遍存在模型参数率定困难、缺乏实测资料验证等难题。我们先后对二滩、紫坪铺、九龙滩等水库进行了库区水质原型观测研究，获得了水库重要水质因子典型时空分布特征，率定了基于水库流动特征的水质模型参数，为水库水质预测及水环境保护提供了科学依据。1水质影响与富营养化研究2010.01.20/21/22九龙滩断面布置图悦来，距库尾2.53km石城，距库尾8.7km富港，距库尾12.47km21日和22日污染物沿程降解COD沿程降解22日监测值普遍偏低2009.12.04紫坪铺断面布置图坝址距坝址17km距坝址14.9km（距汇口6.2km）距汇口600m距坝址6.4km距坝址3.4km沿程降解规律明显紫坪铺

枯水期和丰水期DO浓度垂向分布曲线不同时期DO浓度纵向分布曲线紫坪铺

枯水期和丰水期BOD5浓度垂向分布曲线

不同时期BOD5浓度沿纵向分布曲线

紫坪铺二滩水体营养水平及富营养化发生条件1水质影响与富营养化研究富营养化发生条件：充足的营养盐以及特定的水温、流速等营养状态指标：各不相同1水质影响与富营养化研究营养状况TP(mg/L)TN(mg/L)贫~中营养化0.005~0.010.2~0.4中营养化0.01~0.030.3~0.55中~富营养化0.03~0.140.54~1.5富营养化>0.14>1.5水利部营养状态物理指标OECD美国日本贫营养chla(mg/m3)<2.0<4.0<4.0TP(mg/L)<0.008<0.01<0.01TN(mg/L)<0.66--<0.20中营养chla(mg/m3)5.010.010.0TP(mg/L)0.0260.020.025TN(mg/L)0.75--0.70富营养chla(mg/m3)>14.0>10.0>10.0TP(mg/L)>0.084>0.025>0.025TN(mg/L)>1.88-->0.70国外富营养化发生条件：充足的营养盐以及特定的水温、流速等营养状态指标：各不相同1水质影响与富营养化研究级别评分营养类型评价指标SD(m)TP(mg/L)TN(mg/L)chla(mg/m3)V(m/s)CODCr(mg/L)0极贫营养>10<0.0025<0.25<0.30>3.5<0.2010贫营养50.0050.501.602.00.40203.00.00750.753.01.00.8030贫中营养2.00.010.105.00.51.540中营养1.50.0250.30100.33.050中富营养1.00.050.60150.14.060富营养0.80.11.20250.057.070重富营养0.50.152.7400.011080极重富营养0.300.254.060