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1、高坝大库主要生态环境影响研究,汇报内容,1 研究背景2 主要研究成果 2.1 冰封水库的水温冰情模拟与预测 2.2 高坝工程过饱和溶解气体的生成、释放机理及预测研究 2.3 高坝下游溶解气体过饱和对鱼类影响,1 研究背景,水电开发:技术制约 经济制约 环境制约,高坝大库对山区河流水环境的影响 大型深水库水温分布变化,水温变化引起的环境问题,评估影响程度设计减缓措施,农业灌溉局地气候水生生物其它水质参数,分层取水运行调度,关键问题：水库水温预测,二滩不同运行情况下坝址月水温过程,引水式电站造成的河道减水,河道减水引起的环境问题,评估对水生生物影响程度设计合理的下泄生态基流,水生生物生态系统稳定水
2、环境质量调节气候所损耗的蒸散维持地下水位动态平衡航运、景观和水上娱乐工农业生产及生活需求,关键问题：河道内生态需水计算方法,水库泄流引起过坝水体溶解气体过饱和,2 主要研究成果,2.1 冰封水库的水温冰情模拟与预测2.2 高坝工程过饱和溶解气体的生成、释放机理及预测研究2.3 高坝下游溶解气体过饱和对鱼类影响,2.1.1 前期研究成果,2.1 冰封水库的水温冰情模拟与预测,2 主要研究成果,二滩水库库区及下游水温观测,大渡河干流(700余km)水温水文同步原型观测,西藏羊湖抽水蓄能电站水温、水质和泥沙原型观测,雅鲁藏布江中游（1300km)水温水文同步观测,雅砻江下游河道及水库(380km)水
3、温水文同步观测,金沙江中下游:鲁地拉水库、观音岩水库、乌东德水库 白鹤滩水库、溪洛渡水库、向家坝水库长 江:三峡水库雅砻江中下游:两河口水库、卡基娃水库 锦屏一级水库、官地水库、二滩水库大渡河干流：下尔呷水库、双江口水库、瀑布沟水库等岷 江：紫坪铺水库、毛尔盖水库、十里铺水库雅鲁藏布江中下游：大古水库、巴玉水库等,水温预测模型应用于：,雅砻江下游5个梯级电站位置分布,锦屏一级和二滩 大型深水库锦屏二级 长隧洞引水式电站官地水库、桐子林水库 调节性能比较小,水温累积影响：梯级水库水温的时空分布预测结果,2.1.2 目前正在开展的研究 冰封水库的水温、冰情模拟与预测,水利水电工程的开发逐渐向高海拔
4、的河源区推进雅鲁藏布江中上游、怒江中上游、金沙江上游、雅砻江上游均蕴含着宝贵的水能资源高海拔高寒地区河流在冬季存在冰凌现象建库后由于水深加大，流速减缓，库区是否会形成冰盖、冰塞或冰坝在结冰和融冰期是否会产生冰凌灾害冰情对库区水温、水质、生态环境的影响,2 主要研究成果,水内冰的输运、转化模式水库热力学特性对库区结冰过程的影响水库水力学特性对结冰过程的影响模式风对结冰过程的影响机制,几个关键问题,通过室内水槽结冰试验，寻求冰与外部环境条件和水库流动特性相互作用机理,室内实验研究,室内实验研究,冰晶演变过程初冰及结冰历时垂向水温分布热量变化过程,冰盖形态对比垂向水温分布冰厚增长过程冰温垂向分布,冰
5、厚消融过程冰温垂向分布,结冰期,封冻期,解冻期,结冰期热量变化过程,流速加大推迟初冰时间，缩短结冰历时，初冰冰盖增厚，破冰时间提前。流动条件对结冰初期和融冰末期影响较大。冰盖的增长和消融主要受气象条件影响。,全库区的立面二维水温冰情模型,在本实验室开发的立面二维水库温度模型的基础上，增加冰情耦合计算模块，建立全库区的立面二维水库冰盖生长消融的数值模型,冰盖生长消融方程,冰盖生长过程,2010.6,2010.9,丰满 库区水温观测,坝址,冰下水温呈逆温分布，表层水温为0.7，库底水温为3.5。水库于1月2日封冻，2月末最大冰厚为0.69m。观测期间冰厚增长率为1cm/day。,丰满库区冬季水温冰
6、情观测,坝前冰下实测水温2011.1.12,坝前实测冰厚过程,9月库区沿程断面的垂向水温计算值与实测值,立面二维水温冰情模型验证,电站下泄水温计算过程与实测过程总体吻合较好。,2011年1月12日坝前冰下水温比较,2011年12月坝前冰厚比较,模型较好地模拟了冰下水温分布及冰厚变化过程。,2.2 高坝工程过饱和溶解气体的生成、释放机理及预测研究,2 主要研究成果,研究背景,高坝泄水导致的总溶解气体（TDG）过饱和现象，以及对鱼类的影响，已成为被关注的重要环境问题。我国由于对高坝溶解气体过饱和问题的研究开展较晚，对其规律性的认识尚不够清晰。,研究内容,水体中总溶解气体（TDG）过饱和生成机理试验
7、水体中总溶解气体过饱和TDG释放机理试验高坝工程原型观测(4)过饱和TDG生成预测(5)过饱和TDG释放预测,(1)水体中总溶解气体（TDG）过饱和生成机理实验研究,装置一,装置二,通过室内实验和原型观测，发现形成TDG过饱和 必须具备以下条件：（1）水体中充分掺气（2）水体承受足够的压强（或有足够的水深）（3）气泡在水中滞留足够的时间,影响过饱和TDG生成的其它因素,气体溶解速率与水气接触面积成正相关气体溶解速率与水体紊动强度成正相关,气泡越多、气泡直径越小，与水气接触面积愈大，水体中TDG过饱和的生成速率越快。,筛网切割气泡,过饱和TDG释放速度随着时间的推移逐渐变小紊动强度越大，过饱和T
8、DG释放速率越大。,(2)水体中过饱和气体释放机理实验,实验结果表明：泥沙对过饱和TDG的释放有显著的促进作用因为，泥沙颗粒的存在提供了大量可供过饱和TDG逸出所依附的介质，进而促进了过饱和TDG的快速释放。,泥沙含量对过饱和TDG释放的影响设计了三种实验：静水实验搅动实验明渠实验,对7个大型电站泄洪时下游水体中的过饱和气体进行了观测雅砻江二滩、长江三峡、澜沧江漫湾、大朝山电站、大渡河龚嘴、铜街子电站、岷江紫坪铺,(3)高坝工程原型观测,例：二滩电站坝下观测成果,三峡下游TDG过饱和度随距离的变化,二滩下游TDG过饱和度随距离的变化,泄洪洞泄流模型,(4)过饱和TDG生成预测,(5)过饱和TD
9、G释放预测,过饱和TDG在天然河道的释放服从一阶动力学过程。,提出释放系数kT的估算公式为：,以金沙江中游河段为例，计算过饱和TDG的沿程释放过程。,释放系数沿程变化过程,过饱和TDG沿程变化过程,TDG的释放系对不同的河流差异很大，例如三峡下游江段释放系数为 0.02 h-1二滩下游的雅砻江段释放系数为 0.06 h-1,影响下游河道中水体过饱和TDG释放的因素：水深流速泥沙含量水温等等有待进一步研究,(3)高坝工程原型观测,2.3 高坝下游溶解气体过饱和对鱼类影响,2 主要研究成果,1 研究背景,1,水体TDG饱和度105%110%时，鱼类就可能患气泡病（gas bubble diseas
10、e，简称GBD）。TDG饱和度超过140%时，鱼类会在几小时内快速死亡。,针对水体TDG过饱和对我国长江上游特有鱼类影响的研究缺乏。结合国家自然科学基金项目和重大工程委托项目，我们开展了水体TDG过饱和对鱼类影响的系列实验研究，以期为准确评估高坝泄流对鱼类的影响提供基础数据。,1 研究背景,2 研究进展,研制了TDG过饱和水体对鱼类影响实验系统,开展了TDG过饱和水体对鱼类的急性毒性研究,开展了鱼类对TDG过饱和水体回避的实验研究,开展了鱼类在TDG过饱和水体中的生长特性研究,开展了鱼类在TDG过饱和水体中的慢性毒性生化效应研究,开展了鱼类在TDG过饱和水体中胁迫后的恢复实验研究,3.1 实验
11、对象,岩原鲤为鲤科原鲤属的鱼类，是中国的特有物种。分布于长江中上游支流、云南分布于金沙江等。,3 研究成果,齐口裂腹鱼属鲤形目，鲤科，裂腹鱼亚科，裂腹鱼属，裂腹鱼亚属。长江上游重要食用鱼类。,胭脂鱼属于鲤形目吸口鲤科（或称亚口鱼科），生长于长江水系。,3.2 实验装置,实验系统示意图,该系统能同时产生温度可控、多股不同TDG饱和度水流。,鱼池,高浓度TDG生成系统,清水箱,浓度控制,温度控制,实验系统现场图,3.3 主要研究成果,(1)试验鱼在TDG过饱和环境下的中毒症状 鱼鳞脱落、鱼眼突出和口张开 剧烈窜动、螺旋式游动(2)试验鱼在TDG过饱和环境下的死亡症状 胸鳍出血、鱼鳃出血、尾鳍出血,
12、鱼鳞脱落,鱼眼突出，口张开,鱼鳃出血,尾鳍出血,(一）TDG过饱和对鱼类的急性毒性研究（120%145%过饱和度下）,试验鱼在某TDG饱和度下暴露时间与死亡率的S曲线拟合,（二）岩原鲤对过饱和水体的回避行为（105%145%过饱和度下）,（1）岩原鲤在水平方向上对TDG过饱和水体有回避能力。（2）岩原鲤未表现出利用补偿水深躲避TDG过饱和水体的能力。（3）致死试验与回避试验结论显示，岩原鲤能够耐受TDG饱和度为115%的水体，但当TDG饱和度大于125%时，暴露48h后全部死亡。,（三）岩原鲤在TDG过饱和水体中的生长特性,（1）慢性过饱和胁迫下（100%、104%、108%、112%、116
13、%过饱和度下，连续饲养42天），对试验鱼的生长影响不显著，但随暴露时间延长、TDG饱和度增大，试验鱼的生长有被抑制的趋势。（2）急性过饱和胁迫下（125%、131%、136%、141%浓度下，暴露两小时，后移入曝气自来水中饲养42天），对试验鱼的生长影响不显著，但随着TDG饱和度的增大，试验鱼的生长有被促进的趋势。,（四）岩原鲤在TDG过饱和水体中的慢性毒性生化效应,岩原鲤于TDG饱和度为100%、104%、108%、112%、116%水体中连续饲养42天，每隔7天取样测定肌肉及鳃丝的超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化氢酶（CAT）测定发现，不同生长阶段的岩原鲤、同一生长阶段鱼种的不同组织对TD
14、G过饱和的敏感性存在差异。具体差异表现为：1年龄岩原鲤2年龄岩原鲤3年龄岩原鲤 鳃丝组织肌肉组织,3.3 主要研究成果,（五）岩原鲤在TDG过饱和水体中胁迫后的恢复试验,（1）慢性过饱和胁迫下，不同机体组织在不同TDG饱和度下恢复时间存在差异。高饱和度（116%）胁迫时：鳃组织恢复时间约6天 肌肉组织需4天。低饱和度（116%）胁迫时：鳃组织约需4天 肌肉组织2天。（2）急性过饱和胁迫下，机体组织恢复时间约需2天。,3.3 主要研究成果,研究展望,进一步开展不同年龄段鱼类研究,结合实际工程选用不同的鱼类进行研究,通过组织学或生物学等学科交叉，进一步探究TDG过饱和胁迫鱼类机理,建立较为完善的TDG水环境质量参考标准，提出可执行的鱼类保护措施,
