们为什么要建坝?
[ 2006-11-17 13:16:00 | By: upra ]
人类400万年的历史,现代智人10万年的历史,和地球50亿年的沧桑相比只是其间一瞬,从第一只类人猿来到地面,特别是人类走出非洲以来,人类必须孤独的面对莫测的未来,人们永远不可能把一切认识到绝对清楚后才去改造自然。水电开发也是这样,水电是目前人们应对能源危机可以选择的,也是代价较小的手段之一。
从目前到2050年,我国人口数量远大于现有的环境承载力,这一矛盾可能就是当年朱总理说的发展道路中的万丈深渊。
而面对如此严重的人口-资源-环境危机,我们往往只想到一些内向型的做法,如节约、计划生育等等,缺乏一种跳出现有体系,在更广阔的领域和视野中解决问题的勇气。哥伦布开远航美洲的一个动因就是在当时欧洲的生产力水平下,已经出现了人口与经济、资源、环境的危机,必须为过剩的人口寻求生存空间,要寻求新的资源。可以想象如果当时的欧洲人如果不是漂样过海开拓新大陆,而一味躲在欧洲搞节约、不肯提高生活水平,依靠非人道的手段控制人口,那么就不会有工业革命和现代文明;也可以想象假使现代几亿美洲人仍赖在欧洲,欧洲的经济和环境肯定比目前要遭的多。
节约当然是重要的,但节约不是万能的。以单位GDP衡量的资源消耗具有局限性。根据另一种GDP算法购买力评价法(即PPP法),人民币与美圆实际购买力的比大约是1:4-1:2,按这种方法计算,我国早已超过日本,成为世界第二经济大国了。以PPP法计算我国单位GDP的资源消耗并不比世界平均水平高,和发达国家的差距也大为缩小。再看一看,我国人口占世界的比例和我国消费的各种资源占世界的比例,那么在现有的科学技术条件下能源利用率不发生新的飞跃,如果我们还想提高生活水平,单靠节约是万万不行的。而且,西方发达国家解决本国环境问题的某些方法实质上是环境利己主义的,如将高耗能、高耗水、高污染的产业转移到第三世界国家,并不值得我们效法,因此参照某些西方国家做出的我国节能、节水潜力很大的结论更不足为据了。
在这里,我并没有反对勤俭节约和计划生育等基本国策的意思。
我们只是想说一个封闭系统必然走向无序,在现有的体系内我国的人口-经济-资源-环境问题真的难以解决。但地球只有七个大洲,已经没有剩余的新大陆供我们开拓了。我国只能主要依靠本国资源,走自力更生的道路。
我们只是不赞成把节约绝对化,把节约资源开发对立起来。我赞成“开源与节流并重”。虽然目前某些地区的资源开发已经过度,但这不能成为资源主义者反对开发新资源的理由;正是这些地区需要休养生息,那么我们更应该合理利用那些未充分开发的资源。这当然需要大型水利工程的调节,因为水是可以流动。
水能是我国少数几种和世界平均人均占有水平基本相当的资源,不开发不行。不发展水电只依靠化石能源不仅不能满足我们的能源需求,而且资源、环境甚至社会代价都会令我们难以承受。因此现在首先要抑制的火电的过度膨胀,煤炭可以留给后人的,水电你不去开发,就只能白白流走了。至于核电,在我国裂变核燃料是一种比石油更短缺的战略资源,只能是一种补充能源。像太阳能、风能、潮汐、地热以致可控聚变等新能源,由于种种原因,目前以及可以预见的将来都难堪大任。积极稳妥的开发水电是保证我们能源安全的战略选择,这也是我们为水电辩护的原因所在。当然水电并不能成为我们的基础能源,我国的基础能源仍然是煤炭,尽管它在环境和社会方面的代价都很大,但这是我们无法摆脱的现实,当然多开发些水电就能少用些煤炭。
我国粮食产量停滞不前已有十年时间,创建国以来时间之最,下降幅度也是建国以来之最,这已经说明在现有的经济技术条件下,我国的粮食产量已达到极限,很难再跨越1.1万亿斤和1.2万亿斤两个台阶。不开垦土地,不发展水利提高旱地的单产,粮食产量就不能增加,而且我国的面包篮子华北平原的地下水正在枯竭,其浅层地下水和深层地下水只能维持20-70年的时间,一旦华北平原的地下含水层干涸,其灌溉农业必将退化为雨养农业,届时不要说养活16亿国人,连目前的粮食产量都无法维持,我们的下一代可能面临空前的大饥荒。因此不新建水库,不搞调水工程,我国粮食产量就很难有大的飞跃。面对如此危急的情况,抱残守缺,无所作为是不行的。
大坝形成的水库具有巨大防洪作用,这是水电的外部效益,大江大河下游冲积平原,是我国国土精华所在,也是人口、经济的重心。但是几乎所有的平原都面临着洪水威胁,有些平原本身就是几千年来人类与洪水作战,围垦出来的,我们的先民围垦洪泛区的历史甚至可以追溯至4千年前大禹治水的年代。欧美国家地广人稀,可以采取“人给水让路”的办法减少洪水的危害,在传说时代,西方人对大洪水就采取了逃避的态度,从而有了“诺亚方舟”的故事。但是东方不行,中日韩等国人口稠密,没有足够的空间留给洪水,人必须与洪水抗争。如果堤坝、行蓄洪区不能控制洪水,就必然在河流上游建坝、拦蓄调节洪水。日本、韩国的国土面积都不大,但是水坝数目居于世界前列,水库库容与径流的比例以及单位国土面积的库容均远远超过我国,也是因为大量防洪水库的原因。有些人老是担心水坝不结实,自己头上有一盆水不安全,其实水电公司也非常关心大坝安全的问题,大坝跨了本身就是巨大损失,对外界也许没有什么损失,但是水电公司本身就会亏大了,甚至会破产。虽然任何工程都不可能万无一失,但水库下游洪灾发生总的概率在减小,居民因灾损失和死亡的风险也在减小。
把水坝的发电价值和水资源的其他价值对割裂甚至对立起来,很难说是客观的。水力开发和开发煤、铁、石油、铀等其他资源不同,不具有排他性的,水力发电只是让水从水轮机中流过,仅仅利用了其能量,既未耗用一滴水,更未污染半滴水,水力发动用过水的仍可以供灌溉、航运、饮用、养殖、娱乐……,具有多种功能,况且大坝形成的水库,可以调节流量与水位,反而有助于更好的利用水资源的其他功能,特别是对于我国这样的峰枯流量年内年际差异很大、水资源时空分布不均的大国这一点更加难能可贵了,规划、设计合理的水坝本身可能就具有良好的景观生态价值,既可以成为壮丽的风景,本身也可能成为重要的湿地生态系统,还可以为濒临干涸的天然湿地补水等,从这一点说我们现在修建水库正是弥补过去几千年来过度利用湿地资源的过错。
毕竟我们所追求的是水资源的综合价值,而不是单方面的价值。当水资源某些单方面的价值与综合价值发生矛盾或冲突时,应首先考虑的是水资源的综合价值。而水坝工程特别是大型综合性水利枢纽,是水资源综合开发的物质基础。水电的高盈利性正是大型水利枢纽建设、保护和合理利用水资源的保证。水资源的许多综合效益,生态社会效益大,而经济效益不佳,如果没有发电收入,很多大型综合性水利枢纽在经济上都是得不偿失的,这也是“强调水电互动”的意义所在。
大坝本身不过是水资源开发的一种工具,把水资源开发利用中出现的问题全部归结于大坝是一种冲动的、只重视事物的表面联系而不探求其内在关系的做法,这就相当于将持刀伤人杀人的过错归结于刀一样,是可笑的,也不利于具体问题具体分析,解决水利开发中的环境问题,促进人类社会的可持续发展。
我们并不反对对水电开发的质疑,这有助于促进我们的工作,批评者的作用往往是最宝贵的。我们反对的只是煽情的把水电妖魔化。
当然我所作的分析,是建立在现有的技术条件下的。如果能源和农业技术出现新的飞跃,如烃基燃料电池技术、可控核聚变技术、超高产农作物品种,我的所有担心都可能成为多余;但是这些都是一些虚无缥缈的东西,我们不可能把自己的命运建立在虚无缥缈的幻想之上,而且任何事物都有两面性,这些技术是否存在副作用现在也不得而知。我们所做的只能是用现实的技术解决现实的问题。
水坝对河流下游的冲击及对策
[ 2006-11-14 10:17:00 | By: upra ]
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水坝对河流下游的冲击及对策
河流是开放的、流动的连续体系,是全球水循环的重要环节,以河水为载体和纽带,泥沙、盐类、生物在河流上下游、海陆间转移和运动,从而形成了复杂的水文(水量、水热、水沙、水盐)平衡,维持了多样的生态系统的稳定。水沙、水盐运动既是地球物质循环的重要环节,也为水生动植物繁衍提供了丰富的营养物质,水温、水位、流量的变化则是水生动物生活周期中特殊的信号,影响其迁徙、生长和繁殖,形成了沿河流分布多样而有序的生物群落,包括河流两岸水陆交错带的植被,自河口至上游洄游的鱼类以及沿河连续分布的水禽和两栖动物等,这些生物群落与生境共同组成了具有较为完善结构与功能的河流生态系统。
一 水坝对下游河道的影响和冲击
自然河流在水文周期年内有明显的洪-枯变化,河流生物同样随之呈现脉冲式的周期变化。而水利工程运行后,水量调度服从于发电、供水和防洪等需求,使年内径流调节趋于均一化。洪水的减小,一方面降低了下游河道的输沙能力,另一方面减少了河水对滨河湿地和地下水的补给,造成季节性泛滥湿地面积减小;同时与洪水相适应流量、水位长期以来成为了水生动物正常生理活动的信号,这种信号的变化可能会影响水生动物正常的生活,这些都会对河流廊道正常功能产生压力。另外水库下泄水水温较低,也可能影响水生动物正常的生理活动,造成鱼类产卵期推迟,生长期缩短。如果水利工程大量从河道中大量引水,会使长期以来形成的水量平衡发生破坏,造成河水对湿地和地下水补给的减少,可能因此产生湿地干涸地下水位下降等问题。水坝建设又影响正常的水沙、水盐运动,从而对生态环境产生干扰和胁迫。水库截流泥沙和盐类物质,使大坝下游水流携沙能力增强,水流对河岸的冲刷加剧,可能引起河势变化。河流廊道的营养物质输移扩散规律也将改变。另外,水库拦蓄径流、泥沙、营养盐类,又会造成这些物质的入海通量减少,会影响河口的成陆作用,甚至造成海浪侵蚀陆地,也会影响河口的盐度和营养物质浓度,这些因素都会使生物栖息地特征发生改变,影响生物的种类和分布以及土地利用情况。
水利工程对河流水沙运动的影响是综合的和多方面的。一方面,流量降低会造成水流携沙力以更快的速度下降,从而使下游河道冲淤平衡发生逆转,或者淤积加速,造成河床上升速度加快,因此防洪水库虽然在一定时期内可以减小下泄流量,降低下游河道水位,但是从长期趋势分析,可能由于河床不断抬高造成水位上升,不利于防洪安全,特别是水库达到冲淤平衡,河水含沙量恢复到原来水平后,这种趋势将更加明显;另一方面,水库建成后一定时期内拦蓄泥沙,使下泄水流不饱和,携沙力增加,又可能冲刷下游河道,总之,水库建成后下游河道的冲淤变化,要综合考虑流量降低和含沙量下降两方面的影响。虽然水库的拦蓄作用可能造成入海泥沙量下降,但不饱和水流冲刷下游河道又要增加一部分泥沙,来减缓这种趋势。
尽管从长期趋势分析,多沙性河流上的水库可能恶化下游河道河势,但防洪水库并不是饮鸩止渴,因为流量只是河道冲淤变化一方面的影响因素。更为重要的是水库可以为开展流域治理,从根本上控制洪水提供一段宝贵的时间。
一定的流量总是和相应得水深相适应的,河流流量降低必然造成水位下降,可能影响通航或取水口正常取水。水位过高或过低都可能破坏产卵场,也可能造成水生动、植物分布的变化,从而造成对生态环境的破坏。
大坝对鱼类等水生动物洄游的影响更是显而易见的。水生动物的洄游主要有生殖索饵洄游两种,洄游路线分溯河洄游和降海洄游,水坝可能切断水生动物的洄游路线,甚至可能对其生存产生致命的影响。另外洄游期河道流量过低,甚至断流;也可能影响水生动物的洄游。
水库调节对下游河流最大的影响是季节性泛滥湿地面积的缩小。从生态和文化多样性的角度考虑,要保留一定的季节性泛滥湿地,但是只要河流季节性泛滥仍继续存在,特有的滨湖、滨河生态系统和社会文化仍将继续存在下去,只是分布的面积缩小。洪泛面积在缩小,一定程度上也是好事,首先可以增加稳定的基本农田面积,增产的农产品要远高于河流上游建坝造成的损失。
水利工程对水生动物的影响,虽然可以通过鱼道或人工捕捞使洄游动物过坝,对珍稀动物还可以采用人工辅助繁殖,原地或异地保护。但某些鱼种对急流的适应能力比较弱,过坝能力不强。对于珍稀水生动物只有人工种群,而没有自然种群,很难说这种保护是成功的,毕竟只有自然种群才是生物多样性的火种,才能保证人工种群永续存在,否则人工种群一旦灭绝或者只是衰退都将无法补救;而且只有自然选择,才是生物多样性、大自然生机和活力的保证,人工选择永远无法具有这种功能。
二 水坝如何与河流和谐相处
天然情况下河流就是以流量和水位为讯号变化的开放的、动态的连续体。天然情况下,河流与周围生物与环境也不是百分百友好的,洪水的暴涨暴落、大洪水与大旱灾都会造成湿地水位剧变,对动植物生存产生巨大的冲击;河流改道更会造成一定范围内生态环境的聚变,只是因为河流是在地球上广泛存在的,一定范围内一定程度上的冲击,不会从整体上对河流生态系统构成致命的威胁。河流生态系统在不断受的冲击和调整中达到相对的、动态的平衡。
上游建坝是一种人工冲击,但是只要这种冲击不超过一定阈值,河流生态系统就可以保持相对稳定,甚至可以达到更高的生产力和多样性。水坝对下游河道最主要的影响信号仍然是流量和水位。这就涉及到河流生态环境需水量的问题。满足了河流需水量,其他的水资源对河流生态环境而言可以认为是冗余的,这也是河流水资源承载力的上限。
目前河流生态环境需水量一般都用天然情况下一定频率的枯水流量来确定,如。但由于河流是一个复杂的、开放的动态体系,河流生态环境需水量在一年中也是不断变化的。河流生态需水主要是为了维持一年内各个时期适宜湿地面积所需要的水量和水位,枯水期还要考虑河口冲咸用水。汛期则主要考虑防洪与排沙的矛盾,洪水流量不宜高于一定的标准,但也不宜过低,以利于排沙,保持河道处于一种冲淤动态平衡或者微冲的状态,但是水流只是河流水沙运动的一个方面,塑造健康的河床除了调节水流外,还要从全流域着手对泥沙加以控制。污染物稀释用水也是河流生态用水的一个组成部分,但是单纯靠河流的自净作用来净化污染,显然是不合适的。如果单纯的是水位不能满足生态环境或生产生活用水的要求,可以改建取水口以适应水位变化,或者采用工程措施对水位加以调整,如闸、堰、橡胶坝、河道整治等。
水坝对水生动物洄游的影响是无法回避的,虽然可以采取各种工程和管理手段降低这种影响,但任何补救措施都不是尽善尽美的,因此保留一定的鱼类可以自由洄游的河道及与其相通的产卵场就很重要了。大江大河流域由于源远流长,上游建坝,坝下可以自由通湖达海的河段还很长,对洄游和半洄游性鱼类的影响,就比较小,而且河流上游,虽然流量较小,但坡降较大,水能蕴藏量比较丰富,开发的效益也较好。我国大江大河众多,这就为水利开发和水域生态环境保护,提供了广阔的空间。
由于水量、水位的变化和洄游通道的阻断,尽管采取了多种措施,也难以保证淡水与海水水产资源不会下降,这就需要转变渔业生产方式,减少天然捕捞,增加养殖和人工放养增值,野生鱼类更多的作为种质资源,作为种子,作为生物多样性的火种,而不是直接的经济资源。
三 水坝可以保护和改善下游河道生态环境
天然状态下,大的洪涝灾害对下游生态环境都会造成严重的冲击,水坝的防洪抗旱功能,在一定程度上就具有保护环境的作用,而且随着经济社会发展,大河下游平原用水量与日俱增,生态环境和生产生活用水的矛盾开始突出,水坝的调节库容,可以储存河流一定数量对生态环境无用的冗余水量,供缺水时生产生活和生态环境所用。
水库沙害及其防治措施
[ 2008-3-25 20:40:00 | By: upra ]
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泥沙淤积是水库持续利用的严重威胁。泥沙淤积造成水库有效库容减少,影响水资源调节能力;“翘尾巴”淤积还造成了库尾处水位升高,抬高了入库河流水位与地下水位,加剧了河流尾闾处的洪涝灾害,土地沼泽化与盐碱化,高含沙水流还模式水轮机组与水工管道与闸门为减缓水库淤积,我国经过几十年的研究和实践,已经积累了丰富的与水库沙害做斗争的经验与技术,总结起来有以下几种,加高大坝、水库排沙、减少沙源。
(一)加高大坝
加高大坝,增加库容是一种“拖”的办法,虽然可以恢复水库的蓄水功能,但是这要以增加水库淹没损失为代价,同时“库容有限、泥沙无穷”终不是长久之策,但是可以为控制沙源、综合治理水库沙害赢得时间。同时在峡谷水电站建设分期加高大坝,可以提早受益、减少资金占压,未尝不是一种选择。
(二)水库排沙
水库排沙是减少水库沙害最主要的方法,但也是一种治标的方法,只能减少泥沙的危害,但不能防患于未然。水库排沙主要有水力排沙和机械挖沙两种形式。
1> 水力排沙
水力排沙主要是根据流体力学原理,利用水流将泥沙输送出库,水力排沙必需要消耗一定量的水资源,这与水库的蓄水兴利作用存在着一定的矛盾。水力排沙主要采用四种形式即:敞泄排沙、溯源冲沙、延程冲刷以及异重流排沙。这四种方法综合应用就构成了非均匀输沙技术体系。非均匀输沙有以下优点。
调水调沙,“拦粗排细”,通过调整洪峰流量、泥沙颗粒级配,来塑造与下游河道输沙能力相适应的水沙结构,减少下游河道淤积淤积,提高输沙用水效率。洪水过程中泥沙输移不是均匀的,水库调度可以调节下泄水流的含沙量,从而拦蓄对下游河道有害的高含沙小洪峰,利用适宜的洪峰流量集中输沙,从而提高了输沙用水的利用效率。泥沙随洪水进入水库后,由于流速下降,开始下沉,首先下沉的是粒径较大的粗沙,随敞泄排沙或异重流排沙带出库外的主要是是不易在河流下游沉积的细沙,这样水库就实现了“拦粗排细”减少下游河道淤积的作用。泥沙在水库尾部的淤积可能抬高入库河流水位,使河流排水不畅,但是非平衡排沙技术可以在有利的水沙条件下使水库发生延程冲刷,将淤积在库尾的泥沙转移到坝前死库容内,恢复部分有效库容,降低库尾水位抬高造成的不利影响。
协调年内与年际水沙关系,在保持蓄水能力稳定的前提下,通过丰水(年、季节)多泄(水)多排(沙)、枯水(年、季节)少泄(水)少排(沙)实现水库冲淤动态平衡,协调蓄水与排沙之间的矛盾。河流水沙组合有水大沙多、水小沙多、水大沙小与水小沙少四类,不均衡输沙的关键是就是利用有利的水沙组合,冲刷水库,将前期的淤积物冲走恢复库容避免对下游河道造成淤积。
非平衡排沙技术对生态环境的干扰在于使河流泥沙输送更为集中,“大水大沙”、“小水小沙”的现象更为突出,下游河道发生更为频繁的冲淤变形,对沉水植物与底栖动物都产生一定的影响。但是河流输沙过程本身都是不均匀的,河流生物对河流含沙量变化与河道变形的干扰都有一定的适应能力,而人工调度产生的干扰一般都不会超过天然情况下的最大干扰。
敞泄排沙往往与“蓄清排浑”的水库调度结合起来,汛期一般不蓄水,只利用有效库容滞洪、削减洪峰,在保证下游地区防洪的前提下,尽可能快的宣泄洪水,使其携带的泥沙也随洪水一起排除水库,由于泥沙的密度较大,在随水流运动的过程中逐渐下沉,因此水库中下层水中含量较高,所以利用底孔排沙的效率要比表孔高。延程冲刷是敞泄排沙的一种特殊形式,当坝前水位较低,形成类似河道的水力环境,同时入库流量较大、含沙量较低的情况下,入库水流为不饱和流,不仅可以带走全部泥沙,还可以冲刷掉部分前期淤积物。溯源冲刷一般讯前降低水位进行,利用底孔来排水冲沙,以恢复部分库容。溯源冲刷的一种特殊形式就是排空水库,但是对多年调节的蓄水水库不适用。异重流排沙是敞泄排沙的进一步发展,是多沙河流上的水库蓄水运用时唯一能够减少库区淤积的水力排沙措施。异重流是由于密度差异而形成的一种特殊的水流形态。当洪水进入库区后,随着流速降低,当条件具备时,由于密度较大,高含沙水流就能沉入水面以下形成异重流,如异重流可以到达坝前,适时大开底孔就可以将泥沙排除库外,异重流排沙最大的优点排沙相同情况下用水量较少。但是形成异重流是有条件的,在形成过程中也会造成水库淤积。
另外还有两种比较特殊的水库排沙方法,可能只在少数条件下适用。
绕库排沙:在库尾修建节制闸与引洪闸,当发生高含沙洪水时,关闭节制闸,开启引洪闸,将洪水引入水库一侧的引洪渠中,通过引洪渠将洪水泥沙引到水库下游的河道中或进行引洪漫灌。这种方法一般只适用于平原浅丘区中小河流不承当防洪任务的水库。
在一定的地形条件下,高含沙河流还可以修建“引干入支”的水库,即在干流上建设引水工程,通过引水渠或引水隧洞将径流引入支流上的蓄水水库中,从而达到调节水源的目的。干流引水工程一般包括引水闸与冲沙闸。通过弯道环流原理,引入闸可以引河流表层含沙量较低的清水,从而减缓了水库的淤积。当河流发生高含沙洪水时,引水闸提前关闸避峰,通过排沙闸宣泄洪水与泥沙。
2>机械挖沙
机械挖沙是利用挖泥船、吸泵等清淤的水库排沙方法,一般而言规模淤效率有限,对大型水库而言是杯水车薪、无济于事,而且成本高,除少数特殊目的,如采砂做建材,可谓费宏功少,不切合实际。但是在坝前、库尾等地挖沙,改变地形,可以调整水流形态,促进水力排沙。
(三)控制沙源
控制沙源即在水库控制流域进行水土保持综合治理,减少土壤侵蚀量,控制进入水库的泥沙。这是从源头上预防水库沙害,也是治理水库沙害的根本举措。但是水土保持是面上的工作,对于大流域短时间不一定能完成。因此水土保持要和其他措施结合起来,才能保证水库正常、高效的运行。
水库水质恶化的生态过程与调控措施
[ 2008-4-19 10:06:00 | By: upra ]
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水库一种特殊的人工湿地生态系统,可以分为湖泊型水库与河道型水库,其中以河道型水库居多。湖泊型水库的水文学、水力学特征与湖泊相似。河道型水库水体表面狭长,呈树枝状,库盆纵向剖面呈三角形,大坝处是最深处,与河流相比,水库流速较慢、水深较大,且水位频繁变动。水库来水汇集了流域以上径流、泥沙与污染物,这也是水库污染的外部因素。水库污染源主要有流域上游的点源与面源污染、库面大气干沉降与湿沉降、库区养殖业污染与水库底泥释放等,除水库底泥释放外均为外源污染,其中流域上游的点源污染与面源污染居于主导因素。目前我国水库以有机物污染为主,主要污染物有COD、氮、磷等。
根据水库水文、水力学、生态学特征的不同,延纵剖面水库一般可以分为河流区、过渡区、湖泊区。河流区位于水库入水口处,水面狭小、水深较浅,挺水植物繁茂,是植食鱼类、涉禽等水鸟以及哺乳动物经常出没的地方。大粒径的泥沙为主往往在河口区形成三角洲,使河流区在一定程度上出现了沼泽化的趋势。过渡区是悬浮物沉积的主要区域,沉积物营养盐较高,而且透明度较高,藻类大量繁殖,但挺水植物与挺水植物只能分布于库周地带。水生生物以食浮游生物的表层鱼类为主,并吸引有凶猛的捕食性鱼类和水鸟、猛禽。湖泊区是水库最宽最深的区域,水温极易出现垂直分层现象,使浅层水体和深层水体之间无法形成对流交换,从而出现大湖深水区的生态特征。物理与生物沉积物如粪便、死去的动植物的残体从水库表层沉降到水库低层,经细菌分解,这些有机质又释放出矿质盐类,但此区黑暗无光,生存在此区的生物并不多,营养物质不能有效地进行再循环,为还原性环境,缺乏氧气,夏季与冬季上下层水体之间没有对流交换,水库表层缺乏营养盐类的补给,藻类生长受到抑制,春秋两季由于温度、密度等因素的影响,湖泊水体出现上下对流,底层的营养盐类将被交换到上层。由于水库调度湖泊区是水库水位中变化最频繁、最剧烈的地区,形成了面积较大的消落区,消落区由于频繁的干湿变化,很难形成稳定的植物群落,另一方面,库岸坍滑产生的涌浪可能会造成水工建筑物的损坏。
水库生态恶化的主要形式水体黑臭(低溶解氧)与富营养化。水中溶解氧的主要来源是水气交界面上的水气交换溶解过程,包括急流中的暴气,以及藻类与沉水植物的光和作用,水中的溶解氧主要消耗于生物呼吸与有机物的氧化分解。富营养化则是由于水中氮磷等营养物质浓度过大,使蓝藻等浮游藻类发疯似的生长、繁殖。
水库生态恶化与流域污染有关,另一方面也是由于水库水深增加、流速减慢使水库生境发生急遽的变化。水体与大气的相对接触面积减少、水流暴气作用消失,从而造成了水库水体中溶解氧成下降趋势。水库蓄水后由于生境的变化,原有的生物群落发生了很大的改变,造成生态系统的稳定性降低,突出表现为挺水植物与沉水植物群落被大量淹没,同时由于库水位变化频繁,而难以恢复,而且水体中氮磷等营养物质增加蓝藻等浮游生物失去了上行控制的生长、繁殖更加旺盛;另外由于水流形态、产卵场等的变化,水库水生动物种群也发生了很大变化,滤食性鱼类对藻类的下行控制作用减弱,导致水华的发生性进一步增大,虽然藻类能为水体提供氧气,但蓝藻爆发并大规模死亡后,增加了水体中的有机质,使水中的溶解氧含量进一步降低,并产生有毒毒素,水生态遭到进一步的破坏。因而富营养化对水库黑臭起到了促进作用。
改善水库生境一方面要削减进入水库的污染源,另一方面也要进行水库生态修复与生态调控。首先要在河流区恢复的挺水植被与沉水植被群落,并引入大型浮水植物,来吸收水中的影响物质,通过竞争来抑制藻类的过快繁殖,然后要引入植食性与滤食性鱼类及底栖动物,通过下行控制抑制水华的爆发,并采取人工捕捞的措施调控其种群规模,并将氮磷等营养元素转移出水体。同时水库下层水中营养物浓度较高,如果在春季,热力对流尚未形成之前,结合春灌放掉一部分下层水,则可以降低水库总的营养物浓度,对藻类的生长起到抑制作用。
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