电厂环境保护：第二章 水力发电站的环境保护

1、第二章 水力发电站的环境保护 2.1 水力发电站概述 2.2 水力发电站对水环境的影响2.3 水力发电站对生态环境的影响2.4 水力发电站对社会环境的影响2.5 水库诱发地震及地震对坝体的影响 2.1 水力发电站概述 什么是水力发电站？利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。主要功能是什么？ 发电、防洪、灌溉航运、过木、过鱼等 如何分类？按照水电站利用水源的性质 ： 常规水电站：利用天然河流、湖泊等水源发电； 抽水蓄能电站：利用电网中负荷低谷时多余电力，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水至下水库，从而满足电网调峰等电力负荷的需要； 潮汐

2、电站：利用海潮涨落所形成的潮汐能发电。 2.1 水力发电站概述 按照水电站对天然水流的利用方式和调节能力，可以分为两类： 径流式水电站：没有水库或水库库容很小，对天然水量无调节能力或调节能力很小的水电站； 蓄水式水电站：设有一定库容的水库，对天然水流具有不同调节能力的水电站。 2.1 水力发电站概述 在水电站工程建设中，还常采用以下分类方法： 按水电站的开发方式：坝式水电站引水式水电站坝-引水混合式水电站 按水电站利用水头的大小：高水头水电站 71250m中水头水电站 1570m、 3070m低水头水电站 75的消落带；陡坡岸一般指坡度2575的消落带；滩坡岸一般指坡度在1525的消落带；台(

3、阶) 岸一般指坡度 15的消落带。 消落区形成之前，生长在库区两岸的植被是一道天然的生态屏障，对来自库岸的污染特别是农业面源污染起到一定的拦截和过滤功能，地表径流携带的氮、磷等相当一部分被植被消化吸收，防止进入库区水体。而消落区形成后，这些功能将基本丧失，更多的污染物将进入水体，导致库区富营养化程度日趋加重。夏末上层高而下层低；秋天，掺混层，厚度逐渐增强;冬天，水温分布逐渐均匀。水库的低温水下泄对农作物、鱼类和珍惜濒危水生生物将会造成不利影响。 三. 水温影响 2.2 水力发电站对水环境的影响 事例:20世纪90年代初以来,贵州多座水库频繁出现的季节性水质恶化现象,与水库水体混合期(多为夏末初

4、秋),水体分层结构失稳有关.上下层水体的垂直交替,使下层水体中的还原性物质带入上层湖水,造成表层水体缺氧和表观浑浊,鱼类窒息死亡. 措施：在工程设计时考虑采用分层取水措施，比如在表层取水；合理利用水库洪水调度运行方式；采用放空洞泄洪，改善库区水体水温结构；尽量采用宽浅式过水断面的灌溉渠道。 冲沙放空洞 表层取水四. 水质影响 库内流量减小使稀释自净能力减小，故物理变化、化学反应速率减慢，生成物容易积聚；库水按温度分层后，使底部冷水层变成因终年得不到光合作用缺氧的“死水”，此层成为厌氧微生物层；大坝阻拦来水下泄，使水体内不溶解的固态物质不断沉降，其中有毒物质使水质恶化；库水下泄都会改变水的物理性

5、质，使下游农田得不到含有有机质的肥水，而影响农作物的产量。 2.2 水力发电站对水环境的影响 五. 气象影响1影响局部小气候会产生一定的影响，主要表现在对降雨、气温、风和雾等气象因子的影响。（1）对降雨量的影响降雨量有所增加:这是由于修建水库形成了大面积蓄水，在阳光辐射下，蒸发量增加引起的。降雨地区分布发生改变。（2）对气温的影响空气湿度增大，气温变化缓慢，降水量减少，即将大陆性气候改变为带有海洋性特征的气候。 2.2 水力发电站对水环境的影响 事例俄罗斯西伯利亚永久冻土地带的高70m车尔尼雪夫斯基大坝，在上游形成400km长的水面，库容为41010m3，使该地区的年平均气温由-8.5上升至-

6、7.0；冬季最低气温由-60上升至-50以上；夏季的湿度提高了33%，气候变得较温和了，夏令季节变长了，使永久冻土的上层土壤解冻，水库沿岸动、植物明显增加。一. 对微生物影响在自然环境内，水体中微生物的变化相对平衡。筑坝建库后，自然流动的水体变成了人为流动的水体，流量与流速都按照人的意志改变，导致微生物也产生相应变化。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 水体的“营养”是指水生物维持生存的基本物质含量。若营养物质少，水生生物的繁殖能力低，成为贫营养；反之，若水体中营养物质越来越多，水生生物大量繁殖，则成为富营养。所谓富营养化，是指营养富集的过程及其引起的后果。富营养化的突出表现是藻类大量繁殖使

7、水体中的溶解氧急剧减少，甚至使水体处于严重缺氧状态，且分解出的产物具有毒性，使水质严重破坏。氮、磷含量的高低与水体富营养化的程度密切相关，并认为磷与氮含量的最大允许浓度分别为10mg/m3与300mg/m3。对植物影响水环境：河流相 湖泊相利于浮游植物的生长发育 2.3 水力发电站对生态环境的影响 对植物影响（1）水库的运行方式 一般说来，高等水生植物的生长与水库的运行方式有密切关系。水位变化幅度大，高等水生植物的种群与生长都会受到一定限制。（2）人类活动因素 在库区周围，如人类活动影响强烈，将影响高等水生植物的生长。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 水库中常见的高等水生植物：（1）空气水

8、生植物 这类水生植物在水库浅水区的植物覆盖中占主导地位 ，且到处可见。例如，芦苇群落是浅水区的典型代表。（2）浮叶植物 这类水生植物有白睡莲、黄萍蓬等，以叶子浮在水面上为特征，占据一片水面。（3）潜水植物 这类水生植物在浅水区能够生长，有穿叶眼子菜、深绿色松藻等。高等水生植物可吸收水体中的营养元素，因而可净化水体，同时还可与引起“水花”的各种藻类抗衡。但是，水生植物会因阻碍阳光照射，使水中缺氧，造成水质急剧恶化，影响渔业和航运业的发展。四.对动物影响 1浮游动物 工业与生活污水使浮游动物的种类与数量明显减少，特别是轮虫类与 枝角类； 化肥与农药能使浮游动物的种类濒于灭绝； 火电厂或核电厂的冷却

9、水排入水库将使水库浮游动物组成结构异变。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 四.对动物影响2底栖动物按照摄食方法分类，底栖动物可以分为滤食类、碎屑摄食类与食肉类三种。他们的生物量的大小取决于营养物质丰富的程度。水文情势淤泥与库底的有机物质水库的富营养化也将会对底栖动物产生不良的影响。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 3野生动物水利水电工程改变了野生动物的生活环境。特别是一些陆生动物被迫迁移原栖息地。在进行水库设计时，应考虑野生动物的价值及野生动物原有的生活环境。在水库施工过程中，应采取补救措施挽回人为因素给野生动物保护工作带来的不良影响。 四.对动物影响 2.3 水力发电站对生态环境的影

10、响 五.对鱼类影响 1水文条件库水流动显著减慢浮游植物却大量滋生适合于静水和以浮游生物为食的鱼类 2.3 水力发电站对生态环境的影响 五.对鱼类影响 2水温水温是分层我国以温水性鱼为主月平均水温比建坝前降低影响鱼类繁殖 2.3 水力发电站对生态环境的影响 五.对鱼类影响 3氮气过饱和氮气过饱和是水流通过溢洪道或泄水闸冲泻至消力池时产生巨大压力因而带入大量空气造成的。对梯级水电厂，通过多个溢洪道反复溶解空气，情况更为严重。美国针对这个问题提出如下补救措施： 增大发电厂泄流量，即在汛期多发电，甚至让一些未装机组的厂房也泄流，使水体在下泄过程中不与空气接触； 在溢洪道与泄洪消力建筑上采取措施，使水流

11、顺着表面下泄，不致冲到很深的地方。 从上游收集幼鲑到下游安全地带放流。我国有较多重要经济鱼类也遇到氮气过饱和问题，例如葛洲坝。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 五.对鱼类影响 4洄游的阻碍作用（1）水电枢纽对鱼类洄游的阻碍作用下泄的水流具有巨大的能量与很高的流速，因此，对鱼类洄游产生无法克服的“阻力”，即“阻隔作用”。（2）水闸对鱼类洄游的阻隔作用水闸对鱼类洄游也产生阻隔作用。在我国，特别是长江中、下游，这也是一个比较严重的问题。 2.3 水力发电站对生态环境的影响 五.对鱼类影响 2.3 水力发电站对生态环境的影响 浸没沼泽化、潜育化盐碱化 2.3 水力发电站对生态环境的影响 六.对土壤

12、影响 土壤潜育化土壤长期滞水，严重缺氧，产生较多还原物质，使高价铁、锰化合物转化为低价状态，使土壤变成蓝灰色或青灰色的现象。 阿斯旺大坝对生态和环境的破坏可耕地的土质肥力持续下降；土壤盐碱化；库区及水库下游的尼罗河水水质恶化；水生植物及藻类到处蔓延；尼罗河下游的河床遭受严重侵蚀，尼罗河出海口处海岸线内退。 一.人口增长问题兴建水电工程，特别是大型工程，必然会使工程周围厂矿、企业、商业、社会服务行业及旅游业等得到发展。工程兴建地区人口数量也随之增长。根据经验，人口增长有三种情况： 区域固定人口增加，如新建工厂、企业、商业网点、宾馆、旅游设施、服务行业、医院、学校以及生活小区等； 半固定人口增加，

13、如兴建工程工人、服务行业人员等只在短期居住； 临时流动人口增加，如集市贸易人员及旅游观光人员等。有利一面：引起区域性经济结构向好的方面转化，经济效益增长。不利方面：导致废水或污水量增加，并带来新的社会问题和经济问题，使污染趋于严重。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 二.社会经济的变化 1农业冷害对农田灌溉的影响。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 二.社会经济的变化2第三产业兴建水库后，水库周围往往出现一批城镇，并促进商业与旅游业的发展。商业与旅游业带来两方面问题：促进区域性经济的发展，提高了当地人民的生活水平；加重了对水体的污染。使工程周围的自然环境与生态系统发生变化。由于商业与旅游业

14、是构成城镇经济的重要产业，所以它影响城镇规模与居民的生活。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 二.社会经济的变化3交通水利水电工程有利于交通运输业的发展。兴建水库的设备和器材要由铁路和公路运输，因而促进了交通运输业的发展。我国大型水利水电工程一般都以邻近的铁路作为交通运输骨干。同时，水上运输及空中的运输也会得到发展。但是，交通运输业的发展是以牺牲自然环境与部分生态平衡作为代价的。在规划交通运输业时，应考虑有关环境保护的因素。在考虑大型水电工程的交通规划时，不仅应满足施工要求，而且要考虑本区域远景发展的需要。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 三.淹没与迁移问题 1淹没损失的估价 土地包括耕

15、地、草场、林木、池塘水面等； 工矿企业包括固定企业与临时企业； 已有建筑物包括桥梁、涵洞、渠道、闸门、管道、水井、房屋、道路、通信、与输变电设施及文化古迹等； 服务性设施包括商店、宾馆、饭店、商业网点、食品加工厂等。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 三.淹没与迁移问题 2迁移迁移涉及到两个问题：库区居民迁移；库区设施和文化古迹的迁移。在居民迁移中，应执行好下述基本原则：从长远规划统盘考虑；充分考虑居民的切身利益，使新环境的生活水平高于原环境的生活水平；为迁移的居民开辟多种就业渠道。在工业发达国家，搬迁与安置移民的费用能占主体工程建设总投资的2/3左右，有的和主体工程投资相等。由此可见迁移的

16、耗资之大及艰巨性。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 中国长江三峡库区四大地面文物保护项目登上特种邮票石宝寨 张飞庙屈原祠 大昌古镇2007四.景观与旅游业应尽量保留有较大价值的自然景观和文化古迹，特别是自然保护区；应尽量使主体工程与自然环境相协调，即从美学角度考虑主体工程的设计与施工；水库运行后，应合理调度，避免将库水放空，或过分充盈，以免破坏景观；竣工后要尽量恢复原来的自然环境，城镇规划和新的建筑物也应与自然环境相协调。 2.4 水力发电站对社会环境的影响 一.水库诱发地震 1水库诱发地震实例中国的新丰江（6.1级）赞比亚与津巴布韦的卡里巴（6.1级）希腊的克里马斯塔（6.2级）印度的柯

17、依纳（6.5级） 2.5水库诱发地震及地震对坝体的影响1962年3月19日广东新丰江水库发生的6.1级地震是我国首例水库诱发地震，也是世界上第一例大于6级的水库地震事例。新丰江水库坝高105m，正常蓄水位116m，库容115亿m3。工程所在地区建库前的地震活动很弱。1959年10月下闸蓄水，蓄水后一个月开始记录到水库地区的微弱地震活动，随着水位抬升地震活动逐渐加强。1961年冬库水位首次达到110.5m峰值不久即发生了6.1级强烈地震，震中位于大坝下游1.1km处，震中烈度为度，震源深度约5km。地震造成坝体数处产生水平裂缝，向下游面渗水，坝段间的止水和发电厂房等也有局部损坏。经修复后继续正常

18、运行至今。 水库地震对水工建筑物和震中区造成损害情况 坝名(国家)震级和发震时间震中至大坝距离坝区影响烈度水工建筑物受到的损坏震中区受到的损害挡水建筑物其它建筑物物质损失人员伤亡柯依纳 (印度)6.5(1967.12.11)3-6km1218号、2430号坝段坝顶以下40米左右发生多条水平裂缝，下游面出现严重漏水现象，但库水位并无明显下降坝顶起吊塔严重破坏，坝面上其它附属建筑也有损坏，水电站建筑物受轻微破坏而停止运转震中区几个村镇大部分房屋倒毁，受到影响的村镇达到一千个，震坏房屋47000栋死180人伤2300人新丰江(中国)6.1(1962.03.19)1.5km大坝右侧接近顶部 108米高

19、程处产生贯穿性水平裂缝，长82米。左侧同一高程有断续水平裂缝，长13.5米，出现轻微渗漏现象坝后厂房主结构受轻微损坏倒塌房屋1800间死6人伤80人目前世界上已记录到的最大的水库诱发地震为6.5级，1967年12月发生在印度柯依纳水库。迄今为止，只有两例水库诱发地震对大坝局部地段造成损害，一个是中国的新丰江水库(6.1级)，一个是印度的柯依纳水库，坝址处地震强度均为8度。 新丰江希腊的克里马斯塔1966年，积水引发6.2级地震，毁房1680栋，伤亡60人。河谷陷落，库岸滑坡，大水冲到下游。卡里巴世界上五个超过一千亿立方米的特大型水库中, 是唯一发生强烈地震的水库,其地震活动又具有一系列显著特征

20、,是目前国内外水库地震中一个比较典型的例证。 卡里巴水库什么是天然地震？地震是地球内部缓慢积累的能量突然释放引起的地球表层的振动。当地球内部在运动中积累的能量对地壳产生的巨大压力超过岩层所能承受的限度时，岩层便会突然发生断裂或错位，使积累的能量急剧地释放出来，并以地震波的形式向四面八方传播，就形成了地震。 构造地震火山地震塌陷地震构造地震构造地震是指地壳运动引起断层错动而产生的地震。火山地震火山地震是由火山爆发而引起的。火山地震主要有两种：一种是火山爆发时， 由于岩浆冲击地壳或使局部地区岩层发生变形和变位而引起的地震。另一种是火山爆发后， 由于大量岩浆损失，地下压力减小或地下深处补给不及， 出

21、现空洞，从而引起上面覆盖的岩层断裂或塌陷而产生的地震。 塌陷地震地表的一些天然洞穴，由于风化和水的冲蚀作用产生坍塌而引起的地震，以及人工采矿留下来的旧的巷道或大片采空区坍塌而引起的地震。一.水库诱发地震 2我国水库诱发地震特点（1）位于少震区或弱震区。诱震水库大部分位于少震区或弱震区。这是因为大多数水库不具备有利的诱发地震的构造条件，少震区或弱震区往往处于低应力状态，构造能积累速率缓慢，地震重复间隔时间长，水库蓄水作用易于打破库区应力平衡，提前释放构造能的机会较多。（2）位于碳酸盐地区。诱震水库位于碳酸盐岩地区的比较多，计有13座，约占总数72%。（3）多发生于高坝大库。全国约有25%的100

22、m以上高坝，曾诱发水库地震，高于全世界的统计值（12%）。 2.5水库诱发地震及地震对坝体的影响一.水库诱发地震 三峡地区是天然地震的弱震区，从1959年到现在，库首区已经记录到的地震有400多个，平均每年有10个左右，水平是相当低的。三峡工程蓄水以后，库水沿着断层向深部渗漏，有可能引起断层原先积累的应变能提前释放出来，形成断层错动型水库诱发地震，或称水库触发型地震。库水灌入石灰岩溶洞暗河或矿洞，促使原先不稳或处于临界状态的洞体提前垮塌，引发密集的小震，也称为塌陷型水库诱发地震。 2.5水库诱发地震及地震对坝体的影响二.地震对坝及环境的影响 1地震对坝体的影响地震时坝顶最易遭到破坏。坝顶上附加

23、的非结构建筑物和过坝公路极易被破坏。土坝较能适应地震，受损坏较小。一是地震引起地基失效，包括不均匀沉陷、变位、裂缝、增大渗透压力、坝基渗漏及边坡失稳和断层错动；二是地震对结构的振动和影响等。 2.5水库诱发地震及地震对坝体的影响胡佛水坝胡佛水坝二.地震对坝及环境的影响 2地震对环境的影响地震对环境的影响主要是次生灾害。在斜坡陡峻的山区发生地震，极易引起滑坡、岩崩、泥石流等地质灾害，因而毁坏房屋、农田和矿井。而在水库地区发生地震，则由于滑坡可能引起涌浪波及大坝的安全。 另外，一些岩溶地区发生水库诱发地震后，常引起地面塌陷，形成新的岩溶漏斗，并使库岸滑坡和蚕食农田；地裂缝破坏道路并使房屋开裂而倾倒；地下河洞顶塌落，堵塞水流，使上游岩溶谷地被洪水淹没。在峡谷地区，由于重力能释放而发生浅源地震，可能导致谷坡岩体滑动和崩塌，甚至堵塞河道。 2.5水库诱发