水电工程与环境保护.ppt
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1、水利工程与环境演变一、水电环境保护的回顾(4个阶段)1、20世纪50年代起步。对兴建工程所引起的水文情势变化、水库淤积、水生生物等方面做了一定程度的调查和研究。但这些研究缺乏系统性、生态观和有利的对策措施。2.2.生态环境问题多发期。20世纪50年代兴建的大、中型水电站,在发挥巨大综合效益和社会效益的同时,对生态环境的影响也逐渐显现出来。三门峡水电站蓄水所引起的泥沙淤积对关中平原的影响及对库区土地的盐碱化、沼泽化;新丰江水库诱发地震;柘溪水库坝前的塌岸滑坡事故;丹江口水库郧县县城的重迁等。水电站出现的这些环境问题,已引起党和政府的重视。毛主席提出“三救”(即救船、救渔、救木),国务院曾多次召开
2、会议,研究解决三门峡水电站蓄水所引起的有关环境问题,但由于当时缺乏对生态环境系统的研究和认识,往往头痛医头,脚痛医脚,特别是水库淹没与移民所带来的一些社会问题和生态环境问题,经过后来数十年的努力才获得基本解决,其中有的牺牲电站的效益,有的要采取工程措施和补偿措施。3.环境影响评价发展期。80年代后,全球保护环境呼声高涨,生态环境保护问题在我国得到重视,根据我国水利水电工程出现的生态环境问题,积极引进国外水利水电工程环境影响评价(建成环评)经验及有关技术,理论联系实际创建中国水利水电环境保护科学,大力推进水利水电环境保护工作,主要包括:对已建水电站进行环境影响回顾评价。这一工作的开展,科学地回答
3、了水电工程维和引起有关环境问题,有那些环境问题;为电站发挥环境效益、减缓不利影响提供了科学依据;为全国开展环境影响评价提供了经验;唤起了规划者、决策者、管理者对生态环境问题的重视,增强了环境意识;为水电站管理提供了依据。,制定了有关规程规范。1979年颁布中华人民共和国环境保护法和1981年5月国国家计委、国家建委、国家经委、国务院环境领导小组联合颁发的基本建设项目环境管理办法有关精神和要求,着手进行了有关规程规范的编制。1988 年12月,水利部、原能源部共同颁发了水利水电工程环境影响评价规范(试行);1992年11月,水利部、原能源部联合颁发了江河流域规划环境影响评价规范,还即将颁发水力发
4、电工程环境保护设计规范。这些规程规范,使我国的水电环评工作,步入了法制化、规范化管理的轨道。全国开展了水电站的环境影响评价工作,促进了工程的立项与兴建。为探索水电工程环境影响评价的方法、内容和程序,组织了湖南耒水东江水电工程环评试点研究。继东江水电站环评试点后,又在河北桃林口水库进行了北方环评试点研究;流域环评以广东东江流域为试点。在这些环评试点经验的影响下,全国水电工程环境影响评价工作全面展开,乌江构皮滩、红水河龙滩、大渡河瀑布沟、黄河李家峡等一批大中型水电项目环境影响报告书都是在此时期编制的。特别是由全国著名生态环境专家参加的举世瞩目的三峡工程生态与环境的论证,把水电环评和水电环保学科推向
5、新的高度。加强人才培养,举办不同类型的学习班。水电工程对环境影响涉及到物理、化学、生物、生态、地学、气象、社会、经济等十分广泛的自然科学和社会科学领域。水电工程环境影响评价又以水文学、水力学、水能学的有关理论,应用系统科学方法与上述学科相融合,建立起独具特色的预测方法与评价理论。为了适应形势的发展,必须建立一支水电环保队伍,培养一批水电环保科技人才。在此期间,原电力部和水利部直属设计院(所),流域委和大多数省的水利水电设计院都组建了环保专业,成立了环评机构,我国水利水电系统已有专职环评人员900多人。为了提高专业队伍素质,水利水电规划设计总院从1983年以来,先后举办了环评研习班,综合评价方法
6、、水生物、水质分析、环境医学专题研习班,国际金融组织贷款项目环评技术班等9期。这些研习班针对性强,提高了水电环评队伍的素质。,4.水电环境保护发展期。90年代起,主要标志是,项目的立项、招标,都必须有环境影响评价或环境保护要求条款和文件;工程施工区环境监测与环境监理工作也相继开展;环境保护措施的“三同时”和环保经费逐渐得到了落实;工程环境保护设施的验收已作为工程竣工验收的重要组成部分;水库蓄水和电站运行的环境监测和管理个所在哦也逐渐起步。总之,水电环境保护,已由80年代初期环评工作向建设期的环境监测、环境监理、环境治理和运行期的环境监测、环境管理的全过程,全方位发展。二、当前国内外水利工程环保
7、的现状 美国及一些发达国家对兴建水电站环评所引起的固态环境问题一直比较重视。美国率先在20世纪60年代开展环境影响评价工作,1969年,美国环境政策法苟安环境影响评价作为一种制度肯定下来。后来,瑞典、澳大利亚、法国也分别于1969年、1974年和1976年在国家的环境法中肯定了环境影响评价制度,日本、加拿大、英国、西德、新西兰等国虽未在法律中拟定类似条款,但均建立了相应的环境影响评价制度。80年代,东南亚国家也陆续开展了环境影响评价工作。美国、俄罗斯等国家,对水电工程对环境的影响,十分重视公众的参与,环境影响报告书要向群众公布,广泛征求工程影响区群众和社团的意见。我国水电工程的环境保护工作,从
8、70年代末才开始提到议事日程,虽起步晚,但发展快,在近20年的时间里,环境保护工作无论是管理工作或评价技术,都得到全面发展,保护生态环境,协调好工程与环境的关系是水电持续发展的必要条件,已为规划者、投资者、决策者、建设者、管理者所认识和接受。,三、水电开发对生态环境的有利影响1.替代火电,减少污染和生态破坏酸雨与烧煤有关;减少烧煤的废渣量;减少CO2的排放并环节温室效应。2.调节径流,消减洪灾,保护人群健康(洪灾易引起疾病蔓延)3.资源转换,形成新的生态位,有利于区域经济的发展4.促进区域城镇化的过程5.水电站对局地气候的影响,对库周农业生态有利狮子滩、东江等水电站依靠大水库的局地气候,大力发
9、展柑桔、茶叶等经济作物,使移民走上了富裕路。6.促进了山区精神文明的建设水电站的兴建,为山区的广播、电视及家用电器的广泛应用创造了条件。四、主要环境问题及不利影响 1.水库淹没与移民对环境的影响土地资源;森林资源及生动、植物;文物古迹、风景名胜、自然保护区、疗养区及其他重要的政治、军事、文化设施;铁路、公路;对聚落环境的影响;移民安置造成的水土流失;发展乡镇企业安置移民带来的环境污染等。2.水库壅高水位及水沙情势变化引起的环境及其影响水库库岸滑坡、坍塌,水库诱发地震,泥沙冲淤,地下水位升高使土地盐碱化、沼泽化等;水质物理、化学特性变化,水温结构变化对生态环境的影响,包括水质污染对水生生物和人群
10、健康的影响,低温水对农作物、鱼类和珍稀滨危水生生物的影响等;水库淤积对水质、航运等的影响;水库径流调节对下游生态环境的影响;对脱水段的影响等。3.水电站大坝及其他构筑物阻隔对生态环境的影响阻断一些回游性鱼类通道,淹没鱼的产卵场,大坝上、下游形成不同的水生生态系统,,改变了鱼类生态习性;阻碍了航运和漂木。五、水电开发对环境不利影响的防范措施 凡是水沙情势变化、水库淹没与移民所引起的对生态环境的影响,首先应通过水库运行调度的变化,移民安置总体规划来加以减缓,对经过调度优化和移民安置总体规划尚不能改善和解决的不利影响,则采取有关的替代措施或治理措施来加以解决。凡是不可逆转的不利影响,如水库的淹没或对
11、物种的影响,防范主要是研究尽量减少其影响数量和补偿措施,以及是否需要建立保护区。对于潜在的风险性的影响,如诱发地震、塌岸、滑坡及其他突发环境问题,建立预警系统和加强环境监测是主要防范措施。对水电站可能造成生态环境的不利影响,贯彻“预防为主、防治结合、综合治理”的方针。要区别情况,科学地、实事求事地采取有关措施加以解决。制定电站环境管理法规,依法管理,加强用水部门和有关部门的协调和协商。六、水电环境保护展望取得了一些有益的经验,但和火电相比仍有较大差距。1.认识上的差距。火电环保工作的重要性和迫切性要求各级领导都十分重视环保工作。水电站对生态环境的影响具有复杂性和潜在性,水电建设又长期忽视对水电
12、站社会效益和综合效益的分析。国外,特别是发达国家水电建设的规划者、决策者有较强的、自觉的环保意识,能按国家和国际上有关环保要求搞好水电站对的生态环境保护。2.行动上的差距。国外水电站对建设在环保方面有超前意识,在流域规划中,对环境的累积影响有系统的研究,而我国水电环保工作一般都滞后,并缺乏流域开发对环境影响的研究。对水电站对环境的有利影响与利用亦缺乏主动性,对不利影响处理,特别是物种资源补偿及量化还缺乏系统的研究,水电环保工作尚未走入主动建设阶段。3.学科上的差距。水电工程环保研究缺乏系统性,多学科的综合研究尚未形成。研究力量分散,集体攻关还处于初级阶段,忽视基础研究与回顾评价工作,技术储备少
13、。4.人才上的差距。水电环保科技人才数量和质量都难以适应发展要求,难以胜任水电建设环境保护与建设的要求。较长期从事水电环境规划与环保的人员越来越少,年轻的学术带头人更少,与火电系统环保人才的工作环境有较大差距,因而人才缺乏稳定性。,七、水电工程对水温的影响 水库兴建后,库内水体温度发生很大改变,水库水温与水库工程的设计管理、工农业生产、环保等密切相关。日本、前苏联、美国等国家开始较早。多年调节性水库,内部等温面基本上呈水平分布,温差主要发生在铅直方向,即沿水深方向上呈现有规律的水温分层特性。水温分层情况在一年内呈周期性循环变化。每年3月初开始一次新的吸热增温期和放热降温期的循环变化过程。水库水
14、温与气候条件、热传播、水体流动特性具有密切关系,水库水文与水库库容、水深、运行方式和水体交换的频繁程度、径流总量、洪水规模也紧密相关。水库水文的垂向分布,除受水库大小、调节性能、地理位置、水深、取水口位置等一系列因素影响外,还与水库的冬季状况,即在冬季水库表面是否形成稳定的冰盖有关。因此,我国南方、北方的水库,及时其他条件相同,水库水文的垂向分布仍有差别。水温与生态 水库水体温度场发生变化时,对库区及周围生态环境产生一系列的影响,如水质、水生生物、局地气候及下游生态环境都会产生影响。一些多年调节的大水库水深,水温的分层现象十分明显。水温与鱼类的生活有着密切的关系,我国的鱼类资源以喜温性鱼类为主
15、,在水库内一般栖息在水的上中层或沿岸的浅水带,不会出现缺氧现象。水温变化对水库的鱼类影响不大,但对下游河道鱼类资源影响严重。坝下河段,由于电厂的进水口保持在较低的位置,从发电钢管流出的水流保持了这一层的水的水温,因此坝下河段的水温发生了很大的变化,越是高温季节水温变化越大,相反,冬季的水温则较原来未建坝前有所提高。出库水体进入下游河道后,沿程与周围环境进行热交换,水温发生变化,随着距大坝距离的增加,水温逐渐恢复至天然状态。其恢复距离取决于太阳辐射、天气状况、河道特性、各支流来水及工农业用水等因素。,鱼类繁殖要求一定的水温条件,如我国四大家鱼繁殖要求水温在18度以上,因此,出库水温对坝下游一定距
16、离内的鱼类产卵影响较大,也可能推迟鱼类产卵期,对鱼类繁殖产生不利影响。但冬季水温升高,对鱼类的摄氏和越冬有利。此外,低温灌溉水对下游农作物的生长期有不利影响,但对需冷却用水的工业企业低温水却是一种资源。如湖南东江水库下泄低温水,对下游鲤鱼江火电厂冷却用水极为有利,使该厂每年高温季节节约用水率高达64%。对策与建议 修建调蓄能力较大的水库引起水温变化,是不可避免的。水库水体温度场发生变化,对库区周围及下游的生态环境产生很大影响。对有用水要求的水库,在工程设计时采取相应的措施非常必要。据统计,我国20世纪80年代以前修建的水库工程中,90%以上的水库采用深孔放水建筑物,存在下泄低温水的问题,使水库
17、下游产生人为冷害,造成农作物和鱼类减产。为避免冷害,我国开展了水库分层取水建筑物的试验研究和工程设计工作,取得了很多成果。如江西省大同源水库分层取水建筑物的改造就是成功的例子。该水库原采用深孔放水建筑物,灌溉0.7万亩农田,库底水温只有130C左右,不能满足灌溉用水要求。1981年将原深孔放水建筑物改建为浮式平板型表层取水建筑物,使出库水温保持在200C以上,满足了灌溉要求。粮食增产效益显著。随着水电建设的发展,掌握水库水温变化特性,对工程更好地发挥效益越来越重要。现代的水工建筑物设计,在满足取水要求的条件下,应尽量对水温的影响因素,遵循变化规律,才能使工程设计更合理,工程效益更大。,八、水电
18、工程对水质的影响(见水污染一章)九、对局地气候的影响 水库形成了一个广阔的水域,蒸发量大,太阳辐射热得到调节,使库区及邻近区的温度和温度场要素发生改变,从而引起区域小气候状况发生变化。水面和陆面的物理性质不同,水的热容量大,其吸热和放热特征与土壤有明显差别,水面的反射率远远小于陆地,使得辐射平衡有所增加,水面的摩擦力比陆面小得多,有利于风速加强。水陆之间的热力或动力差异,首先通过垂直方向的湍流交换和辐射传递过程,把下垫面上的特性输送到上方气层,改变下垫面上空气团的温湿特征和风速分布。然后通过两个向程内外扩散,其一是背景风场的平流输送,其二是水陆热力差异所造成的热力环流的平流输送和间接作用。区域
19、小气候状况便是在这些影响的交织作用下形成的。温度变化:综合目前国内的研究,水体温度效应的季节变化一般有以下两种情况:第一,夏季有降温效应,冬季有增温效应;第二夏、秋、冬三季都有增温效应,只有春季有降温效应。,如狮子滩水库3月至8月水表平均温度低于地表平均温度,9月至翌年2月水表平均温度高于地表平均温度,水体降温效应为38月,增温效应为9月次年2月。水体温度效应的日变化与上述关系相似。如羊卓雍湖夏季地表平均温度高于水表平均温度,反映出降温效应;但每日早8时地温比水温显著偏低,水体有增温效应,下午14时地温比水温显著偏高,水体有降温效应。对极端温度影响更明显,使极端最高气温降低,极端最低气温升高,
20、其变化可以在几度范围内。温度效应水平梯度绝对值的大小,反映了温度效应在库周增强或减弱的程度,梯度最大的区域是效应最强的区域,一般库区平均气温随着离岸距离变化趋于稳定,温度效应减弱。狮子滩水库冬季强效应区在45km范围内,距水边平均每增加100m衰减约0.020C,在5km外近于等温。东江水库1月份库区平均气温高于库周,水库对平均气温的影响范围约2km,7月份库区平均气温低于库周,影响范围在1km以内。湿度水库建成后,水面增大,总蒸发量增加,导致湿度状况改变,相对湿度随海拔高度的增加而降低,离水域越近,湿度越大。库区绝对湿度有增加的趋势。从狮子滩水库观测资料分析表明:无论冬夏,库区的相对湿度都减
21、小,而库区周围相对湿度增大很快,出现最大相对湿度带。其原因是由于库水蒸发水汽向周围输送,而库区周围气温降低很快,导致相对湿度增大,形成较高相对湿度带。库区周围相对湿度较大主要出现在08时和20时,与库岸降温快有关。、对于半干旱地区,水库水体对空气湿度有增湿效应,主要是因地表干旱,水面蒸发比陆面蒸发大所造成的。,降水水库建成后,在夏季库面和库区周围附近的降水量减少,但距库岸一定距离的地区降水量增加;在水库上风区水边区域降水效应小,对水库腹地和下风地区的降水效应大。如拓溪水库,夏季库区及周围降水减少,在距库岸810km降水开始增加,12km增加最多。龚嘴水库上风区水边区域降水减少4.4,约56mm
22、,水库腹地和库尾10km内,平均及,少7.6%。狮子滩水库上风边区域降水减少3.5%,水库腹地水边区域减少8.7%,下风区距水边6km处减少7.7%。水库对降水的影响范围从几公里到上百公里不等,决定于水库形状和当地地形。新安江水库为一湖泊型水库,流域内地形多为低山丘陵,河流由西北流向东南,切穿山岭而过,形成一系列峡谷。流域内有两大盆地,水库蓄水后,成为水库的主体。水库建成后对库区降水产生影响的最大距离为80km,使库区及沿岸十几公里地带的年降水量减少。其中夏季减少较多,冬季则略有增加,而在减少区之外的几十公里范围内降水量增加,受影响的区域主要位于水库下风向地带。对于半干旱地区,降水效应则与湿润
23、地区的水体不同。在高原上,水汽是降水的主要因子,因而水库有增加降水的效应。风 水库形成后,水面平滑的下垫面代替了原来粗糙的陆地下垫面,当气流吹过水面时,使气流不断加速,使库面风速增大,尤其是在水库的下风岸。东江水库不论是冬季1月份还是夏季7月份,水库都使库面风速增大,且冬季的影响较夏季大,特别是对下风岸的影响更大。对于库区周围陆上风速的变化,由于水库周围地形都较复杂,风受地形的影响较大,建库后风速将会有所增加,但增加的幅度小于水域上空,并且,对极大风速影响不大。这主要是由于较大的风速,常伴有强对流天气过程出现,而此时水域下垫面粗糙度的影响甚微。加上湿度减小,温度升高,对辐射雾的形成不利。夏季湿
24、度增大,大气层结稳定度加大,对雾的形成有利,则全年雾日将略有增多。,霜和雾水库建成后,由于水库的热效应使气温的日较差及年较差变小,风速增加,近地层湍流加强,极端最低气温升高,使初霜日推迟,终霜日提前,从而年无霜期加长,霜冻减少,强度减弱。但对于引水工程造成的脱水段,则改变了原来的河谷小气候,使无霜期减少,霜冻增加。雾一般形成于气温较低、湿度较大的条件下。我国大多数水库及周围形成的雾主要是辐射雾。形成辐射雾的主要条件是辐射冷却造成的低温,较充沛的水汽,适中的风速(13m/s),大气处于稳定状态。建库后,库区水面增大,冬季水面温度高于气温,容易形成蒸汽雾,使雾日增多。另一方面,由于水温高于气温,使
25、大气层结稳定度减小,加上湿度减小,温度升高,对辐射雾的形成不利。夏季温度增大,大气层结构稳定度加大,对雾的形成有利,则全年雾日将略有增多。霜和雾水库建成后,由于水库的热效应使气温的日较差及年较差变小,风速增加,近地层湍流加强,极端最低气温升高,使初霜日推迟,终霜日提前,从而年无霜期加长,霜冻减少,强度减弱。但对于引水工程造成的脱水段,则改变了原来的河谷小气候,使无霜期减少,霜冻增加。建库后,库区水面增大,冬季水面温度高于气温,容易形成蒸汽雾,使雾日增多。夏季温度增大,对雾的形成有利,全年雾日将略有增多。十、气候变化与农业生态 任何一个气候因子的改变都可能对农业生态产生影响。无霜期变长,终霜日提
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