国外水电站生态流量的管理经验

该项目是美国最大的获得低影响水电证书的梯级 水电站, 总装机容量为 690 MW, 包括了 3 个水电站, 分别 为 罗 斯湖 ( Ross Lake) 水 电 站、 峡 谷坝 ( Gorge Dam ) 水电站和 迪阿布 罗 ( D iab lo ) 水电 站 ( 见图 3) 。 2008 年 8 月又通过重新认证。自 1981 年以来 , 西雅 图电灯公司 实施新 的水电 站下泄 水量的 管理 措施 , 1991 年水电站业主 ( 西雅图电灯公司 ) 与斯凯基特河 系统合作组织 ( Skag it土著部落组织 )、国家和华盛顿 生态管理部门达成斯凯基特河有关水流管理的渔业和 解协议 ( 和解协议 ) 的要求。这些要求是通过一系列 模型计算模拟得出的, 计算研究根据降雨和河水水位 变化 , 并且考虑了水库水位与季节间断性的径流 , 以 及参照在斯凯基特河上游三文鱼和鳟鱼的所有关键生 命阶段, 进行着重保护。 在紧邻发电厂下游河段的水流 , 受斯凯基特河水 电项目运行影响最大。水电站控制水流的影响沿着河 道下游逐渐降低 , 并因主要支 流瀑布 ( Cascade ) 河、 苏克河与贝克河 ( 见图 3) 的来水量缓和了这种影响。 斯凯基特河的奇诺克三文鱼 ( chinook sal m on)、细鳞 三文鱼 ( pink sa l m on) 、马苏三文鱼 ( chu m salm on) 和 布尔鳟鱼 ( bu ll trout) 被列入受威胁的物种。 根据 1991 年和解协议的要求 , 斯凯基特河的最 小流量有了显著的增加。在三文鱼生态重要的孵化期 间和实施协议前的水流相比 ( 1981 年以前, 1981 年至 1991 年为 过渡期 ), 最 小流量在 大多数年 份已经增 大。在奇诺克三文鱼孵化期间 , 根据和解协议最小流 量从 36 79 m / s 增加到 59 5 m / s 。 对 于细鳞 三文 鱼, 最小孵化期流量从 39 6 m / s增加到 59 5 m / s。 对于马苏三文鱼的孵化期流量改善最大 , 最小孵化期 3 3 流量从 45 3 m / s增加到 73 6 m / s。达成和解协议 后 , 对于日常的调峰发电泄水的运行 方式也做了调
水利水电技术 第 41 卷 2 010 年第 2 期
3 3 3
Hale Waihona Puke 。对水温比较敏感的奇兰河鳟鱼 , 自然科学工作组 使用了河流动态水温数学模型 ( SNTEM P )来预估奇兰 河不同流量产生的水温变化。为满足奇兰河的保护生 态目的, 建议水流管理产生的水温变化应维持在所要 保护的水生物承受限度以内。由于在夏季奇兰河侧通
14
孙小利, 等 国外水电站生态流量的管理经验
生态水流的要求运行, 才能收到较好的效果。最为典 型的是美国华盛顿州斯凯基特水电项目 (见图 3) 。
图 2 泰颇克 ( Tapoco )水电站项目
图 3 斯凯基特 ( Skag it)水电项目分布及流域
历史入流 25 % 的分布, 美国铝业发电公司将按照表 中等级 A 流量, 在圣缔特拉水坝放水, 如果某个月 的平 均入库流量小于 或等于历史入 流 25 % 的分布 , APG I将按照表中等级 B 流量放水 ( 见表 1) 。
[ 6] 3 [ 5] [ 4]
图 1 奇兰湖水利枢纽和旁侧通道
道自然水温超过鳟鱼的最佳、净生长的范围 , 并且有 可能超过 鳟 鱼开 始 死亡 的 最终 上限 承 受水 温 限度 ( UUILT) 23 2 。在奇兰河任 何水流的情况下, 包 括自然科学工作组建议的流态, 鳟鱼和其他冷水生物 已不可能生存。但是在鳟鱼能够感觉出微小的水温变化 而寻找避暑水域, 例如由渗出地下水造成的水潭。已知 在奇兰河旁侧通道存在地下水渗出的水潭, 工作组建议 在水流和水位许可的条件下, 可为鳟鱼提供这类避暑水 域。并且建议在枯水年, 水库将释放 2 27 m / s的最小 流量。平水年 , 在 5 、 6 月间 , 水库将释放 5 66 m / s 的最小流 量。丰 水年 , 在 5 、 6 月 间, 水库 将 释放 3 9 06 m / s的最小流量。 田纳西和北卡州的美国铝业发电公司 ( APG I) 所 有 的 泰 颇 克 ( T apoco ) 水 电 项 目, 总 装 机 容 量 达 366 82MW。项目共有 4 座水电站, 分别为圣缔特拉 ( Santeetlah) 、乔奥亚 ( Cheoah) 、考尔德伍德 ( Ca ld er wood) 和奇尔侯维 ( Chilhow ee) 水电站。 在实行新的生态 环保法之前 , 上游圣 缔特拉水 库没有通 过 原乔 奥亚 河 河道 向 下游 水库 经 常的 泄 流 , 而是通过压力管道和隧洞将水引 入乔奥亚水库 ( 见图 2) 。乔奥 亚水 电站也 属于泰 颇克水 电项 目。 乔奥亚河 段 中的 流量 来 自上 游 圣缔 特拉 水 坝的 渗 漏 , 支流和上游水库非经常性 的溢流, 在 河中也形 成了一定的水流。该河段是濒临灭绝 的阿帕拉契贻 贝栖息地 , 为了改善乔奥亚河 的生态水流状况 , 咨 询当地的资源和环境保护部门与美国森林局和美国 鱼类及野生生 物局 , APG I 制 定了 乔奥 亚河 的生 态 水流管理规划。 该管理规划要求于 2007 年 3 月 1 日生效 , 向河 道中排放 1 12 ~ 2 81 m / s 的 生态基 本流量。 APGI 将根据水库水位变化和泄流流量的测量记录计算出平 均入库流量, 再根据前 3 个月的平均入库计算流量来 确定生态基本流量。如果某个月的平均入库流量大于
( Ch ina Institute ofW ate r R esources and H ydropow er R esearch, Beijing 100048 , Ch ina)
Ab stract : In the developed coun tries , the m in i m um eco-flow m anag e m ent of the hydropo w er stations has been i m ple m ented for m any decades Based on the eco log ical env ironm enta l requ irem ents, the river dyna m ica lm athem atic models rather than the tradi tiona l hydro log ical statisticalm e thods for the hydropower stations have been used to opti m ize the eco log ica l flow e ffects on the en v ironm ent quantitative ly A fter eco - flow m anage m entm e t o r exceeded the require m ents o f env ironm enta l la w s has been i m p lemen ted for seve ra l decades , the eco log ical flo w m anag e m ent is e ffective for the resto ration o f habitat and recovery o f the aqua tic spe c ies in the do w nstrea m o f the reservoirs K ey w ords : ov erseas ; hydropow er sta tion ; eco -flo w; aquatic species ; m athe m atical model
1 概
述
式显得十分重要。在美国对河道内流量进行了研究 , 从 20 世纪 70 年代至 80 年代末期 , 出现了许多河道 生态环境需水的计算方法。最初根据水文历史资料提 出了一些基于水文学的方法 , 如 7Q10 法
[ 1]
水电站建成后 , 不可避免地改变了下游河道的水 文条件, 可能会对下游生态环境造成一定影响。在国 内外水电开发建设过程中, 为了尽可能地利用水能资 源, 过去考虑较多的是区域经济的发展和发电效益 , 而对保护生态水环境考虑得较少, 出现了一些水电站 不考虑合理的最小下泄流量 , 而引起下游河段水环境 恶化等问题。近数十年来, 随着经济的发展 , 人类环 保意识的提高 , 已引起一些国家有关方面越来越多的 关注。水利枢纽和水电站运行, 特别是枯水期运行 , 为了恢复水生物的生态环境 , 要考虑最小下泄生态需 水量 , 用以满足下游生态环境的最低要求。生态流量 确定是目前水利水电工程中的一个较为复杂的问题 , 因其关系到水资源的合理利用、保护生态和发挥工程 最大效益 , 因而合理确定其水库生态流量运行管理方
中图分类号 : X171 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0860( 2010) 02- 0013- 04
Eco lo gical flow m anagem en t experience of oversea hyd ropower stations S UN X ia o - l,i ZHAO Yun, YU Ai hua
水利水电技术 第 41 卷
2 010 年第 2 期
国外水电站生态流量的管理经验
孙小利, 赵 云, 于爱华
100048) (中国水利水电科学研究院 , 北京
摘
要: 数十年来在水能资源开发较早的国家已经实施对水电站最小生态流量的管理。 有些国家确定
水电站生态流量管理的方法已经不再是传统的水文统计方式, 而是基于生态的标准, 利用河流动态数 学模型对生态流量产生的效应进行量化和优化。 根据数学模型确定的生态流量管理, 水电站经过多年 的运行, 对水库下游水生物种群的恢复起到了明显实效。 关键词: 国外 ; 水电站 ; 生态流量 ; 水生物种群 ; 数学模型
表 1 水生生态基本流量