58澜沧江流域梯级开发的生态环境累积效应

发布时间：2016-11-18 03:35

本文关键词：澜沧江流域梯级开发的生态环境累积效应，由笔耕文化传播整理发布。

DOI:10.13243/j.cnki.slxb；水利学报；2007年10月；文章编号:0559-9350(2007)增刊-0；澜沧江流域梯级开发的生态环境累积效应；钟华平,刘恒,耿雷华；(南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家；摘要:流域的梯级开发对生态环境产生累积效应；关键词:累积效应;梯级开发;生态环境;澜沧江；中图分类号:X171文献标识码:

DOI:10.13243/j.cnki.slxb.2007.s1.124

水　　利　　学　　报

　2007年10月

文章编号:0559-9350(2007)增刊-0577-05SHUILI　　XUEBAO增刊

澜沧江流域梯级开发的生态环境累积效应

钟华平,刘　恒,耿雷华

(南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京　210029)

摘要:流域的梯级开发对生态环境产生累积效应。阐述了累积效应的空间和时间表现特征,及群体性、系统性、累积性、波及性和潜在性影响效应特征。分析了澜沧江干流中、下游8个梯级水电站的建设运行对澜沧江的径流、水温、水质、泥沙和鱼类等方面产生的累积效应,表明澜沧江流域梯级开发应以流域的生态环境可承受程度作为临界阈值,控制生态环境的累积效应。

关键词:累积效应;梯级开发;生态环境;澜沧江

中图分类号:X171文献标识码:A

1　导言

澜沧江-湄公河是一条国际河流,全长4880km,总落差5500m,流域面积81.0万km,以长度计为世界第六大河流。在中国境内的河段称为澜沧江,河长2198km,落差5000m,流域面积17.4万km。澜沧江流域水能资源极其丰富,是我国重点开发的12个水电基地之一。

澜沧江干流中、下游规划开发8个梯级水电站,从上至下分别为功果桥、小湾、漫湾、大朝山、糯扎渡、景洪、橄榄坝、勐松,其中骨干工程为小湾和糯扎渡。目前已建成的水电站有2座:漫湾水电站1995年6月投入运行;大朝山水电站2001年11月蓄水,2003年10月6台机组全部投入运行。在建的水电站有小湾和景洪,将要建设的有糯扎渡和功果桥。到2010年底,有功果桥、小湾、漫湾、大朝山和景洪5个梯级水电站联合运行,到2015年包括糯扎渡在内的6个梯级联合运行。澜沧江中、下游梯级水电站全部建成运行后,将对澜沧江水文情势和流域形态产生较大的影响,尤其是小湾水电站和糯扎渡水电站建成后,将形成两个水面面积分别为189.1km、315.0km的水库,由于水库库容较大,具有多年调节能力,将对天然径流产生较强的调节作用,河流水资源分配和利用将由自然状态变为人为调度。2222

2　累积效应特征

累积效应是当一项活动与过去、现在以及可合理预见的将来活动结合在一起时,所产生的对生态环境增加的影响。累积效应本身并不是一种新型的生态环境影响,而是人们从另一个全新角度来看待生态环境问题的方式[1]。当区域生态环境处于可持续发展的临界水平时,一项自身生态环境影响较小的

[2]开发活动,与其他开发活动的生态环境影响累积后,可能产生重大的生态环境累积效应。累积效应具有空间和时间两方面的表现特征:

(1)空间累积特征:当两个干扰之间的空间间距小于疏散每个干扰所需的距离时,干扰就会产生空间上的累积现象。空间上的累积可以是局部的、区域的或全球的,在密度上可以是分散的或集聚的,在收稿日期:2007-07-26

基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2003CB415104)

作者简介:钟华平(1964-),男,江西赣县人,博士,教授级高级工程师,主要从事水资源可持续利用研究。E-mail:hpzhong@nhri.cn

外形上可以是点状的、线状的或面状的。空间累积在累积影响区内的累积程度可采用“累积度”表示,累积度为累积变化值与环境阈值或临界值的比值。

(2)时间累积特征:当两个干扰之间的时间间隔小于环境系统从每个干扰中恢复过来所需的时间时,干扰就会产生时间上的累积现象。时间上的累积可以是连续性的、周期性的或不规则性的,产生的时间可长可短。时间上的累积可用“累积频率”表示,累积频率是指在累积影响区域的某段时间内出现累积效应的时间比率。

流域梯级开发对生态环境产生累积效应,但表现形式复杂多样。在两个梯级或多个梯级间,对某一生态环境因子可能表现为协同作用,也可能表现为拮抗作用;同时,对某一生态环境因子的某一要素可能表现为协同作用,而另一要素可能表现为拮抗作用。

流域梯级开发既有单个水电工程对生态环境的影响效应特征,又具有多个水电工程影响效应的群体性、系统性、累积性、波及性和潜在性[3]。

(1)影响效应的群体性　梯级水电工程对生态环境的累积效应,是大于单个工程的影响效应之和还是小于单个工程影响效应之和,应视具体情况而定。这就是梯级水库对生态环境影响的群体效应。

(2)影响效应的系统性　流域梯级开发为流域建立了一个工程群-社会-经济-自然的人类复合生态系统。这个系统内部之间相互联系、相互制约和相互影响,组成了一个具有整体功能和综合效益的集群。在这个集群中,人和工程对生态环境的干扰作用大大加强了,它对生态环境的影响性质、影响因素和影响后果都是系统的。

(3)影响效应的累积性　流域梯级开发对生态环境的影响,其突出的特点就是具有累积性。有些生态环境因子的变化,不仅受一个工程的影响,而且还受到梯级其他工程的影响,这些影响具有叠加、累积性质。

(4)影响效应的波及性　流域梯级开发对生态环境影响的范围,一般比单一工程对生态环境影响所涉及的范围大,它所影响的区域,除固定的影响区、常年影响区外,还随工程的施工与运行所涉及的范围而变化,影响范围大。

(5)影响效应的潜在性　单个水电工程对生态环境的影响效应虽也有潜在性,但易于区别与防范,而梯级开发对生态环境潜在的影响效应则要复杂得多。在流域已建几个梯级的情况下,如诱发地震、塌岸、滑波,潜在着三者同时发生的可能性,也存在着几个梯级同时诱发地震的可能性。

3　流域梯级开发的生态环境累积效应

澜沧江流域高密集的梯级水电工程开发,必然会给澜沧江流域生态环境带来一些负面影响。澜沧江是一个完整的生态系统,这个生态系统的平衡与稳定,是在历史长河中长期、缓慢形成的,而流域梯级水电工程的开发将改变原有河流的生态系统。这种梯级开发阻断了原有河道的水流连续特性,从而使澜沧江中下游的河流形态、水文情势发生变化,进而使原本依存于流域的物种构成、生态环境发生重大变化。澜沧江流域的梯级开发将对流域生态环境产生明显的累积效应。

3.1　径流的累积效应　由于大坝的阻隔作用,澜沧江梯级水电站的建成,使澜沧江天然河流原有的径流过程发生显著变化。

(1)阻隔河道,形成水库群,并抬高各库区水位,使澜沧江原来沿河道连续渐变的水位线,变成为阶梯状的水位线,水流特征改变十分明显。

(2)天然河道形态改变,由河道变为首尾相接的湖库,水面面积增大,水库蒸发量随之加大,并影响局地气候。澜沧江梯级水电站建成后,8个梯级水库面积共约621.2km,比天然河流增加水域面积约

23532.1km,是天然水面面积的7.0倍,多年平均新增蒸发损失量达2.2亿m。

(3)澜沧江梯级水电站联合调度运行,人为控制下泄流量,使澜沧江各个库区流速沿程分布发生较大的变化。各库从库尾至坝前随着水深沿程的增加而流速减小,至坝前达到最小。水库库容越大,对天然流速的改变越大。据中国水科院研究,小湾和糯扎渡两个特大型水库,坝前平均流速将约为0.01m s,2

漫湾、大朝山和景洪水库坝前平均流速约为0.10m s。

(4)澜沧江梯级水电站的建成运行,将在一定程度上起到消峰减量作用,对下湄公河径流量有明显的调节作用,使枯季径流增加,汛期径流减少。当龙头水库小湾水电站和最大调节水库糯扎渡水电站建成后,这种调节作用将更加明显,对下游河段水文情势影响显著。长远来看,这种水文情势的变化对下

[4]游国家是有利的,但在梯级水库建成蓄水初期,尤其是小湾和糯扎渡水库蓄水初期,将使坝下游河段

水位明显降低、流量减少。虽然澜沧江径流量仅占澜沧江-湄公河流域径流量的16%,但根据泰国-老挝边境ChiangSaen水文站的监测数据,1962～1992年平均最小径流量为752m s,而1993～2003年平均最小径流量为569m s,即在漫湾水电站建成后,年平均最小径流量减少了近25%。在旱季最枯的

[5,6]4月份,澜沧江的径流量占到了湄公河柬埔寨河段径流量的45%,因此澜沧江梯级大坝蓄水初期,对

下游河段径流量的影响较大。

3.2　水温的累积效应　水温是水生生态系统最为重要的因素之一,它对水生生物的生存、新陈代谢、繁殖行为以及种群的结构和分布都有不同程度的影响,并最终影响水生生态系统的物质循环和能量流动过程、结构以及功能。

水库建成蓄水后,水位大幅度抬升,一些深水大库在夏季将出现水温稳定分层现象,表现为上高下低,下层库水的温度明显低于河道状态下的水温,从而导致下泄水水温降低,并影响下游梯级的入库水

[7]温。澜沧江流域梯级开发,在改变河道径流的年内分配和年际分配的同时,也将相应地改变水体的年内热量分配,引起水温在流域沿程和纵向深度上的梯度变化。水温的沿程变化在下游100km以内都难以消除[8]3[5]3,如果两级大坝之间小于这个距离,就会产生累积效应。

澜沧江的梯级开发使各水库基本首尾衔接,这一影响将逐级传递,每一个水库的水温不仅会受到本身由于水位抬升和水量增加带来的影响,同时还受上游梯级的共同作用,使下泄水的水温降低更加明显。如漫湾水库水温不仅受本身建库的影响,且还受小湾下泄水流水温的影响,而大朝山水库则同时将受漫湾和小湾水库下泄低温水的累积影响。随着干流上梯级电站数目的增加,水温的空间累积效应将会更加明显,上游库区的下泄水将可能对其下游几个库区的水温产生空间累积效应。

3.3　水质的累积效应　澜沧江流域现状水质,总体上呈恶化趋势,清洁水体逐年减少。干流上、中游水质较好并基本保持稳定,下游水质恶化趋势明显。按照湖库标准评价,澜沧江干流总磷在各监测断面均超标,为Ⅴ类水质。随着澜沧江流域的梯级开发,河流水质将进一步恶化。

(1)流域梯级开发使河流湖库化,特别是建在流域下游的水库,湖库富营养化是水库的主要生态环境问题。梯级开发后,形成梯级水库,水流减缓,水中溶解氧急剧降低,导致水体自净能力减弱,水环境容量发生改变,对污染的混合能力和稀释能力减弱;同时,库区周边和上游大量未经处理的生活废水、畜禽养殖业废水、施工废水和雨季地表径流源源不断地直接进入澜沧江,河流水质将呈下降趋势,库区水体污染加重。

(2)由于下泄水量减少,导致河流挟沙能力降低,挟沙颗粒细化,降低了对金属粒子的吸附能力,造成沉淀,使有毒、有害物质沉积于水库,影响水质。这些物质长期积累,是潜在的二次污染源。

(3)金属矿采选、冶炼造成澜沧江重金属污染。澜沧江上游一些支流,开采铅锌矿污染水域,造成重金属铅、镉等指标超标。目前,已建成的漫湾库区水域,重金属(汞、镉、铅、铬、锌和铜)的累积影响加重较为明显,浓度增加的趋势不能忽视。

(4)工程施工期间排放的生产废水、生活污水等,如不加以处理和控制,任意向澜沧江里排放,将对施工江段的水质造成局部污染,并影响下游水库的水质,且累积效应十分明显。

(5)由于水库还有着温度调节和营养物沉淀的作用,对下游水质也有较大的长期的间接影响。

3.4　泥沙的累积效应　由于水库的拦沙作用,影响河流的冲淤与输沙,打乱了原有河流的输沙平衡,上游来沙大部分被拦于各梯级库内,下泄水量中含沙量大大减少。流域梯级开发对泥沙的拦截可以达到99%[9],累积效应显著。

澜沧江流域梯级水电工程建成蓄水后,各库区的泥沙主要来源有:

(1)水土流失。由于土地开垦(尤其是坡地开垦)、植被破坏造成水土流失。1980年代以来,澜沧江

含沙量和输沙模数均有增大的趋势,以下游的嘎旧-景洪段最大。流域的梯级开发,使库区以上地区的泥沙淤积在库内,这是一种相对缓慢、长期和沿程的泥沙淤积。另一种是相对快速、短暂和集中的泥沙淤积,即梯级水电站工程建设造成的水土流失。工程建设造成水土流失的区域分布主要在施工区和移民安置区。施工区范围相对集中,影响水土流失的主要因素为主体工程开挖、砂石料场开挖,弃渣场、场地平整和道路修建,上述施工活动将大面积扰动施工区地表,破坏原有地貌和植被,产生严重的水土流失。

(2)库岸坍塌、滑坡。梯级水库蓄水后,水位抬高、水面扩大,造成水文地质和工程地质条件改变,影响库岸稳定,在局部库段可能引起库岸坍塌或山体滑坡,并使大量泥沙集中的库区。库岸坍塌或滑坡在经历一段再造过程后,才能达到新的平衡。

(3)矿产资源开发。开采矿藏,产生大量的尾矿,这些尾矿堆积在山间河谷,在造成环境污染的同时,也产生水土流失,造成大量泥沙富集在库区中。

3.5　对鱼类的累积效应　由于大坝阻隔河道,将原本连续的河流生态系统分割为坝上、坝下多个孤立的系统,截断水生生物的自然通道,使河道下泄水流的流速、水深、浑浊度和悬浮物质等水流系统发生变化,导致水生生物生境(生境面积、生境规模、适宜生境等)突变并产生累积效应,影响水生生物多样性,对水生生态系统造成危害。北美一项研究表明,全球估算濒于灭绝的淡水鱼达到已知种类的30%,大坝建设是淡水物种灭绝的主要原因之一[9][10]。梯级大坝对水生生态系统产生累积影响效应。

澜沧江流域梯级水电站全部建成蓄水后,流域内将形成流速缓慢的多个大型、特大型人工湖,破坏鱼类洄游通道的完整性与连续性,对澜沧江流域的鱼类和数量将造成较大的影响。

(1)大坝的建成隔断鱼类的洄游通道,阻断鱼类的迁徙,造成鱼类生境的片段化,阻断鱼类种群间的基因交流,最终导致澜沧江区域洄游鱼类乃至整个澜沧江-湄公河流域洄游鱼类的绝迹。

(2)水库大坝建设将改变原天然状态下的水生生态环境,使急流浅滩的水生生境变为深水的湖库生境。区内水流变缓,使一些适应原河道生境的喜急流浅滩生境的鱼类受到影响,如常年生活在激流中底栖的种类(如野鲮亚科、鳅科),以及喜流水性生活的中下层种类(如鲇科、鲅亚科、长臀科等),不仅会失去原有的栖息、繁殖场所,还将失去饵料来源。澜沧江西洱河支流梯级水电站的建设使鱼类生存条件遭

[10]到严重破坏,几乎没有渔获物记录;已建的漫湾电站坝上库区与坝下相比较,流水鱼类明显减少。

(3)来自上游水库的下泄低温水对喜高温环境的鱼类也存在一定的影响。低温水影响喜高温环境鱼类的新陈代谢、繁殖行为,随着澜沧江生境的改变,水温产生累积效应,最终影响到喜高温环境鱼类的生存状态。

(4)高坝水头下泄时,高速水流表面形成的负压,将空气中的N2、O2和CO2吸入到坝下水体内,对坝下水体产生剧烈的曝气过程,使下泄水中气体呈过饱和状态。水中溶解气体的增加,会对水生生物产生重要影响,不仅会破坏水生生物原有的生存环境,而且还会直接导致某些生物产生疾病。澜沧江中、下游梯级水电站建成运行后,各梯级水电站首尾连接,各梯级的下泄流量均比较大,特别是小湾和糯扎渡两个水电站为特大型水电站,上、下游水位差上百米,下泄水会造成水中溶解氧过饱和现象,对鱼类产生不利影响。

4　结语

生态环境累积效应既包括同类生态环境影响的加和作用,也包括不同生态环境影响的协同或拮抗作用。从协调水电工程开发与生态环境保护之间的关系来看,应使生态环境累积效应最小化,包括生态环境效应的累积区最小、累积度最低和累积频率最低几方面。从单一水电站的角度看,可能对生态环境产生较小的影响效应,但多个梯级水电工程开发的迭加,往往会产生加和效应或协同作用。流域梯级开发的生态环境累积效应十分复杂,当生态环境累积程度超过其阈值范围,将使生态环境出现崩裂性的累积效应。生态环境累积效应问题将成为未来水电工程建设的限制性因素。

澜沧江流域梯级开发对流域的径流、水质、水生生境、生物多样性、社会和经济结构等多方面产生影

响。澜沧江流域梯级开发带来的生态环境问题关系到流域可持续发展。由于澜沧江流域梯级开发破坏原有的河流生态系统,且河流生态系统的变化是急剧的、具有累积效应的,因此澜沧江流域梯级开发应以流域的生态环境可承受程度作为临界尺度,控制生态环境累积效应。通过协调流域水电工程开发与生态环境保护的关系,达到澜沧江流域人与自然和谐相处。

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CumulativeeffectsofLancangRiverbasincascadehydropower

developmentonecologyandenvironment

ZHONGHua-ping,LIUHeng,GENGLei-hua

(StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,

NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing　210029,China)

Abstract:Theriverbasinscascadehydropowerdevelopmentmaycausethecumulativeeffectsonecologyandenvironment.Itwasexpoundedthatthecharacteristicsofcumulativeeffectsofthespatialandtemporalscope,andthatofcolonial,systematic,cumulative,diffusibleandpotentialeffects.Thecumulativeeffectsonrunoff,watertemperature,waterquality,sedimentsandfisheswasanalyzedbasedonthe8-damschemeonthemiddleandlowerreachesoftheLancangRiverbecompletedandoperated.Then,itwasshowedthatthecumulativeeffectsoftheLancangRiverbasincascadehydropowerdevelopmentonecologyandenvironmentshouldbecontrolledaccordingtothecriticalthresholdsofsustainabledegreesofecologyandenvironmentinthebasin.

Keywords:cumulativeeffect;cascadehydropowerdevelopment;ecologyandenvironment;LancangRiver

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