怒江梯级水电开发对水温的影响及对策研究.pdf

第38卷第6期2012年6月水力发电怒江梯级水电开发对水温的景=乏响及对策饼究郑江涛，王丽萍，周婷，刘方，李克飞，王绎。(1．华北电力大学经济与管理学院，北京102206；2．华北电力大学可再生能源学院，北京102206；3．中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明650051)摘要：为科学评估水电开发带来的温度变化影响，应用MIKE11软件建立水温预测模型，以怒江中下游“一库四级”梯级开发方案为研究对象，对各库区水温结构及下泄水温进行预测，研究库群形成状态、水库调度运行方式等对河道水温的累积作用。针对梯级水电建成后的冷水下泄问题．从取水方式和调度方式等方面提出相应对策。为梯级水电站运行的水温控制提供一定技术支撑。关键词：梯级水电站；水温影响；对策；怒江InfluenceofCascadeHydropowerDevelopmentonWaterTemperatureinNujiangRiverandItsCountermeasuresZhengJiangtao，WangLipinga，ZhouTing，LiuFang，LiKefei，WangYi(1．SchoolofEconomicandManagement，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China；2．SchoolofRenewableEnergy，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China；3．HydroChinaKunmingEngineeringCoporation，Kunming650051，Yunnan，China)Abstract：Inordertoevaluatetheinfluenceoffour—cascadehydropowerdevelopmentinthemiddleandlowerreachesofNujiangRiveronwatertemperature，theMIKE11softwareisusedtoestablishthewatertemperaturepredictionmodelforpredictingthewatertemperaturestructureoffourreservoirsandthetemperatureofdischargedwater．Thecumulativeeffectsofreservoirstatusandoperationmannersonwatertemperaturearealsoanalyzed．Fordealingwiththei8sueofcoldwaterdischargeafterthecompletionofcascadereservoirconstruction，thecountermeasuresareproposedfromtheaspectsofreservoirdischargeandoperationmanners．ThisstudywillprovidetechnicalsupportsforwatertemperaturecontrolofcascadehydropowerstationsinNujiangRiver．KeyWords：cascadehydropowerstation；influenceonwatertemperature；countermeasures；NujiangRiver中图分类号：TV213．2文献标识码：A文章编号：0559—9342(2012)08—0001—03和生态环境保护的重要基础『11。0引言相关文献研究表明，单个水电站对所在河段和梯级水电工程作为改变天然径流时空分布的方周围区域生态环境的影响是局部的，而梯级水电开式之一．在除水害、兴水利的过程中发挥了重要的发所带来的影响是流域性的[2-31。目前，对于单一水作用，为国民经济发展提供了防洪供水保障和能源电工程的环境影响研究较多且定量程度较高，但保障。但在水库兴建的同时也会影响天然河道的年关于河流梯级开发对流域环境累积影响方面的定量内及年际径流分布、水力特性和热能分布规律，特别是具有季调节以上性能的大库容水库水电站的兴收稿日期：2011-02—11建，将改变原有天然河道水温的时空分布，进而对基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07423—水质、水生生态系统等产生影响。水温是反映梯级001)；华北电力大学中央高校基本科研业务费专项资金(11QX52)水电建设对生态环境影响的重要指标之一，准确预作者简介：郑江涛(1972一)，男，广东陆丰人，高级工程师，测和分析水温的时空变化规律是协调水电规划建设博士研究生。研究方向为水电能源规划． 水力发电2012年8月研究较少[。本文应用MIKEi1软件建立相应水温实测资料整理分析预测模型，重点研究梯级水电开发引起的水温累积(电站设计参数、水文、水温、气象)影响作用。以怒江中下游水电开发“一库四级”规怒江中下游梯级水库联合调度计算划方案为研究对象．依据实测水温数据，对各库区(利用MIKE1l建立一维水流模拟模型，天然河道水温确定水位、流量、流速等水文情势，为预测模拟水温结构以及下泄水温进行预测，针对梯级水电开水温计算提供计算边界)(利用MIKE11建立一维水温发前后水温变化情况进行对比分析，在此基础上提模拟模型，确水库水温结构分析定坝址位置河出相应对策以减小水温变化的不利影响。(利用库容径流比例法、密度弗汝德法、道平均水温)水库宽深比法确定水库水温分布类垄1怒江梯级水电开发与流域气温、水温资料二二：奎堡库立面llI维水温模型I概况河道一维水温模型(库区水温结构；l分析水库下泄水温水库F泄水温)J1．1怒江“一库四级”开发方案《怒江中下游水电规划环境影响报告书》于梯级水电开发条件’水温影响对比分析2004年11月完成．报告推荐怒江流域马吉、亚碧岁、六库和赛格四个电站构成的“一库四级”开发图1水温预测计算模型流程方案．梯级总装机容量7180MW。经过近几年反游水电规划下的下泄水温累积影响进行分析。需要复论证，“一库四级”方案具有开发条件较优、环说明的是，由于马吉、亚碧罗、六库和赛格四水库境影响小、社会效益大的特点，是各方公认的怒江两两相距较远，未形成水库首尾相连的状态，各水中下游水电规划推荐开发方案。本文以“一库四级”库的下泄水流均要经过一段天然河道后进入下一水开发方案作为研究对象进行流域水温等研究。库，因此，水温变化是河道和水库综合影响的结果。1_2怒江流域气温、水温概况梯级电站建设形成的库区水体使原有河道水温影响河道及库区水温的因子包括气候、降水、产生变化，库区水温出现分层，下泄水温的变化与蒸发、气温、湿度、日照指数等气象要素和水位、气象条件、水库规模、水库调度运行方式等密切相流量、流速等水文要素，其中起决定性的影响因素关。典型平水年各梯级水电站下泄水温与河道坝址是气温。怒江流域沿程的气温变化趋势决定了水温断面天然水温比较见图2。的变化趋势，因此研究怒江河道水温规律应从气温从图2可以看出，在怒江中下游四级电站开发特点入手。怒江流域不同地区高程差异较大，气温状态下，河道沿程多年平均及各月水温仍然维持递垂直分布特征明显，气温随海拔的升高而降低，年增状态。然而，河道沿程水温年内变化过程与天然均气温递减率约为每百米下降0．6℃。流域年平均河道有所差异．总体表现为：6月～翌年1月，下泄气温从上游向下游呈递增趋势：西藏地区那曲气象水温高于天然河道水温：2月～5月下泄水温低于天站一1．9oC．云南贡山14．4℃，潞江坝达2l℃，潞然河道水温。从单个水库来看，水深较大的马吉水西以下为21～25℃。库对水温影响较大，使得下泄水温年较差减小，从本文模型数据采用2006年怒江河道日水温监天然河道状态的10．7oC变幅降低为9．7oC。亚碧罗测数据．监测点分别位于怒江水电原规划松塔坝址水库在高温期的水库运行水位很低，取水口淹没深上游4km处、马吉坝址和亚碧罗坝址，均为每天度在12～18ITI左右．下泄水取到了表层高温水，导8：00的实测水温数据。同时，对3个监测点位的致6、7月份泄水温度较高、水温年较差增加。马吉水位、流量数据也进行同步监测采集。水库由于水深远大于亚碧罗，表层高温水对下泄水温的影响明显小于亚碧罗水库。2库区及河道水温预测模型此外，在电站开发状态下，各水库问有一定长本文采用丹麦DHI公司的MIKE11系列软件建度的天然河道相连．因此水温是水库与天然河道综立水温预测模型，所建立的数值模拟模型包括怒江合作用的结果，并且由于水库规模的不同，各水库中下游一维水流模型、怒江中下游一维水温模型、对水温影响作用有所差异。从图2a、c可以看出，库区立面二维水温模型。水温预测计算模型流程如温度分层型水库(马吉、亚碧罗)对水温起到滞留、图1所示。延迟作用，表现为降温期10月～翌年1月期间泄水温度降温较慢，升温期2月～3月期间泄水温度升温3梯级水电开发前后沿程水温变化趋势分析较慢。图2b、d所示的温度混合型水库(六库、赛采用典型水平年的水温预测成果．对怒江中下格)对水温的影响与天然河道相同，均为沿程增温誓圜簟““，rPowerVo1．38No8 第38卷第8期郑江涛，等：怒江梯级水电开发对水温的影响及对策研究表1各水库下泄月均水温与天然河道水温差值℃p＼越赠p＼赠98765432lO987”加"¨987OOO0OOO00OOOOp赠水温发生差异，升温最大差值为1．4℃。降温最大差值为一2．5℃：亚碧罗水库升温最大差值为1．5℃，时间／月份降温最大差值为一1．9oC；六库和赛格水库对水温的a马吉水库作用与天然河道相同，维持沿程升温效果，并且由于上游两级梯级电站对下泄水温的影响，6月～12月下泄水温高于天然河道水温的情形依旧存在，而且升温的差值继续增大，六库、赛格水库升温最大差值分别为1．8、2．0℃，在春季2月～5月升温期，水温升温加快，下泄水温低于天然河道水温的差值逐渐减小，六库、赛格水库降温最大差值分别为一1．3、一0．4oC：赛格水库以下为213km长的天然河道，水时间／月份温维持沿程增加。b赛格水库4水温影响及对策研究综合上文分析，怒江中下游水电开发对水温影p响主要体现在以下方面：①库区水体温度分层现象、、明显。②下泄水温较天然河道水温发生变化。受梯赠级电站开发的累积效应影响，上个梯级电站的泄水温度变化影响延续至下一级电站。⑧下泄水温受梯级电站累积影响，影响程度与水库规模、库群的形时间／月份成状态、水库调度运行方式有关。④冷水下泄。河c亚碧罗水库道筑坝建库使库区水体温度发生分层，水库泄水温度明显低于天然河道状态下的水温，从而导致冷水下泄。尤其3月、4月的冷水下泄对鱼类繁殖及农业灌溉用水造成一定影响。⑤深水水库较下层的水体不能发生复氧作用，溶解氧含量较低。在上述水温不利影响中．冷水下泄是怒江中下游水电开发中最不利水温影响。调整下泄水温的措施主要有分层取水、优化水库调度运行方式等。以时间／月份马吉水库为例，对现有水库调度运行方式下的不同d六库水库电站取水口位置条件下的泄水温度进行对比分析。图2典型平水年各梯级电站下泄水温与河道坝址断面天然水温对比在现有调度方式下，马吉水库最高运行水位为10月作用；同时对春季2月～5月上游梯级电站造成的下底蓄水到正常蓄水位1570m．最低运行水位为五月泄水温变化起到一定的平抑作用。底泄水至死水位14901TI．电站进水口高程取1470、各水库对天然河道水温产生的影响程度有所不1420、1370rn和l320ITI，下泄水温对比见图3。同．同时水库之间的天然河道存在自然升温作用，水从图3可以看出，1470m取水高程在3月～5月下库和天然河道对水温的综合作用造成了梯级电站下泄水温最高，1320m取水高程在3月～5月下泄水泄水温与天然河道状态下的差距。各梯级电站下泄温最低，两者相差3℃左右。可见，取水口位置越水温与天然河道水温的差值的最大变化统计见表1。高，春季下泄水温就越高，分层取水措施对减缓春由表1可见．库首马吉水库对天然河道水温的季冷zK下泄是有效的。影响幅度最大，引起下泄水温年内过程与天然河道(下转第21页) 第38卷第8期张世殊，等：水电工程环境边坡概念及其工程地质分类p＼赠繁生泥石流，亦为潜在的危险源之一。(3)除重视对环境边坡的整体稳定性的分析评”M¨n¨m98760O0OO00O0OOO0OO价外，更应注重对局部的、个别的块体的稳定性调4结语查与评价。环境边坡的危险源可分为孤石(群)、危(1)本文提出的环境边坡概念是为了突出工程石(群)、危岩体和高位覆盖层等4类。边坡周边边坡的重要性及其潜在危险性．是汶川大参考文献：地震的经验教训与重要启示，是现代水电工程建设[1]许强，裴向军，黄润秋，等．汶川地震大型滑坡研究[M]．北京：的新要求，也是体现以人为本、构建和谐社会的历科学出版社．2009．史必然。目的是跳出仅限于工程边坡的狭隘边坡勘[2]宋胜武．汶川大地震工程震害调查分析与研究[M]．北京：科学察、设计和管理理念，扩大认知视角，提高主动防出版社．2009．御性，减少突发地质灾害的发生。[3]宋胜武，冯学敏，向柏宇，等．西南水电高陡岩石边坡工程关(2)环境边坡是指位于工程边坡开挖开口线之键技术研究[J]．岩石力学与一程学报，2011，30(1)：1-21．外，对大坝和其他水工建筑物产生威胁的自然边坡。f4]宋胜武，严明．一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类其范围视水工建筑物及其重要程度、失稳地质体的方法fJ]．工程地质学报，2Oll(1)：6—1o．规模及其稳定性、失稳地质体的势能及其危险度而[5]卢世宗，译．岩石边坡工程[M]．北京：冶金工业出版社，1980．[6]孙广忠．工程地质与地质工程[M]．北京：地震出版社，1993．定。在可行性研究阶段，其上限一般可以第一分水(责任编辑杨健)岭为界(上接第3页)参考文献：1]李兰，李亚农，袁旦红，等．梯级水电工程水温累积影响预测方法探讨『J]．中国农村水利水电，2008(6)：86—90．[2]刘兰芬，陈凯麒，张士杰，等．河流水电梯级开发水温累积影响研究⋯．中国水利水电科学研究院学报，2007，5(3)：173—180．[3]王丽萍，郑江涛，周晓蔚，等．水电梯级开发对生态承载力影响的研究[J]．水力发电学报，2011，30(1)：12—16，23．[4]贺恭．关于推进怒江流域水能资源开发的思考¨J．水力发电，2007，33(5)：1—4．f5]张静波，张洪泉．流域梯级开发的综合环境效应[J]．水资源保时间／月份护，1996，3(3)：30—35．圈3马吉水库不同取水高程下的水温过程[6]BarryIJ，HerMineEH，ChristopherTnKeyEnvironmentalHumanHealthIssuesintheGreatLakesandSt．LawrenceRiverBasins[J]．EnvironmentalResearch，1999，80(2)：S2一S12．5结论『71苏维同．乌江流域梯级开发不良环境效应fJ1．长江流域资源与环境，2002，11(4)：388—392．本文以怒江中下游“一库四级”梯级电站开发[8]陈庆伟．流域开发对水环境累积影响的初步研究[J]．中国水利方案为研究对象．应用MIKE11软件对建电站前后水电科学研究院学报，2003，1(4)：300—305．水温的变化模拟预测，分析得出怒江水电开发对水『9]王波，黄薇．梯级水电开发对水生境累积影响的方法研究[J]．温的影响，并提出了相应减缓影响的对策。特别是中国农村水利水电，2007，l(4)：127—130．通过对不同规模、不同水深的水库在温度分布类型『10]中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院．怒江中下游梯级水电以及下泄水温情况的详细分析，给出了不同规模水开发对下游萨尔温江的影响研究报告[R]．昆明：中国水电顾库对水温的影响作用以及与天然河道水温的区别。问集团昆明勘测设计研究院．2008．结合怒江梯级开发实际。揭示下泄水温变化过程是1】1]中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，中国水电顾问集团华东勘测设计研究院．怒江水电规划环境影响评价报告『R]．水库和天然河道综合作用下的结果，并在此基础上长沙：中国水电顾问集团华东勘测设计研究院．2004．重点研究了库群形成状态、梯级水库调度运行方式[12]中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院．云南省怒江中下游河引起的水温累积影响作用，提出了冷水下泄问题的段水电站移民安置总体规划专题研究报告[R]．昆明：中国水减缓对策可为梯级水电站运行的水温控制提供一电顾问集团昆明勘测设计研究院，2008．定的技术支撑。(责任编辑焦雪梅)WaterPowerVo1．38No．8圃