梯级水电开发对河道减脱水的影响——以岷江上游为例

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水电开发带来的河流生态环境问题一直受到广泛关注。随着社会经济的快速发展,能源需求不断增加,大规模、高强度的梯级水电开发现象十分普遍,由此引发的河流生态环境担忧也日趋突出。流域水电开发改变了河流的基本形态和水文情势,其引起的河道减脱水现象将直接影响河流健康和水资源安全。本研究以四川省岷江上游地区为例,拟通过探讨梯级水电开发下的河道减脱水现象、特征及其与水电站间的关系等,以期为梯级水电站合理布局和运行管理提供科学依据,为梯级水电开发环境影响评价和河流生态系统保护与修复提供参考。  本研究在实地调查和资料收集的基础上,分析了岷江上游水电开发的基本类型、开发程度及时空格局;选择了岷江上游干流、一级支流和二级支流上受水电站影响的典型河段,利用遥感解译与实地调查相结合的手段,建立了河道减脱水评价指标,据此分析岷江上游河道减脱水的时空特征;最后从水电站的不同坝型、装机容量和调节方式等方面分析了水电站与河道减脱水的关系,并从梯级电站群的不同坝址组合和不同调节性能角度讨论了不同梯级水电开发模式对河道减脱水的影响,初步探索了梯级水电开发对河道减脱水的影响机制。得出的主要结论如下:  (1)岷江上游的水电站类型以小型电站为主,中小型水电站主要分布于岷江一、二级支流上,二级支流电站数最多;水电开发方式以引水式开发为主;从水电站的坝型数量上看,低闸引水式电站>底格栏栅式电站>滚水坝式电站>无坝式电站>高坝式电站,其中一级支流主要以低闸引水式为主,底格栏栅式电站主要分布在二级支流。  (2)杂谷脑河干流是岷江一级支流梯级水电开发程度最高的河流;从流域尺度上看,黑水河流域的梯级开发数量和梯级开发率均为最高,成为岷江上游梯级开发最为严重的流域,其次是杂谷脑河流域;岷江上游流域的水电开发总体上呈现开发时间早、周期长、高强度和全覆盖的时空特征。干流和一级支流总体上均呈现水电开发密度下游河段明显高于中上游河段。  (3)确定用于河流遥感解译分类指标NDVI值及其范围,将河道分类为正常水体河道、减水河道和脱水河道。分别基于高分遥感数据和断面实测数据构建判断及评价水电开发下河道减脱水指标:正常比N、减水比R、脱水比D、裸露比K和对照比L。  (4)水电站主要在枯水期引致河道减脱水,梯级水电开发造成了大面积的河道减脱水现象。不同级别流域上,二级支流减脱水程度比干流和一级支流更加严重;同一级别流域中,上游的减脱水程度比中下游更严重。同一电站下游河道,距坝址距离越远受电站影响的河道减脱水程度越小。  (5)电站的不同坝型、不同调节性能对河道减脱水的影响有着显著的差异,而电站的装机容量与河道减脱水相关关系不显著。从坝型上看,底格栏栅式电站导致电站的减脱水情况最严重,其次是拦河坝式电站,最后是低闸引水式电站。岷江上游的水电开发以引水式开发为主,基于成本等因素考虑,小型支流多为底格栏栅式电站且缺乏统一调度,导致本来水量不多的小型支流出现大面积断流,河道泥沙淤积、生态环境恶化。  (6)水电不同梯级开发模式对河道减脱水的影响有所差别。由低格栏栅式电站组合成的梯级电站群对河道减脱水产生的影响最为严重,其脱水比最高,正常比最低;拦河坝式电站和低格栏栅式电站组成的梯级电站群影响次之;低闸引水式电站组合成的梯级电站群造成的影响相对最小。有“龙头水库”调节的梯级水电群一定程度上能减轻河道减脱水现象,其河道整体减脱水程度小于无“龙头水库”调节的梯级水电群。
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