【精品硕博论文-水利水电工程】专题一：rr干流梯级开发的生态影响研究

RR干流梯级开发的生态影响研究梯级开发影响下RR水文情势和栖息地特征变化规律研究中水珠江规划勘测设计有限公司二零一三年九月目录1RR干流梯级开发的历史进程与趋势311RR干流基本情况3111流域概况3112地形地貌5113气象水文5114土壤植被7216资源状况812经济社会概况913RR干流有关规划成果1014RR干流梯级开发现状12141RR干流梯级开发概述错误未定义书签。142RR干流梯级水库运行方式错误未定义书签。15RR干流梯级开发趋势152梯级开发影响下RR水文情势变化规律2321研究现状2322研究任务与技术路线25221研究任务25222技术路线2523主要研究方法26231MANNKENDALL法26232变差系数27233SPEARMAN秩相关系数法27234年内分配不均匀系数28235年内分配完全调节系数28236集中程度29237变化幅度30238灰色关联法3024梯级开发对流量的影响32241流量的年际变化32242流量的年内变化33243各梯级水库流量特征识别3625梯级开发对泥沙的影响42251河道泥沙的年际变化42252河道泥沙的年内变化44253RR干流水沙关系特征分析4626梯级开发对洪水的影响49261洪水的变化特征49261洪水分类495梯级开发影响下RR干流栖息地变化规律5551研究现状5552研究任务与技术路线56521研究任务56522技术路线5653一维水沙数学模型建立与验证58531一维水沙数学模型基本原理58532模型计算范围与断面布置64533模型参数率定与验证6454一般栖息地特征总体变化规律研究65541库区淹没影响分析65542栖息地水力学条件变化分析69543河道泥沙冲淤变化分析78544河湖连通关系变化分析10355特有物种栖息地特征变化规律研究103551特有物种分布与生活习性概况103552特有物种栖息地条件特征变化规律1036结论与建议104主要参考文献107近年来，全球气候变化和水库建设等认为因素对河流生态系统的影响日益加剧，水文情势变化是最为活跃的部分。水文情势变化不仅影响到国民经济各部门的用水、水工程建设与安全运行，而且直接导致河道栖息地特征发生变化，由此对河流生态系统带来一系列影响。河流水文情势及栖息地特征变化导致的河流生态系统变化已引起国内外学者的高度重视，并展开了相关的研究工作。RR是一条集环境多样性、人文多样性为一体的南方多沙国际河流，本专题通过对RR干流梯级开发、水文泥沙等基本情况的调研分析，掌握RR干流梯级开发利用程度及其开发趋势，分析梯级开发影响下RR干流水文情势变化规律和栖息地特征变化规律，为RR干流梯级开发的生态影响研究奠定基础，也可为其他类似河流梯级开发提供参考。1RR干流梯级开发的历史进程与趋势11RR干流基本情况111河流水系RR流域（我国境内部分，下同）位于云南省中部、东南部及广西壮族自治区西北部，地处北纬22272532，东经1000610540之间。北邻金沙江、西邻澜沧江，东接南盘江、郁江，南面为越南。地理位置见图11。RR发源于云南省大理白族自治州巍山县哀牢山东麓的茅草哨，自西北向东南流经巍山、弥渡、南涧、双柏、新平、元江、RR、石屏、建水、元阳、个旧、金平、屏边、河口等县、市，在河口县城流出国境进入越南。流域水系发达，我国境内主要由RR干流和李仙江、藤条江、南溪河、盘龙河、南利河等支流组成。RR（中国境内）干、支流基本情况见表11。图11RR流域地理位置图表11RR（中国境内）干、支流基本情况表发源地及出境地（云南省）河流名称发源地出境地河长KM天然落差M河道比降流域面积KM河源高程M出境高程M干流大理州巍山县河口县6922510250346292580700李仙江大理州南涧县绿春县4732130250195992440310藤条江RR州RR县金平县176192653542002210284南溪河RR州蒙自县河口县16720508135392115650盘龙河RR州蒙自县麻栗坡261189772461402000103南利河文山州砚山县富宁县157116046036381750590其它独立出境支流4260注表中及文字中所指高程为56黄海高程。RR干流发源于云南省大理白族自治州巍山县哀牢山东麓茅草哨，发源地至游马龙河汇口称礼社江，马龙河汇口至绿汁江汇口段称石羊江，在三江口与绿汁江汇合后称元江，元江继续向东南流与小河底河汇合后始称RR，RR自西北向东南流，于云南省河口县流入越南。RR干流国内部分总长692KM，落差2510M，平均比降25，流域面积34629KM2，占RR流域境内面积的453。其中，发源地至三江口河段流域面积18102KM2（占干流面积的523），河长2988KM，落差2104M，平均比降750；三江口至河口集水面积16527KM2（占干流面积的477），河长3932KM，落差460M，平均比降117。RR干流上较大的支流有马龙河（F1097KM2）、绿汁江（F8613KM2）、小河底河（F4000KM2）、新现河（F362KM2）等，均分布于左岸。右岸为陡峭的哀牢山东麓，支流短小，坡度大。112地形地貌RR干流地势起伏沉降剧烈，哀牢山各群峰山顶与山脚河谷地带，海拔高差均在2000M左右，呈群峰凌空、缓坡山峦绵延的地形地貌特征，分水岭高程一般在2000M3000M之间，河流最低水面高程约70M（河口县城）。干流两岸及部分支流河谷中分布着侵蚀堆积地形，面积较大的有戛洒、漠沙和元江三个断陷盆地，其河谷呈宽缓的“U”字形，多为80M100M宽的峡谷河段，干流至金平县卡房以下到国境河段，河谷才逐渐放宽至300M左右，近河两岸山势也逐渐降低，其相对高差在100M以下，沿河多急滩，但无集中落差，河谷断面呈现“U”型或“V”型，水面宽多为60M100M。流域总的地势自西北向东南倾斜，绝大部分属山区或半山区地势，平坝面积不足5。113气象水文1）气象RR干流地处亚热带高原季风气候区，四季温差小、干湿季分明，有南亚热带、中亚热带、北亚热带、南中温带、热带等各种气候类型。流域多年平均年气温在147238之间，其中上游的南涧等地区气温最低，多年平均气温仅为147，下游的金平、屏边一带，气温相对较高，常年不结冰，多年平均气温达238；流域无霜期天数在330D以上；流域多年平均降水量1347MM之间，整体分布规律为北少南多、东少西多，RR干流中上段的巍山、弥渡、南涧、楚雄、双柏等县及新平、元江县为少雨区，多年平均降水量不足800MM，多雨区主要分布在南部中越边境线一带，多年平均降水量多在1800MM以上，降水量多集中在5月10月，约占全年降水量的80以上。蒸发大致从上游向下游递减。2）径流流域径流由降水产生，降水地区分布大趋势为北少南多，东少西多。径流时空变化特性与降水时空变化基本对应，径流模数从上到下递增。每年6月11月为汛期，径流量约占全年的80以上；12月翌年5月为枯期，径流量不到年径流总量的20，最枯月平均流量常出现在每年的2月5月，尤以4月来水最枯。RR干流主要水文站年径流与枯期径流分析成果见表12。表12RR干流主要水文站设计径流特征统计参数不同频率（）设计值（M3/S）水文站项目均值（M3/S）CVCS/CV510205075809095年径流16803320268242212162128120102884元江枯期径流52003220821742653502400377322279年径流30602820459420375298244233203179蛮耗枯期径流123027201821671501209939458297383）洪水流域的洪水由暴雨形成。产生暴雨的天气系统，主要以冷锋低槽、冷锋切变为主。流域性的大暴雨多系北面西伯利亚、蒙古的冷空气，经青藏高原北侧、四川盆地南下，与西南部印度洋、东南部太平洋入侵的暖湿空气在流域上空交绥而形成。流域无大面积、稳定的暴雨中心。流域洪水发生时间与暴雨出现时间一致，一般发生在5月11月，以7、8、9月最为集中，占年最大洪水的735904，以8月份发生年最大洪水的频率最高，占311476。流域内地势陡峻，降水强度大，加之流域内植被覆盖较差，洪水汇流时间较短，所形成的洪水过程较为尖瘦，洪峰较大，洪水历时一般在7D以内。RR干流呈长条状，支流短小，洪水暴涨暴落，水位变幅大。一次洪水最大变幅，元江站为728M（1986年），蛮耗站为1357M（1986年）；24H最大涨幅元江站为407M（1986年），蛮耗站为854M（1986年）。洪水洪峰历时不长，一次完整的洪水过程一般10D15D，多属单峰型，每年出现洪水2次3次。RR干流主要水文站设计洪水分析成果见表13。表13RR干流主要水文站设计洪水特征统计参数各级频率（）设计值水文站项目单位均值CVCS/CV00101125QMM3/S1930074501870013300804065704720W3108M332007040255187121102771元江W7108M356006640410304200170130QMM3/S2500066502060014900936077705770W3108M346506040300226153131103蛮耗W7108M3850056405013812632271803）泥沙RR干流水土流失严重、河流产沙较多，沙量由上游向下游递增，但由于径流量从上游向下游增加的幅度更大，因此含沙量表现为逐渐降低。流域输沙量季节变化特别明显，年输沙量主要集中在汛期的6月11月，其间各站输沙量分别占年输沙量的973945。输沙量的年际变化与径流的年际变化一致，丰水年即多沙年，枯水年即少沙年。RR干流主要水文站泥沙分析成果见表14、表15、表16。表14RR干流主要水文站站悬移质输沙量成果表单位万T月份站名678910111212345年汛期枯期元江41966482256435510165034023027016063330062926798蛮耗652986119182654821222319012414126615946674414253表15RR干流主要水文站站悬移质含沙量成果表单位KG/M3项目多年平均含沙量最大年平均含沙量最小年平均含沙量最大断面含沙量站名含沙量出现年份含沙量出现年份含沙量出现日期元江5641351986295198015819910728蛮耗4841101986267198081719890703表16代表站悬移质输沙量及输沙模数成果表站名项目元江蛮耗元江蛮耗流域面积（KM2）215543203710483多年平均年输沙量（万T）300646671661输沙模数（万T/KM2A）013901460158114土壤植被RR干流主要有砖红、赤红、红壤、黄棕壤四个土壤地带。除黄棕壤在海拔2500M以上零星存在外，其它土壤带在本流域广泛分布。其中，砖红壤是基本土壤，还有赤红壤、紫色土、水稻土、冲击土等，土层深厚，自然肥力较高，这也是RR流域主要灌区的基本土壤类型。流域的森林覆盖率达459，林木以栎混交林、常绿栎类林、常绿阔叶林为主。RR上中游植被破坏较为严重，加之流域本身山高坡陡，地表破碎，水力侵蚀和重力侵蚀强烈以及部分地区大规模采矿，使得水土流失较为普遍，尤其是三江口上游弥渡、南华一带的一街河和元江、RR附近的干热河谷区，河流泥沙和固体径流比重较为严重，成为云南省泥沙含量最高的河流。115资源状况RR全流域水资源丰富，但干流水资源量相对较低，干流水资源总量1194亿M3，仅为全流域的258；人均水资源量3429M3，为全流域的5391。RR流域水力资源丰富，全流域理论蕴藏量108182MW，主要集中在盘龙河、泗南江、绿水河、南溪河等河道坡度变化大的支流上，干流资源量仅为1802MW，相对较小。RR流域矿产资源丰富，已发现的矿种有金、银、铝、锰、锑、锌、铁、铬、煤、铜、镍钴、铂钯、铅、盐等，据不完全统计，铁、铜、铅、锌矿储量分别为56600、28359、120、164万T。此外，流域内还有石棉、石膏、高岭土、长石和高岭土等非金属矿藏。RR流域是我国重要的动植物资源宝库。据不完全统计，流域内有乔灌木和草本植物3556种，其中乔灌木植物2000多种，约占全国乔灌木植物总数的四分之一。目前流域内已建立众多国家或省级自然保护区，内有鸟类450余种，兽类100多种，鱼类67种。流域旅游资源丰富，巍山的巍宝山、新平磨盘山、屏边大围山等一批高原亚热带森林景区景色迷人；元阳梯田景色独特、无与伦比；易门的龙泉清澈见底；石屏的异龙湖烟波浩渺；建水燕子洞鬼斧神工、闻名遐迩。流域内民族风情多姿多彩，再加上古人类遗址、古崖画等交相辉映，吸引了众多的中外游客。此外，蒙宝的米轨（轨距10M）为云南境内仅有的2条米轨之一，是宝贵的保护文物。流域内少数民族风情浓厚。彝族支系阿细人热情奔放的舞蹈“阿细跳月”，堪称祖国文化遗产之瑰宝；哈尼族的茂鼓舞、彝族烟盒舞、苗族的芦笙舞等都带有浓郁的民族韵味、文化风情；神秘的南诏古国、哀牢古国、茶马古道和古朴的彝族风情、花腰傣风情、哈尼风情为RR谷哀牢山旅游带赋予了深厚的文化内涵。历史上，元阳和河口县也是西南丝绸之路安南道的必经之地。116经济社会RR干流涉及大理、楚雄、昆明、玉溪、RR等5个州（市），是少数民族聚居地，除汉族外，还有哈尼、彝、苗、傣、壮、布朗、瑶、回、布依、拉祜、佤族等多个民族。2010年流域总人口3557万人，城镇化率268。RR干流流域内经济以农业为主，总体生产力水平低下。经济发展水平地区差异较大，部分地区经济较发达，国民经济整体发展较好。其他地区曾受战争影响，失去较多的发展机遇，经济发展缓慢，基础设施相对落后。2010年RR干流（元江）流域生产总值186亿元，三产结构为331426983988，人均地区生产总值5229元/人。RR干流流域内耕地面积7203万亩，有效灌溉面积,2013万亩，其中水田面积1243万亩。流域粮食作物以水稻、玉米为主，其次为大豆、小麦、蚕豆、薯类等；经济作物有甘蔗、油菜、花生、烤烟、亚麻、马芽花等；药材以芦荟、小黄草、龙胆草、黄连、三七、槟榔为主。大部分地区农作物为一年两熟。已形成规模经营的有甘蔗、茶叶、橡胶、核桃、烤烟、香料、南药和芒果等热带经济作物，2010年农业增加值达到7943亿元。流域工业主要以采煤、采矿、选矿及加工业为主，基础薄弱，规模小、效益差，无集中重点工业基地，总体生产技术水平不高。近年来，工业发展步伐逐步加快，个旧和易门的有色金属采矿业、马关的采矿选矿发展迅速，稀有矿种铟矿在国民经济中的比重逐年加大，2010年工业增加值达到5329亿元。12RR干流有关规划成果RR流域总的地势自西北向东南倾斜，除RR干流、李仙江上游、南利河等河床坡度较缓，变化均匀外，其余河流如盘龙河、藤条江、南溪河、泗南江、绿水河、金平河、三家河、苦楚邑河、麻子河等河道坡度变化剧烈，落差集中，水力资源丰富，因此支流的水力资源率先就得到开发利用，而干流水力资源却较晚才得以开发。据2003年RR流域水力资源复查结果，全流域水力资源理论蕴藏量在10MW及以上的河流有79条，理论蕴藏量108182MW，其中RR干流水力资源理论蕴藏量仅1802MW。RR干流的规划工作较晚开展，干流比较系统的规划工作主要有4次。1）云南省礼社江干流水能规划报告（2009年）云南省水力水电勘测设计研究院2009年完成的云南省礼社江干流水能规划报告，围绕龙树、西西郎与和平郎三个控制性水库高低坝开发方式的不同，拟定了四组梯级开发比选方案。从动能指标、水库淹没、工程量及投资等多方面综合比较，规划推荐一库8级开发方案（方案四），即下巴毫（1325M）、龙树（1240M）、大宝山（1073M）、团山（1001M）、西西郎（936M）、苏布（845M）、和平郎（799M）、石羊（748M），各梯级均以发电为主，总装机容量302MW，占RR干流三江口以上礼社江河段水力资源理论蕴藏量的770。2）云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告（2001年）上世纪90年代前，RR干流开展的规划、勘测、设计工作，仅限于局部干流、支流或专业规划，主要侧重于水能资源的开发利用，对于三江口以下RR干流段，更是少有研究。1994年水利部珠江水利委员会（以下简称珠江委）提出了开展RR流域综合利用规划的建议，1996年珠江委和云南省水利厅于联合编制了RR干流梯级及部分支流综合规划任务书，全面启动了RR干流的综合利用规划工作。2001年中水珠江规划勘测设计有限公司完成了云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告，推荐RR干流三江口以下采用12级开发方案，从上到下分别为三江口（640M）、戛洒（541M）、峨德河（508M）、漠沙（470M）、桥头（448M）、罗垤（375M）、裴脚（340M）、大黑公（315M）、南沙（261M）、马堵山（219M）、新街（147M）、大湾梯级（114M），总装机容量为1020MW。其中，三江口梯级具有年调节能力，为龙头水库，桥头和马堵山梯级具有季调节能力，其它均为日调节。各梯级开发任务均以发电为主，同时兼有灌溉、供水等任务；罗垤以下各梯级考虑远景通航要求，预留过坝建筑物设施位置。3）云南省RR大黑公裴脚河段补充规划报告（2007年）为优化河段开发方案，中水珠江规划勘测设计有限公司于2007年5月提出了云南省RR大黑公裴脚河段补充规划报告，将RR干流罗垤大黑公河段三级开发优化为二级开发，即将裴脚梯级与大黑公梯级合并，并将大黑公梯级正常蓄水位由315M提高到340M，装机容量为210MW，较原来的三级开发方案增加装机40MW。调整后的大黑公梯级调节库容为166亿M3，具有季调节能力。4）RR流域综合规划报告（2011年）2005年8月，水利部珠江水利委员会启动RR流域综合规划工作，2011年提出了RR流域综合规划报告成果通过了水利水电规划设计总院的审查，规划提出RR干流三江口以下河段按11级开发，自上而下分别为戛洒江一级（675M，270MW）、戛洒（541M，30MW）、峨德河（508M，40MW）、漠沙（470M，20MW）、桥头（450M，130WM）、罗垤（375M，40MW）、大黑公（340M，210MW）、南沙（267M，150MW）、马堵山（217M，288MW）、新街（135M，90MW）和大湾（114M，50MW），总装机容量为1318MW，占RR干流三江口以下河段水力资源理论蕴藏量的935。三江口以上礼社江干流河段直接纳入了云南省礼社江干流水能规划报告（2009年）成果，采用一库8级开发方案，即下巴毫（1325M）、龙树（1240M）、大宝山（1073M）、团山（1001M）、西西郎（936M）、苏布（845M）、和平郎（799M）、石羊（748M），各梯级均以发电为主，总装机容量302MW，占RR干流三江口以上礼社江河段水力资源理论蕴藏量的770。规划考虑到礼社江河段各梯级开发方案技术经济指标均较差，建议除石羊梯级外，近期暂不开发。考虑到三江口以下的大黑公水电站开发涉及自然保护区、戛洒、峨德河、漠沙梯级经济技术指标较差，目前暂不开发。RR干流推荐梯级开发规划梯级布置见图11。13RR干流梯级开发现状RR干流目前仅开发建成了南沙、马堵山两个梯级，分别于2007年、2011年建成投产，总装机容量438MW，占干流规划总装机的270。131南沙梯级（1）工程概况南沙水电站坝址位于RR（元江）干流RR哈尼族彝族自治州的元阳县和建水县境内，是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告推荐的12级开发方案中的第9个梯级，坝址以上集水面积28875KM2，是一宗开发任务以发电为主，远期为发展供水、航运创造条件的水电工程。水库正常蓄水位267M（相应库容208亿M3），汛期排沙运行水位255M，死水位255M（相应库容20亿M3），设计洪水位26884M，校核洪水位2729M（相应库容265亿M3），调节库容008亿M3，具有日调节性能，水库最大坝高85M，为大（）型工程。南沙电站装机容量150MW（350MW），电站保证出力20MW，多年平均发电量702亿KWH，装机年利用小时数4682H，电站单机发电额定流量12992M/S，三台机满发最大引用流量386M/S。南沙水电站由非溢流坝段、溢流坝段、泄洪排砂底孔、坝后式厂房等组成。河床布置溢流坝段，左岸布置坝后厂房，厂坝之间布置泄洪排砂底孔，其余布置岸坡非溢流坝。溢流坝与泄洪排砂底孔联合泄洪。拦河坝坝顶高程2740M，最大坝高85M，坝顶长23292M，坝顶宽为154M，坝上游面高程2140M以上为铅直面，以下坝坡为102，溢流坝和非溢流坝下游坡均为107。电站布置在左河床靠左岸，为坝后式厂房，装机容量350MW，由进水口、压力钢管、厂房、尾水渠、变电站等组成。（2）运行方式当来水小于390M3/S时，水库按267M运行，来水量全部通过机组发电，并可根据系统的需要在保证泄放261M3/S的水生态基流进行调峰运行；当来水大于390M3/S小于700M3/S时，除电站满负荷运行外同时需开启排沙底孔泄水，库水位保持267M运行；当来水大于700M3/S小于1000M3/S时，水库逐步加大泄量，降低水库水位；当入库流量大于等于1000M3/S时，水库水位降至255M进行冲沙，水库控制下泄量。元阳县新县城南沙防洪堤目前正在按30年一遇的防洪标准进行加固，当天然来水小于6320M3/S30年一遇洪峰流量时，水库应控制下泄量不大于6320M3/S。在入库流量大于8297M3/S时，泄洪建筑物完全敞泄，水库水位开始雍高，200年一遇设计洪水10600M3/S最高库水位为26884M，1000年一遇校核洪水14500M3/S最高库水位为27290M，峰后库水位回落至267M时，水库开绐控制下泄量，使水库水位维持在正常蓄水位267M运行。（3）实际运行情况132马堵山梯级（1）工程概况马堵山水电站坝址位于云南省RR干流RR哈尼族彝族自治州的个旧市和金平县境内，是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告推荐的12级开发方案中的第10个梯级，坝址以上集水面积31356KM2。是一宗以发电为主，为发展供水、库区航运创造条件的水电工程。水库正常蓄水位217M（相应库容482亿M3），汛期排沙水位211M，死水位199M（相应库容222亿M3），设计洪水位21816M，校核洪水位2205M（相应库容551亿M3），调节库容26亿M3，具有不完全年调节，水库最大坝高1075M，为大（二）型工程。电站装机容量288MW（396MW），电站保证出力786MW，多年平均发电量1314亿KWH，装机年利用小时数4564H，电站单机发电额定流量163M/S，三台机满发最大引用流量490M/S。枢纽主要建筑物由拦河坝、泄洪表孔及底孔、冲沙孔、电站进水口、有压引水隧洞及地面厂房等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程2225M，最大坝高1055M，坝轴线在左岸采用折线布置，坝顶总长度36543M。泄洪建筑物主要有4孔15M17M的表孔、2孔5M7M的泄洪排沙底孔，校核洪水位最大下泄量为13611M3/S，采用宽尾墩与挑坎联合挑流消能。引水发电系统布置在左岸，电站进水口为坝式进水口，引水道采用一机一洞单元供水方式，单机额定引用流量16867M3/S。有压引水隧洞采用圆形断面，1洞长383M，2洞长355M，3洞长326M。三条引水隧洞平行布置，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段和下平段组成。压力隧洞洞径75M，下平段隧洞洞径58M。电站厂房布置在坝后约3600M的河床左岸，采用岸边地面厂房布置型式，电站装机3台，总装机容量288MW。变电站为户内式，布置在主机间上游，采用水平进厂方式。（2）运行方式1）汛期运行方式排沙运行马堵山水库的排沙运行方式采用汛期固定排沙水位运行，在不突破水库淹没线的前提下汛期排沙水位在6月8月可按211M、9月11月可按213M方案运行。发电运行由于汛期排沙运用要求，汛期马堵山电站均按来水发电方式运行，由于马堵山电站水头较高，在排沙运行期及调洪运行期间正常蓄水位以下均可发电运行，但当坝前电站进水口含沙量较高时为避免泥沙对水轮机的较快磨损，可考虑停机。调洪运行汛期当上游来流量小于排沙水位对应的泄流能力时，水库控泄维持排沙水位运行；当上游来流量大于排沙水位对应的泄流能力时，水库敞泄，库水位逐渐壅高；洪峰过后库水位逐渐回落到排沙水位运行。2）枯期水库运行方式汛末水库水位逐渐抬高至正常蓄水位后进入枯期发电调度。马堵山水电站为不完全年调节电站，调节库容26亿M3，枯期可根据上游来水情况按最有利的方式调度，提高电站的保证出力和枯期电量。此外，电站可根据系统需要调峰运行。（3）实际运行情况14RR干流梯级开发趋势RR流域综合规划报告（2011年）提出RR干流规划采用19级开发（其中礼社江8级，RR三江口以下11级），目前除南沙、马堵山水电站分别于2007年、2011年建成投产外，其他梯级分别处于在建、拟建及规划阶段。141在建梯级概况在建梯级指已经进入可研阶段、开工建设在即的梯级，包括戛洒江、桥头、大黑公3个已经基本完成可研阶段工作、“三通一平”已开工的梯级。1411戛洒江一级（1）工程概况戛洒江一级水电站是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告的龙头水库，位于云南省新平县水塘乡，坝址以上流域面积为18102KM2，是一宗以发电为主、兼顾下游综合用水要求、可发展库区航运促进地区旅游业的发展的综合利用水库工程。戛洒江一级水电站正常蓄水位675M（相应库容1491亿M3），汛期排沙运行水位665M，死水位640M（相应库容669亿M3），设计洪水位67747M，校核洪水位68408M（相应库容1794亿M3），调节库容822亿M3，具有年调节性能，水库最大坝高176M，为大（一）型水库工程。戛洒江一级水电站装机容量270MW（390MW），为坝后式开发方式。规划水平年与RR干流规划梯级联合运行时，电站保证出力6823MW，多年平均发电量1067亿KWH，装机年利用小时数3951H。电站单机发电额定流量878M/S，三台机满发最大引用流量270M/S。戛洒江一级水电站主要建筑物由面板堆石坝、左岸岸坡式溢洪道、放空冲沙（兼导流）洞、引水发电系统和下游河道保护工程等组成。枢纽建筑物由面板堆石坝挡水，趾板建于岩基上，坝体堆石基础河床部位的覆盖层大部分保留；溢洪道布置在左岸，闸室紧靠左岸坝头布置；溢洪道出口与左岸坝坡坡脚之间布置有地面厂房，引水系统布置在左岸，由岸塔式进水口、引水隧洞、压力钢管等建筑物组成；导流洞布置在左岸，后期采用龙抬头形式改建为泄洪冲沙洞，布置在引水系统上游侧，进口紧临电站进水塔。（2）运行方式1）年运行方式戛洒江一级水库的年运行方式主要从发电和保库防沙两方面考虑。戛洒江一级水电站坝址以上流域的水量沙量年内分配不均匀，水量和沙量的年内分配基本一致，水沙主要集中在汛期的6月10月，多年平均水量占全年的754，多年平均沙量占全年的942，其中6月9月来沙占全年来沙的824。考虑到电站坝址来沙主要集中在汛期的特点，确定戛洒江一级水电站汛期排沙运行水位6月8月低于正常蓄水位10M，9月份以后可抬高至正常蓄水位运行。作为RR干流规划河段的龙头水库，水库的运行方式主要取决于与系统中其它水电站联合补偿调节的要求，具体年运行方式将由RR干流规划河段水电站群联合径流补偿调节的方式确定。当RR干流规划河段11级电站联合运行时，供水期一般由戛洒江一级水库先供水，其他梯级则尽可能维持在正常蓄水位附近运行；当戛洒江一级水库继续供水受到限制时（在供水期末可能出现该情况），则由其他调节性能相对较好的水电站供水。2）日运行方式戛洒江一级水库具有年调节能力，可根据系统负荷变化情况进行日调节，在系统负荷高峰时段，电站在系统中承担调峰任务，在系统负荷低谷时段，将视系统需要和下游用水要求调整电站出力（带部分基荷，单机容量的45为405MW，基荷流量为405M3/S）。水库日运行方式主要由日平均出力决定当日平均出力小于电站装机容量时，水库进行日调节，日调节时需保证电站出力不低于机组最小出力；汛期当日平均出力达到电站装机容量时，电站将满出力发电，承担系统基荷。1412桥头梯级（1）工程概况桥头水电站是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告12级开发方案的第5个梯级，位于云南省玉溪市元江县城上游约8KM处，坝址以上流域面积为21253KM2，是一宗以发电为主，兼顾下游元江县城及农田防洪要求，为下游农田灌溉和城镇供水创造条件，并可发展库区航运，促进地区旅游业的发展的综合利用工程。水库正常蓄水位450M（相应库容284亿M3），汛期运行水位446M，死水位440M（相应库容177亿M3），设计洪水位450M，校核洪水位校核洪水位45426M（相应库容346亿M3），调节库容107亿M3，库容系数0021，具有季调节能力，水库最大坝高83M，为大（二）型工程。电站装机容量130MW（MW），电站保证出力MW，多年平均发电量6117亿KWH，装机年利用小时数4531H，电站单机发电额定流量M/S，三台机满发最大引用流量M/S。桥头水电站枢纽主要由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、左岸泄洪冲沙放空（兼导流）道、左岸引水发电系统、下游护岸等建筑物组成。主要建筑物均布置于左岸，充分利用左岸缓坡平台有利地形，对右岸滑坡堆积体的扰动较小，电站进水口布置于大坝左侧，采用明钢管引水道，线路较短，厂房采用地面形式，泄洪冲沙放空（兼导流）道布置于电站进水口与溢洪道之间，考虑导流要求，进口底板高程较低，溢洪道位于泄洪冲沙（兼导流）道左侧，布置4孔，采用明渠导流。（2）运行方式1）年运行方式桥头水电站水库正常运行的最高水位为正常蓄水位450M，汛期6月10月中旬则为汛期运行水位446M，最低水位为死水位440M。经分析1953年6月2006年5月53年636个月的逐月径流调节计算成果，由于受汛期运行水位的限制，水库多年平均运行水位为4472M。桥头水库年运行方式为汛期（6月10月中旬）维持在汛期运行水位446M，枯期则在正常蓄水位450M与死水位440M之间变化。从充分、合理利用水能资源角度考虑，桥头水库水位一般维持在较高水位运行较为有利。桥头水库投入后，对RR干流年内的天然来流过程进行重新分配，通过水库的调蓄使得枯期流量有所增加，汛期流量有所减少，年内汛、枯间出库流量差距较天然情况有所缩小。但由于桥头水库的调节性能有限，其各月平均出力依然呈现汛期大枯期小的现象。2）日运行方式桥头水库具有季调节能力，可根据系统负荷变化情况进行日调节，在系统负荷高峰时段，电站在系统中承担调峰任务，在系统负荷低谷时段，将视系统需要和下游用水要求调整电站出力。水库日运行方式主要由日平均出力决定当日平均出力小于电站装机容量时，水库进行日调节，日调节时需保证电站出力不低于机组最小出力；当日平均出力达到电站装机容量时，电站将满出力发电，承担系统基荷。1413大黑公梯级（1）工程概况大黑公水电站坝址位于RR（元江）干流RR哈尼族彝族自治州的元阳县和建水县境内，坝址以上流域面积为28376KM2，是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告推荐的12级开发方案中的第8个梯级。工程的开发任务为以发电为主，并为发展库区航运创造条件，促进地方经济发展。大黑公水电站正常蓄水位为340M（相应库容403亿M3），死水位320M（相应库容191亿M3），设计洪水位34416M，校核洪水位34922M（相应库容542亿M3，库容系数261，具有季调节性能，最大坝高905M，为大（二）型工程。电站装机容量230MW（MW），电站保证出力694MW，多年平均发电量1059亿KWH，装机年利用小时数4603H。电站单机发电额定流量1371M/S，三台机满发最大引用流量4113M/S。枢纽主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、泄洪排沙洞和引水发电系统。左岸开敞式溢洪道，设置4孔表孔，表孔尺寸为1417M（宽高），溢洪道前缘长72M。消能方式为挑流消能。河床面板堆石坝，坝顶高程35050M，最大坝高905M，坝顶宽10M，坝顶长363827M。左、右岸各布置1孔泄洪排沙洞，泄洪兼排沙。引水发电系统位于右岸，建筑物包括进水塔、压力隧洞及岸边厂房。厂房总装机容量230MW，安装三台混流式机组。（2）运行方式1）年运行方式大黑公梯级开发任务主要为发电，不承担下游防洪任务，因此运行方式主要是发电调度、排沙调度及枢纽自身防洪安全调度三方面发电调度为发挥大黑公水电站的季调节性能，汛期6月10月中旬维持在排沙水位运行（3360M），在汛末尽量蓄水至正常蓄水位；在枯水期，为获得比较稳定的枯期电量，电站可依据系统要求放水，至枯水期末水库消落至死水位；进入汛期后开始蓄水至排沙水位。排沙调度当上游来水超过电站满发流量时，多余的弃水优先从排沙底孔泄流排沙。此外，当入库水沙形成异重流时，应及时开闸排沙。防洪调度当上游来水大于水库排沙水位对应的泄流能力时，水库所有泄洪闸和泄洪洞的闸门逐渐全部打开，让洪水自由下泄，水库进入自身防洪安全运行。洪水过后，当水位自由消落至排沙水位时，逐步下闸控制水位维持排沙水位运行。2）日运行方式大黑公梯级具有季调节能力，可根据系统负荷变化情况进行日调节，在系统负荷高峰时段，电站在系统中承担调峰任务，在系统负荷低谷时段，将视系统需要和下游用水要求调整电站出力。电站日运行方式主要由日平均出力决定当日平均出力小于电站装机容量时，电站可进行日调节，日调节时需保证电站出力不低于机组最小出力；汛期当日平均出力达到电站装机容量时，电站将满出力发电，承担系统基荷。142拟建梯级概况拟建梯级指启动前期工作，开展了预可研工作的新街、罗垤2个梯级。新街水电站坝址位于RR（元江）干流RR哈尼族彝族自治州的河口县和金平县境内，是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告推荐的12级开发方案中的第11个梯级，是一宗以发电为主的水电中型工程。坝址以上集水面积为32581KM2。水库正常蓄水位135M，设计洪水位为13201M，校核洪水位为13527M，水库总库容3695万M3。电站装机容量90MW，多年平均发电量40533亿KWH。罗垤水电站坝址位于RR（元江）干流元江县境内南昏河口上游1KM，是云南省RR（元江）干流梯级综合规划报告推荐的12级开发方案中的第6个梯级，是一宗以发电为主的水电工程。坝址以上集水面积为22743KM2。水库正常蓄水位375M，电站装机容量40MW，多年平均发电量243亿KWH。143规划梯级概况规划梯级包括RR干流三江口以上的礼社江8个梯级以及三江口以下的戛洒、峨德河、漠沙3个梯级，这11个梯级目前处于待开发状态。礼社江自上而下8个梯级分别问下巴毫（正常蓄水位1325M，下同）、龙树（1240M）、大宝山（1073M）、团山（1001M）、西西郎（936M）、苏布（845M）、和平郎（799M）、石羊（748M）。戛洒戛洒梯级位于RR（元江）干流新平县戛洒镇戛洒大桥上游约750M触动，具有发电、灌溉、供水等综合利用，水库控制流域面积18731KM2，水库正常蓄水位541M，水库具有日调节功能，电站装机容量30MW，多年平均发电量181亿KWH。峨德河峨德河梯级位于RR（元江）干流新平县漠沙江段，以发电为主，水库控制流域面积19387KM2，水库正常蓄水位508M，水库具有日调节功能，电站装机容量40MW，多年平均发电量23亿KWH。漠沙漠沙梯级位于RR（元江）干流新平县漠沙乡六库村，具有发电、灌溉等综合利用，水库控制流域面积19801KM2，水库正常蓄水位470M，水库具有日调节功能，电站装机容量20MW，多年平均发电量127亿KWH。大湾大湾梯级位于RR（元江）干流河口县的中越界河段上，具有发电、防洪、航运等综合利用，水库控制流域面积33959KM2，水库正常蓄水位114M，水库具有日调节功能，电站装机容量50MW，多年平均发电量305亿KWH。144梯级开发趋势分析虽然RR干流的水力资源条件尚属一般，但是鉴于南沙、马堵山梯级没有特别敏感的制约条件，在西部大开发的有利背景下，率先得到开发建设，已发挥出了巨大的经济和社会效益，不仅改善了RR州的电力供应条件，还大大改善了地区生态环境。在云南省实施电力输出战略之下，戛洒江一级、桥头、大黑公梯级也陆续完成了可行性研究，逐步步入开工环节，按设计方案，预计在2020年前可先后得到实施，届时，不仅RR州、玉溪市的电力供应保障程度得到大大提升，而且还具备电力输出的有利条件。RR地处大湄公河次区域和中国东盟自由贸易区的前沿，区位优势明显，经济发展潜力巨大，而电力合作是大湄公河次区域贸易合作的重要组成部分。2004年云南电网公司已通过110KV绿水河河口线路实现向越南送电，2006、2007年分别建成两条220KV电力联网工程向越南送电，截至2009年7月底，对越南累计送电已达9036亿KWH。根据南方电网相关规划，2010年该区将建成500KV线路与云南省网相连，实现向越南、老挝、泰国送电。同时，东面的红水河为全国水电能源基地之一，是“西电东送”南通道的重要电源点，随着流域水力资源的开发及本区域电力供应紧张状况的缓解，RR电力将参与“西电东送”。因此，RR的电力市场广阔，为水力资源的开发提供了有利的外部条件，规划的其他梯级电站将逐步得到实施的趋势不可避免。RR干流三江口以下各梯级主要指标及开发建设情况见表17。表17云南省RR干流（三江口以下）梯级开发状况表序号梯级名称正常蓄水位M装机容量MW开发状况1戛洒江一级675270可研阶段，“三通一平”已开工2戛洒54130规划3峨德河50840规划4漠沙47020规划5桥头450130可研阶段，“三通一平”已开工6罗垤37540预可研阶段7大黑公340230可研阶段8南沙267150已建，2007年底第一台机组投产9马堵山217288已建，2010年底下闸蓄水10新街14790预可研阶段11大湾11450规划2梯级开发影响下RR水文情势变化规律21研究现状水库是一个介于河流和湖泊之间的半人工自然水体，广泛分布于世界各地，尤其是天然湖泊较少的地区。水库具有防洪、供水、发电、灌溉、航运等重要作用14。二次世界大战以后，人类在全球范围大规模筑坝，对于全球的水文系统产生了显著的影响，水库调水在世界水资源的调节和控制上发挥着十分重要的作用。我国水能资源丰富，已建、在建和规划了大量的水库，据统计，我国河流约分布29万个水坝5。梯级水库引起的水文、泥沙、水质等方面的河流生态环境影响也受到了广泛的关注。河流的自然水文情势都有其内在的变化规律，这对水生态系统的运行和水生物的多样性非常重要。梯级开发背景下，梯级水库密集布置，各级水库对河流水文情势的影响会发生累积，河流平均流量、脉动、洪水、低流量、极端低流量等受梯级水库累积影响尤其明显。进一步引起诸如可用水资源量减少、年内径流趋向均化、洪水频发且来势凶猛、输沙量降低、水质恶化、河流水温均化、生物多样性减少、外来物种入侵等一系列相互联系、相互制约的水资源、水环境和水生态问题611。因此，讨论和关注河流梯级开发对河流水文情势的影响具有十分重要的意义。水文情势主要指河流、湖泊、水库等自然水体各水文要素随时间的变化情况，包括水位随时间的变化、洪水过程、流量过程、河川径流量年内和年际间的变化等。随着梯级开发的进行，使河流流量变化不再取决于季节性降水，天然状态下的流量输沙率和水温等规律逐渐改变，原来的部分河流水文情势发生了根本性变化，对河流的生态系统会产生了极其深远的影响12。早在20世纪70年代国外学者就开展了关于水库对水流、泥沙、水质、营养物质等生态与环境影响因子的全面、系统研究，我国相关研究开展较晚1316。未经调控的天然河流随着降雨的年内变化，形成了径流量丰枯周期变化规律。一般在雨季，洪水过程陡峭形成洪峰，随后洪水消落，趋于平缓，逐渐进入枯水季节。梯级开发以后，按照社会经济效益原则和既定的调度方案，在汛期利用水库削减洪峰、控制下泄流量和水位；在非汛期，利用水库调节水资源的年内分布不均及流域间的水资源分布不平衡。这些都将使水文过程均匀化，改变自然水文情势的年内丰枯变化规律从而影响了河流生态过程，不利于生物繁殖等1718。20世纪80年代，JUNK（1982）提出了生态洪水脉冲的概念19。KINGSFORD（1999）对澳大利亚COOPERCREEK河大坝建成前后洪水及水生物变化情况进行了比较，提出了水库建设背景下生态调度的2个典型目标一是最小生态径流量，二是营造接近自然的水文情势20。变化范围分析RANGEOFVARIABILITYAPPROACH，RVA法是评价梯级开发对河流径流过程影响的一种有效分析手段2123，已广泛应用于水利工程对河流水文情势影响程度2427。蔡文君等（2012）以建库前后的日均流量资料为研究对象，应用变化范围法RVA法，分析了32个水文改变指标的中值及离差系数，评估了三峡水库运行对长江中下游水文情势的影响，认为三峡水库运行后，在不同的丰枯水期，对长江中下游的影响程度是不同的，且影响分布沿河流流向逐渐减弱28。郭文献等（2007）以梯级水库下游宜昌水文站流量资料为研究对象，采用MANNKENDALL法、复MORLET小波周期性分析、变化范围法等分析了葛洲坝水库蓄水前后宜昌站水文情势变化，随后研究了三峡水库蓄水前后宜昌站水文情势变化，结果显示，葛洲坝水库对水文情势改变程度相对较小，而三峡水库蓄水后较大程度上改变了河流水文情势，这种改变必将影响到长江中下游河流水生生物生态安全29。陈栋为等（2011）以东江为例，利用RAV法计算了水利工程对河流水文情势改变的累积效应，结果显示随着东江流域各梯级的陆续建成，东江水利工程对下游博罗站的水文情势综合改变度有降低趋势，但对流量变化的频率、改变率的影响逐渐增大，对高低流量延时、次数方面的影响不明显30。李兴拼等（2009）评估了东江枫树坝水库对径流的影响31。顾颖等（2008）定量计算了澜沧江梯级电站建设对下游水文情势的影响32。郭文献等（2008）研究了丹江口水库对汉江中下游水文情势的影响，得出水库对汉江中下游河流水文改变程度为39，属于中度改变，建议尽快改变现有水库调度模式，开展丹江口水库生态调度研究33。盛杰等（2012）应用RVA法对水库下游河道生态需水以及水库现行调度方案运行对河流生态水文过程的改变程度进行了分析，并提出了该工程调度的优化建议34。孔兰等（2012）计算了流量年内分配不均匀性、集中程度、变化幅度等，分析了梯级开发对流量变化的影响，结果显示，相对于梯级开发前，梯级开发后的流量年内变化不均匀性、集中程度、变化幅度都明显下降，梯级开发后的年径流量平均值低于梯级开发建库前的年径流量平均值，梯级开发是流量变化的一个重要影响因素3536。吴佳鹏等（2008，2011）利用分形理论评价了电站调度对水文情势的影响程度，并将此法用于东江上游枫树坝电站调度对其下游水文情势影响评价，分形维数与峰度值、变差系数对流量过程变化表征一致3739。黄小雪等（2007）在界定了生态环境需水量概念，分析了河道生态环境需水量的内涵及组成，为了保证水