黔中水利枢纽工程低温水的环境保护措施

第２５卷第ｌ期　贵州水力发电　ＧＵＩＺＨ０Ｕ　ＷＡＴＥＲ　Ｐ０ＷＥＲ　・地方水电工程环保・　黔中水利枢纽工程低温水的环境保护措施　周宗敏，吴　平，罗代明，贾　云，袁晓华　（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州　贵阳５５０００２）　摘要：黔中水利枢纽工程是集灌溉、城市供水、发电、县城和乡镇供水、人畜饮水为一体的综合利用项目。由　于水源工程的拦河大坝高达１６２．７　ｍ，水库蓄水后将形成分层型水温结构，低于水库水面１４　ｍ以下的库水将对　灌区一定范围的农作物生长产生不利影响。黔中水利枢纽工程在大坝设计中采取了分层取水方案，为解决具有　较大消落深度的大中型水库低温水环境问题提供了借鉴。　关键词：环境工程学；低温水；分层取水；环境保护措施；黔中水利枢纽　中图分类号：Ｘ５２２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００７－０１３３（２０１１）０１—００６９—０４　０　引言　国家环境保护部于２００５年在北京召开了水电　水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨　会，研究了水利水电建设项目中突出的水环境与水　生生态保护问题，明确提出了在水电水利工程设计　温较天然水温低。　１．２低温水对农作物的危害　低温水会对农作物产生“冷害”影响。水稻　是喜温作物，要求有适宜的温度环境，温度既不能　太高又不能太低，一般认为水稻水温２８～３２℃最　适宜。水温对水稻的产量是关键因素，根据有关资　和实际运行过程中将生态保护要求纳入工程设计和　运行调度方案，实施生态调度，工程生态调度方案　应考虑缓解下泄低温水影响等因素。　２００９年５月２６日，国家环境保护部以“环审　［２００９］２５４号文”对《黔中水利枢纽一期工程环境　影响报告书》进行了批复，要求下阶段进一步优化　分层取水方案设计，落实灌溉取水口叠梁门分层取　水等缓解低温水影响的措施。　本文以黔中水利工程为例，分析了分层取水方　案解决低温水环境问题在工程环境保护设计中的运　用。　料，水温在２３℃时每降低１　ｃＣ，水稻的不穗率增　加２０％；至１８　ｃ【＝时，不穗率为１００％，将造成减　产甚至绝产。　２黔中水利工程概况　黔中水利工程是目前贵州省最大的水利工程，　是以灌溉、城市供水为主，兼顾发电、县城和乡镇　供水、人畜饮水的综合利用水利枢纽。该工程包括　水源工程、灌区工程、城市供水工程，可解决黔中　灌区７个县４９个乡镇４．３４万ｈｍ　农田灌溉用水、　５个县城和２７个乡镇供水、农村４１．８万人和３６．４　１　水库低温水的形成及危害　１．１低温水的形成及特点　。　万头牲畜饮水以及贵阳、安顺城市供水，总供水量　为５．３１亿ｒｎ　、毛水量为７．５４亿ＩＴＩ　。坝后电站装　机容量为１３６　Ｍｗ，年发电量３．４０７亿ｋＷ・ｈ。　黔中水利枢纽水源工程——平寨水库位于三岔　河干流中游六枝与织金交界的平寨河段上。平寨水　库为年调节水库，正常蓄水位１　３３１　ｍ，校核水位　１　３３３．６３　ｒｎ，死水位１　３０５　ｎｌ，总库容１０．８４亿ｉｎ　，　最大坝高１６２．７　ｉｎ。　天然河流中，水体相对较小，紊流掺混作用　强，单位水体自由表面大，河水水温随气温变化明　显。在河道上修建水库特别是修建高坝大库后，改　变了河道天然径流方式，水体被储存在一个大容积　中，使水深加深、流速锐减、流态发生改变、热容　量变大、水体置换期变长，使水体与库底之间没有　明显的热量交换，使水库下层水体的水温变化发生　滞后。多年调节、年调节、不完全年调节及季调节　３　平寨水库运行期水温预测　３．１　平寨水库水温结构及垂向水温分布　等调节性能较好的水库建成运行后将对水库内的热　量起到调节作用，水库在沿水深方向上呈现出有规　律的水温分层，大致表现为：冬季库区趋于等温分　收稿日期：２０１０—１１—２２　布，春、夏季库表水温高、库底水温低，下泄水　作者简介：周宗敏（１９６０－－），女，贵州省湄潭县人，高级工程师　从事环境影响评价和水土保持工作。　・６９・　第２５卷第１期　贵州水力发电　２０１１年２月　平寨水库坝前最大水深１４８　ｍ，采用《水利水　水温随气温而变化，尤其是升温期（５　月）库表　电工程水文计算规范》推荐的库容比法计算，计算　结果ａ＝１．９６，则水库为分层型。　采用东北水电勘测设计院公式　＝（　一　）ｅ　‘＋　计算水库垂向水温分布，结果见表　１。从表１可知，平寨水库垂直水温结构分为上层　（活动层）、中层（温跃层）、下层（滞温层）。上层　面水温迅速上升，８月份达到最大值３０．１　ｏＣ；中　层水温随水深剧烈变化，以７、８月最为显著，水　深每下降１　ｍ，水温下降０．７—０．９℃；而下层水温　基本不受气温影响，全年维持在１１℃左右，温度　变化梯度仅为０．１～０℃／ｍ。　表１平寨水库年内逐月垂向水温分布　℃　３．２低温水对灌区的影响　根据原单层取水方案，平寨水库灌溉取水孔高　表２各月灌溉取水水温与天然水温对比　程为１　２９８．３１　ｍ，即在水深７～２４　ｍ处取水。水库　各月灌溉取水水温预测结果见表２。各月灌溉取水　水温与天然水温温差为０．１～８．２　ｏＣ，全年平均温　差为一３．６ｌ℃，其中最小的为１月，最大的为９　月。黔中灌区是贵州省粮、油、烟主产区之一，农　作物组成为水稻、玉米、烤烟、花生、小麦、油菜　等粮食作物和经济作物，其中水稻为喜温喜湿作　物，对灌溉水温较敏感。水温在２３　ｑｃ时每降低１　℃，水稻的不穗率增加２０％；至１８　ｃＩ＝时，不穗率　为１００％。　・７０・　周宗敏，等：黔中水利枢纽工程低温水的环境保护措施　２０１１年第１期　由以上分析可知，若采取原单层取水方案，对　灌区农作物生长是不利的，将降低整个黔中水利工　程的效益，必须采取相应措施缓解低温水带来的不　利环境影响。　因此，平寨水库取水底板高程分别为１　２９７．６４５，　１　３０５，１　３１５　ｍ，各层之间高差为７．３５５，１０　ｍ，形　成叠梁隔水门３层灌溉取水方案（见图１）：叠梁门　宽度为３．６　ｍ，取水口高程分别为１　３１５～１　３１８．６　ｍ　（第１层）、１　３０５～１　３０８．６　ｍ（第２层）和１　２９７．６４５～　ｌ　３０１．２　ｍ（第３层）。　４分层取水措施设计　４．１措施设计　平寨水库进水口为单孔岸塔式取水口，进水口　由进口渐变段、拦污栅、闸门井段组成。进口设平　为避免低温水对农作物造成冷害，从环境保护　的角度，取水口应不低于水面以下１４　ｍ，本工程　将环境影响评价的要求纳入初步设计。　考虑平寨水库消落深度较大，最大消落深度　为２６　ｍ，宜采用分层取水方案。结合水库正常蓄　水位、死水位及进水口最小淹没深度，确定进水　板式拦污栅及工作闸门各１扇；进ＫＩ底板高程为　１　２９７．６４５　ｍ；引水隧洞纵坡ｉ＝１／１　０００，方位角为　１４５．６９１。，长９９０　ｍ，为圆形有压断面，内径为　３．６　ｍ。隧洞在渠首电站前分接３根压力管道，其　中２根　１．８　ｍ为机组进水管道，１根　３．６　ｍ的为　渠道供水所需的放水管，水量经过机组从尾水管或　口最高取水底板高程为１　３１５　ｍ，最低底板高程为　１　２９７．６４５　ｍ；为便于取用各层水，在这２个控制　高程之问再增加１层，取水底板高程为１　３０５　ｍ：　直接由放水管进入水池，从而进入渠道对灌区及贵　阳供水。　图１　黔中水利枢纽平寨水库灌溉取水口３层取水方案纵剖面示意图　进水口表层取水闸门共设有３扇，即３号、２　号、１号隔水闸门，３扇闸门的孔口尺寸均为３．６　隔水闸门，各闸门关闭时的相应水位同上。在此调　度方案下，能确保取到的水均为水库的表层温水　（在水深１４　ｍ以上取水），以满足下游农作物的生　长需要。　４．２合理性分析　ＨＩ×３．６　ｍ，设计水头分别为３６，２９，１９　ｍ，闸门　底槛高程分别为１　２９７．６４５，１　３０５．００，１　３１５．００　ｍ，　闸门运行条件均为动水启闭。　当库水位为１　３３１～１　３２１　ｎｌ时，开启１号隔水　闸门，当库水位为１　３２１～１　３ｌ１　ｍ时，开启２号隔　水闸门，当库水位为１　３１　１～１　３０５　ｍ时，开启３号　叠梁门３层分层取水方案能够确保在水面以下　４．２～１４　ｍ之间取水，满足环境保护要求。由于叠　粱门分层取水方案主要取自水库表层的水，全年灌　・７１・　第２５卷第１期　贵州水力发电　２０１１年２月　溉取水水温与天然水温之差为一２．５５～５．２℃（见　稻种植季节７—１０月，灌溉水温比天然水温提升了　表３），全年平均水温比天然水温高１．６１　ｃＣ，比原　２．４８～５．２℃，为水稻等农作物提高产量创造了有利　单层取水方案水温提高了５．２℃。灌溉取水水温仅　条件。综上所述，采用叠梁门３层取水方案解决平　３—５月低于天然水温，最大温降为２．５５　ｃＩ＝，而在水　寨水库的灌溉低温水环境问题是合理可行的。　表３黔中水利枢纽平寨水库各月灌溉取水水温与天然水温对比　５　结束语　利环境影响，实现了水资源开发利用和生态保护共　赢。　黔中水利枢纽工程体现了“生态水利”的设　参考文献：　计理念，主体设计高度重视环境影响评价的结论和　［１］贵州省水利水电勘测设计研究院．黔中水利枢纽一期　要求，通过采取分层取水方案将生态保护要求纳入　工程初步设计报告［Ｒ］．２００９．　工程设计和运行调度方案中，实施生态调度既保证　［２］珠江水资源保护科学研究所，贵州省水利水电勘测设计研　了水库正常发挥功能，又解决了低温水所带来的不　究院．黔中水利枢纽一期工程环境影响报告书［Ｒ］．２Ｏ０９．　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｗａｔｅｒ　ｉｎ　Ｑｉａｎｚｈｏｎｇ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ＺＨＯＵ　Ｚｏｎｇ－ｒｎｉｎ。ＷＵ　Ｐｉｎｇ，ＬＵＯ　Ｄａｉ－ｍｉｎｇ，ＪＩＡ　Ｙｕｎ，ＹＵＡＮ　Ｘｉａｏ－ｈｕａ　ｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ，５５０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｉａｎｚｈｏｎｇ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ａ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｆｏｒ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｕｒｂａｎ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａ。　ｔｉｏｎ，ｃｏｕｎｔｙ　ａｎｄ　ｔｏｗｎｓｈｉｐ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，ｄｒｉｎｋｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｗｅｉｒ　ｄａｍ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｒｅａｃｈｅｓ　１６２．７ｍ．ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗａｔｅｒ　ｗｉｌｌ　ｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｆｔｅｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗａｔｅｒ　ｗｉｔｈ　１４ｍ　ｂｅｌｏｗ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ａｄｖｅｒｓｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ａ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｃｒｏｐｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ｉｒｒｉｇａ—　ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｄａｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｑｉａｎｚｈｏｎｇ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｈａｄ　ｔａｋｅｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｔａｋｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｒｏｍ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｌｅｖａ。　ｔｉ０ｎ．Ｉｔ　Ｄｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｓｓｕｅｓ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｕｍ—ｓｉｚｅｄ　ｒｅｓｅｒ－　ｖｏｉｒｓ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅｒ　ｆａｌｌｉｎｇ　ｄｅｐｔｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｔｅｒ；ｔａｋｅ　ｗａｔｅｒ　ｆｒｏｍ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ；Ｑｉａｎｚｈｏｎｇ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　・７２・