当前位置:首页 治江焦点 焦点释疑 水文•泥沙 正文
水文•泥沙

陈敏:长江流域水库生态调度成效与建议

2018年08月15日  来源: 长江技术经济杂志

走“生态优先、绿色发展”之路,是国家深入推进长江经济带发展的战略定位。当前和今后相当长一个时期,要把修复长江生态环境摆在压倒性位置,共抓大保护,不搞大开发。

三峡工程是治理和开发长江的关键性骨干工程,具有防洪、发电、航运、供水及生态等综合功能。“四大家鱼”作为适应长江中下游江湖复合生态系统的代表物种,其资源动态是长江流域水生态系统健康状况的重要表征。1992年,国家环境保护局正式批准的《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》指出:“三峡工程将会对‘四大家鱼’的自然繁殖带来不利影响”,报告同时提出了保障“四大家鱼”繁殖的对策之一,主要是“通过运用水库调度产生人造洪峰促使四大家鱼繁殖”。在工程试验性蓄水期,开展三峡水库生态调度试验,减少对“四大家鱼”自然繁殖的影响,是拓展三峡工程综合效益的需要。

长江防汛抗旱总指挥部、长江水利委员会始终坚持“生态优先、绿色发展”理念,统筹做好防洪、生态、供水、航运、发电等多目标任务,努力实现长江流域水库群防洪兴利综合效益最大化,为共抓长江大保护构建绿色生态屏障。2011年以来,长江防总连续7年组织开展三峡水库生态调度试验,2017年首次实施溪洛渡、向家坝和三峡水库联合生态调度和溪洛渡水库分层取水调度试验。试验结果表明,流域水库生态调度试验对促进“四大家鱼”自然繁殖效果明显,流域生态保护取得了良好成效。

1 生态调度试验方案及参数要求

“四大家鱼”产卵活动一般伴随涨水过程进行,江水涨水持续时间越长,鱼类产卵持续时间相应延长,且卵苗数量与水温、江水涨水持续时间及日上涨率等水文条件密切相关。监测及研究成果表明,长江干流“四大家鱼”主要自然繁殖时间为5月中旬至6月下旬。根据“四大家鱼”卵苗监测结果及统计水文指标,目前“四大家鱼”繁殖的水文指标范围为:水温稳定在18℃以上(建议持续7天以上),最适水温范围为20~24℃;起始流量10000~18000m3/s;流量日上涨率1000~2000m3/s/d;持续涨水天数4天以上。每年开展生态调度试验实施需考虑统筹水库防洪、发电、航运等综合效益,同时开展生态调度效果监测和评价,并在此基础上不断优化生态调度方案。

2  生态调度试验

2.1  三峡水库

2011—2017年,三峡水库连续7年共实施了10次针对“四大家鱼”自然繁殖的生态调度试验,三峡水库近年生态调度试验具体参数情况见表1。

表1  2011—2017年三峡水库生态调度试验情况

年份

调度期间

起涨流量(m3/s)

流量日均涨幅(m3/s)

调度涨水持续时间

宜都断面平均水温(℃)

2011

6.16—6.19

12000

1650

4

23.6

2012

5.25—5.31

18300

590

4

20.5

6.20—6.27

12600

750

4

22.3

2013

5.7—5.14

6230

1130

9

17.5

2014

6.4—6.6

14600

1370

3

20.3

2015

6.7—6.10

6530

3140

4

21.6

6.25—7.2

14800

1930

3

22.5

2016

6.9—6.11

14600

2070

3

21.8

2017

5.21—5.25

11200

1320

5

20.9

6.4—6.9

11200

1400

6

23.2

2017年6月4日至9日,三峡水库生态调度期间,入库流量、出库流量及库水位过程线见图1。

多年监测表明,宜昌—沙市江段为受生态调度影响最为直接的江段,监利以下江段距离三峡水库较远且受洞庭湖入汇影响较大。“四大家鱼”产卵场主要分布在葛洲坝下、虎牙滩、枝城、江口等江段,其中以葛洲坝下及虎牙滩至红花套江段产卵场较为集中,枝城、江口及沙市产卵场较分散,以上“四大家鱼”产卵场为生态调度重点关注水域。根据宜都、沙市断面鱼类早期资源监测结果,“四大家鱼”自然繁殖对生态调度形成的人造洪峰有明显的响应。

2.1.1  宜都断面

根据宜都断面监测结果,由于2013年生态调度实施期间,宜都江段水温在18℃以下,“四大家鱼”繁殖响应不明显,其他历次生态调度四大家鱼繁殖效果良好。2011—2017年,“四大家鱼”鱼卵总径流量分别为0.58亿、1.00亿、0.96亿、1.80亿、6.20亿、8.00亿和29.90亿粒,总量为48.44亿粒;生态调度期间的家鱼卵径流量分别为0.25亿、0.17亿、0.00亿、0.47亿、5.70亿、1.10亿和10.80亿粒,产卵总量为17.40亿粒,占7年产卵总量的38.2%。

2017年第二次生态调度期间,6月4日至9日,三峡水库生态调度期间,入库流量、出库流量及库水位过程线见图1。宜昌江段水温21.3~21.7℃,处于最适宜的“四大家鱼”繁殖水温范围。根据早期资源调查结果,自6月5日开始,宜昌江段开始出现零星“四大家鱼”繁殖,6月6日银鮈、鳅类等鱼类大量繁殖,至6月10日至11日出现“四大家鱼”集中繁殖现象,10日产卵高峰期间“四大家鱼”卵量占采集总卵量的90%以上,最高“四大家鱼”鱼卵密度达到1400粒/1000 m³。估算此次生态调度期间宜昌江段漂流性卵鱼类产卵总量16亿粒,其中“四大家鱼”产卵总量10亿粒。2017年第二次生态调度期间宜都江段“四大家鱼”繁殖状况见图2。

2.1.2  沙市断面

从“四大家鱼”繁殖响应时间来看,大部分年份在调度后的1~3天就开始产卵,例如2011年、2012年、2014年、2015年、2017年;2016年在调度后第4天出现产卵;2013年,三峡水库调度持续加大泄流6天后,沙市断面才出现卵汛,“四大家鱼”繁殖的响应时间较长,可能与调度时水温偏低有关。2011—2017年,“四大家鱼”鱼卵总径流量分别为0.05亿、6.1亿、1.16亿、1.61亿、3.26亿、5.02亿和1.14亿,总量为17.22亿;生态调度期间的家鱼卵径流量分别为0.01亿、4.06亿、0.58亿、0.54亿、1.04亿、1.40亿和0.72亿,产卵总量为7.63亿,占7年产卵总量的44.3%,生态调度效果显著。

2.2  溪洛渡水库

水温是产粘沉性卵鱼类(“四大家鱼”、胭脂鱼等)繁殖的一个重要因素。根据前期相关监测和研究成果,产粘沉性卵鱼类产卵繁殖的适宜温度为金沙江下游温度达到16℃以上。天然情况下,金沙江下游(屏山站)3月中旬水温可达到16℃,岷江下游(高场站)3月下旬可达到16℃。溪洛渡、向家坝运行后,依据实测数据和模型模拟计算,向家坝水库下泄水温到达16℃的时间为4月中下旬,较建库前推迟了近1个月。因此,在现行调度方式下,3—4月,大部分时段不满足产粘沉性卵鱼类繁殖的适宜水温条件,但可通过启闭叠梁门取上中层水的方式,缓解升温延迟对产粘沉性鱼类的不利影响。

溪洛渡水库生态调度试验是通过下落叠梁门实现溪洛渡水库取上中层水,提高出库水温,以早日达到产粘沉性卵鱼类产卵繁殖所适宜的水温。溪洛渡水电站在机组取水建筑物进口部位设置有4层(每层90扇,共计360扇)叠梁门,确保电站进水口在不同水位下均能取到上中层水,提高下泄水温,以满足鱼类繁殖需求。

2017年4月19日,溪洛渡水库启动生态调度试验,确定了溪洛渡分层取水方案。试验期间,溪洛渡水库平均入库流量1860m3/s,平均出库流量2910m3/s,平均运行水位565.72m。2017年,溪洛渡生态调度试验计划操作一层叠梁门(90扇),实际完成启闭叠梁门82扇,落门率90%。试验期间,机组全部实现分层取水的时间为3天。

试验开始后,根据金沙江下游生态调度试验水温监测数据,分析溪洛渡大坝坝前与坝下水温温差的变化趋势。在落门阶段,随着落门数量的增加,溪洛渡大坝坝上水温处于18~19℃之间,并且总体有下降趋势时,溪洛渡大坝坝下断面表层水温却呈现逐步上升的趋势,坝前与坝下温差总体上呈减小趋势;在提门阶段,随着提门数的增加,坝前与坝下的温差有增大趋势。经分析,初步认为溪洛渡的叠梁门取水方式使得溪洛渡大坝下泄水水温有所提高,运行期间坝下断面表层水温与坝上断面表层水温差距有所减小。叠梁门运行前后水温监测数据显示,叠梁门落门完成后,取水高程由518m抬升至530m,对应机组的流道所取水温升高约0.4℃,提门完成后对应机组的流道所取水温降低约0.4℃。但由于叠梁门运行时间较短,代表不足,仍然需要进一步开展试验研究。

由于向家坝坝下的表层水温受水库低温下泄水的影响,其温度比天然地表水略低,而水体沿程又受到气温、辐射热、风速等因素的影响,在流动的过程中逐渐复温。但水温变化规律较为复杂,溪洛渡水电站叠梁门取水方式对向家坝坝下游水温影响定量关系,有待进一步开展试验与监测研究。

2.3  向家坝水库

向家坝水库生态调度是在下游江段水温达到18℃以上,且产漂流性卵鱼类亲鱼性成熟度满足产卵需求时,通过持续增加水库出库流量的方式,人工创造出促进产漂流性卵鱼类产卵繁殖的持续涨水过程。

向家坝水库2017年先后开展两次生态调度试验。第1次生态调度时间为5月13日至17日,根据试验方案,向家坝水库下泄起涨流量为1700m3/s,为满足起始下泄流量要求,向家坝水库出库流量先减小后增加。生态调度试验启动前一日(5月12日)向家坝水库平均出库流量为3020m3/s,13日减小至1830m3/s,14日至17日,平均出库流量分别增加至2100m3/s、2400m3/s、3380m3/s、3760m3/s,流量日均涨幅480m3/s。第2次为向家坝、三峡水库联合生态调度试验。长江防总分别于5月19日和22日下达了2017年5号、6号调度令,明确了联合生态调度试验期间三峡水库、向家坝水库下泄控制流量。三峡水库和向家坝水库从5月21日开始逐步加大下泄流量,以满足生态调度试验要求。5月20日至25日,向家坝水库日均下泄流量分别按2400m3/s、2700m3/s、3000m3/s、4000m3/s、4000m3/s、4500m3/s控制。由于向家坝水库可调节水量有限,溪洛渡水库也同步加大下泄流量,控制向家坝水库水位下降速率。

根据监测断面的监测数据,监测断面鱼类产卵量呈现波动变化关系,宜宾断面监测期间共出现4次较为明显的洪峰过程,形成了3次卵苗高峰,卵苗高峰时间主要集中在5月16日至19日、5月21日至24日和6月3日至8日,较洪峰过程有一定的延迟,卵苗高峰期间累计产卵量为8.78×106,占卵总径流量的74.41%。江津断面监测期间共出现4次较为明显的洪峰过程,形成了4次产卵高峰,产卵高峰与洪峰时间有一定重合,卵苗高峰期间累计产卵量为3.83×108,占卵苗总径流量的62.89%。宜宾江段日均产卵量相对较高时间段是在5月中旬,江津日均产卵量相对较高时间段是在6月上旬。从卵苗高峰时间和产卵量来看,无论是卵苗高峰出现时间还是产卵行为大量发生时间均表现为宜宾江段早于江津江段。

3  调度成效

三峡水库连续7年生态调度试验表明,“四大家鱼”对人工调度形成的洪峰过程有积极的响应,三峡水库生态调度对“四大家鱼”自然繁殖具有良好的促进作用,生态调度效果显著。自2011年首次实施生态调度试验以来,宜都断面监测期间的“四大家鱼”产卵量总体呈上升趋势。2011—2017年,生态调度试验期间,宜都监测断面产卵总量为17.40亿粒,占7年产卵总量的38.2%;沙市监测断面产卵总量为7.63亿粒,占7年产卵总量的44.3%。其中,2017年宜都断面监测到“四大家鱼”产卵总量10.8亿粒,为历年最高。

溪洛渡水库2017年分层取水试验监测结果表明,溪洛渡水库叠梁门取水方式对下游水温具有一定的调控作用,溪洛渡叠梁门运行对坝前水温结构及下泄水温过程存在一定的影响。分层取水在一定程度上减缓了下泄低温水,但由于系首次开展试验,其影响定量分析还有待进一步开展试验研究。

向家坝水库2017年生态调度试验结果表明,向家坝水库两次生态调度试验均对漂流性鱼类产卵起到促进作用。宜宾江段监测结果表明,坝下鱼类产卵受调度刺激明显,生态调度期间出现了鱼类产卵高峰;江津江段监测表明长江上游干流鱼类产卵量在两次调度结束时或结束后3天内出现高峰。两次生态调度试验期间,宜宾断面监测鱼卵总量0.05亿粒,江津断面监测鱼卵总量1.06亿粒。

4  建议

虽然长江流域水库生态调度积累了一些经验,取得了一定成效,但研究基础还很薄弱,长江流域控制性水库群生态调度目前尚处于初步阶段。除针对“四大家鱼”自然繁殖外,对于其他重要物种、重要生态功能区、湿地保护和水环境修复等方面的调度指标、可行性研究均处于起步阶段,对流域层面的水库群水生态调度关键技术及水库群调度运行对水生态环境的影响等方面研究也还有待进一步加强;虽然开展了水库泥沙减淤调度、补水调度和压咸调度、遏制汉江下游水华应急调度和溪洛渡分层取水生态调度试验,但取得的经验十分有限。为此,建议尽快开展以下工作:一是,研究长江水库群调度对水文情势变化与生态系统变化之间的相互关系及其对水生态环境的影响,进一步优化生态调度关键性指标,指导流域水库群联合生态调度试验。二是,继续开展水库群联合调度条件下“滞温”和“滞冷”效应研究,通过河道原型观测和模拟计算,研究水库群不同调度时期低温水或高温水下泄对水库下游河道特征环境因子的影响途径和影响程度。三是,围绕满足长江中下游适宜生态流量、维护两湖湿地生态安全、提升中游重要鱼类典型产卵场适宜性、促进重要鱼类仔稚鱼生长存活、保障重要鱼类仔幼鱼洄游过程、保障鱼类关键生活史完成及其栖息地功能发挥等多目标需求,开展上游水库群联合生态调度研究,深化三峡、溪洛渡、向家坝等控制性水库生态调度方案,继续开展促进四大家鱼自然繁殖调度试验,适时开展针对其他鱼类自然繁殖和水生态改善的生态调度试验工作。

作者:
相关文章