第 2 卷 第 2 期 2009 年 3 月 水 生 态 学 杂 志 JournalofHydroecology Vol.2,No.2 Mar.,2009 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 水 库 生 态 调 度 许 可, 周 建 中, 顾 然, 覃 辉 ( 华 中 科 技 大 学 水 电 与 数 字 化 工 程 学 院, 湖 北 武 汉 430074) 摘 要 : 阐 述 了 流 域 水 电 开 发 对 流 域 生 物 资 源 的 影 响 途 径 : 通 道 阻 隔 水 库 淹 没 径 流 调 节 水 温 变 化 等, 探 讨 了 流 域 水 电 开 发 对 河 流 连 续 性 河 道 洪 枯 过 程 库 区 生 境 等 生 态 功 能 的 影 响 方 式 结 合 三 峡 水 利 枢 纽 工 程 实 例, 针 对 宜 昌 断 面 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 流 量 要 求, 建 立 了 以 水 电 站 发 电 效 益 最 大 为 目 标 的 长 期 优 化 调 度 模 型, 并 采 用 差 分 进 化 法 进 行 优 化 求 解, 获 得 了 相 应 的 水 电 站 水 库 调 度 出 流 过 程, 并 在 此 基 础 上 采 取 人 造 洪 峰 提 高 下 泄 水 温 等 生 态 修 复 方 式 保 护 流 域 生 物 资 源 建 议 水 库 运 行 调 度 应 在 考 虑 工 程 功 能 的 同 时, 兼 顾 下 游 及 水 库 的 生 态 功 能, 以 达 到 流 域 水 资 源 开 发 与 保 护 流 域 健 康 的 生 态 系 统 相 协 调 的 目 的 关 键 词 : 三 峡 水 库 ; 生 境 变 化 ; 生 物 资 源 ; 生 态 调 度 中 图 分 类 号 :X143,Q142 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1674-3075(2009)02-0134-05 水 利 工 程 在 满 足 经 济 社 会 发 展 对 防 洪 灌 溉 发 电 供 水 等 方 面 要 求 的 同 时, 改 变 了 河 流 天 然 径 流 的 时 空 分 配, 对 河 流 的 大 规 模 改 造 引 起 了 自 然 河 流 的 渠 道 化 和 非 连 续 化, 造 成 了 对 河 流 生 态 系 统 的 胁 迫 因 此 水 利 工 程 既 要 开 发 利 用 水 资 源 又 要 保 护 生 态 环 境, 修 复 和 保 护 生 态 环 境 逐 渐 成 为 水 库 调 度 的 关 键 要 素 在 水 库 生 态 调 度 过 程 中, 生 物 资 源 的 保 护 是 重 要 的 目 标, 通 过 生 态 调 度 控 制 各 种 生 态 因 子 变 幅, 使 之 满 足 流 域 水 生 物 种 生 物 学 过 程 需 求, 从 而 实 现 下 游 河 流 的 生 物 资 源 的 有 效 保 护 1 水 电 开 发 对 长 江 流 域 生 物 资 源 的 影 响 水 电 开 发 对 生 物 的 影 响 是 一 个 长 期 和 复 杂 的 过 程, 生 态 系 统 中 任 何 生 物 的 存 在 都 有 其 特 定 的 地 位 和 作 用, 不 同 生 物 之 间 相 互 依 存, 一 个 生 物 的 消 亡, 会 影 响 到 其 它 生 物 的 存 亡 和 整 个 生 态 系 统 的 完 整 性 水 库 在 建 成 后, 将 直 接 或 间 接 影 响 河 流 重 要 生 物 资 源 的 栖 息 水 域, 即 生 物 的 生 境, 若 生 境 条 件 突 然 改 变 且 超 过 生 物 的 自 我 调 节 适 应 能 力, 物 种 将 面 临 新 的 自 然 选 择, 大 部 分 物 种 面 临 衰 退 濒 危 和 绝 迹 的 威 胁, 从 而 影 响 到 生 物 的 多 样 性 收 稿 日 期 :2009-02-24 基 金 项 目 : 水 利 部 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目 (200701008); 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 (30490234) 通 讯 作 者 : 周 建 中,1959 年 生, 男, 湖 北 武 汉 人, 教 授, 博 导, 研 究 方 向 为 人 工 智 能 与 水 电 能 源 复 杂 系 统 分 析 作 者 简 介 : 许 可,1984 年 生, 男, 江 苏 扬 州 人, 博 士, 研 究 方 向 为 面 向 生 态 调 度 的 水 电 站 优 化 运 行 水 库 对 生 境 的 改 变, 主 要 包 括 河 流 水 沙 输 移 过 程 水 体 的 连 续 性 流 态 流 速 水 温 溶 解 氧 和 透 明 度 等 环 境 要 素 的 变 化 以 鱼 类 为 例, 生 物 受 水 库 的 影 响 主 要 在 以 下 几 方 面 1.1 河 流 的 连 续 性 被 破 坏 河 流 的 连 续 性 遭 到 破 坏, 使 鱼 类 及 其 它 生 物 的 迁 徙 和 繁 衍 过 程 受 阻, 也 将 对 鱼 类 等 生 物 组 成 的 完 整 性 产 生 不 利 影 响, 一 些 种 类 可 能 会 因 为 生 境 的 缺 乏 而 消 失, 一 些 重 要 的 生 态 过 程 也 将 受 阻, 水 域 生 态 完 整 性 将 遭 到 巨 大 破 坏 ( 陈 进 等,2005; 祝 兴 祥 等, 2004) 洄 游 鱼 类 是 水 生 态 系 统 中 重 要 指 标 生 物 之 一, 它 的 消 亡 将 影 响 整 个 生 态 系 统 的 结 构 和 完 整 性 长 江 上 游 是 许 多 洄 游 鱼 类 的 重 要 栖 息 地, 洄 游 鱼 类 需 要 三 场 一 通 道 ( 繁 殖 场 育 肥 场 产 卵 场, 洄 游 通 道 ), 梯 级 水 库 的 建 设 造 成 洄 游 鱼 类 等 水 生 生 物 的 生 命 通 道 被 阻 断, 一 些 洄 游 鱼 类 由 于 失 去 了 原 有 生 境 可 能 灭 绝 例 如, 岷 江 上 游 建 设 了 大 量 引 水 式 水 电 站, 虽 然 没 有 建 高 坝 大 库, 但 造 成 相 当 长 的 河 段 在 枯 季 完 全 脱 流, 全 部 河 水 都 从 压 力 管 道 流 过, 对 洄 游 鱼 类 等 水 生 生 物 有 致 命 打 击, 比 如 珍 稀 鱼 类 虎 嘉 鱼 已 经 基 本 消 失 ( 程 根 伟,2004) 1.2 河 流 的 洪 枯 过 程 减 弱 河 道 周 而 复 始 的 洪 枯 演 替 引 起 了 河 流 水 位 水 温 水 量 含 沙 量 和 消 落 带 等 的 变 化, 这 也 是 维 持 河 流 自 然 生 境 的 需 要, 是 维 系 河 流 生 物 多 样 性 的 基 础 河 流 开 发 后, 在 汛 期 利 用 水 库 调 蓄 洪 水 削 减 洪 峰, 控 制 下 泄 流 量 和 水 位 ; 在 非 汛 期 则 利 用 库 容, 根 据 发 电 供 水 灌 溉 等 用 途 进 行 水 资 源 分 配, 显 著 提 高 了
2009 年 第 2 期 许 可 等, 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 水 库 生 态 调 度 135 人 类 对 水 资 源 的 利 用 率, 但 同 时 也 改 变 了 自 然 水 文 情 势 的 年 内 丰 枯 周 期 规 律, 自 然 河 道 的 洪 枯 过 程 减 弱, 甚 至 消 失 ( 李 吉 顺 等,2001) 一 些 鱼 的 产 卵 和 幼 体 的 生 长 只 有 遇 洪 水 或 激 流 刺 激 才 能 进 行, 河 流 洪 水 过 程 的 减 弱, 会 导 致 鱼 类 产 卵 和 迁 徙 激 发 因 素 的 中 断 在 这 种 情 况 下, 鱼 类 较 难 进 入 湿 地 或 回 水 区, 改 变 了 水 生 生 物 的 食 物 网 结 构, 使 岸 边 植 被 复 原 能 力 降 低 其 结 果 导 致 水 生 生 物 摄 食 生 长 繁 殖 的 环 境 遭 到 破 坏, 鱼 类 繁 殖 所 需 的 生 态 水 文 条 件 得 不 到 满 足, 从 而 对 鱼 类 资 源 造 成 严 重 影 响 1.3 库 区 生 境 变 化 巨 大 水 库 的 建 设 对 库 区 生 境 影 响 巨 大 库 区 水 流 速 度 减 小, 水 体 纳 污 能 力 和 自 净 能 力 下 降 特 别 是 在 水 库 支 汊 区 域, 水 体 污 染 物 很 难 扩 散 ; 而 且 水 库 水 体 深 度 较 大, 水 温 会 产 生 分 层, 水 库 下 泄 的 低 温 水 对 下 游 水 生 生 物 和 农 田 灌 溉 都 会 产 生 不 利 影 响 ( 蔡 其 华,2006) 上 述 原 因 导 致 水 质 恶 化 水 体 富 营 养 化 甚 至 爆 发 水 华 的 可 能 性 增 大 2003 年 三 峡 水 库 蓄 水 后, 三 峡 库 区 部 分 支 流 出 现 了 多 次 不 同 程 度 的 水 华 现 象,2006 年 仅 2~3 月 份 就 累 计 发 生 10 余 起 ; 库 区 会 产 生 水 温 分 层 的 现 象, 水 温 的 改 变, 对 水 域 生 态 系 统 的 影 响 是 巨 大 的 春 夏 季 节 水 库 下 泄 的 低 温 水, 对 鱼 类 的 直 接 影 响 是 导 致 繁 殖 季 节 推 迟 当 年 幼 鱼 的 生 长 期 缩 短 生 长 速 度 减 缓 长 江 流 域 中 一 些 大 型 水 利 枢 纽 是 季 调 节 年 调 节 甚 至 多 年 调 节 的, 当 这 些 梯 级 水 库 的 影 响 进 行 叠 加 时, 对 下 游 水 温 的 影 响 将 是 很 大 的 ; 水 流 变 缓, 库 尾 库 区 大 量 的 泥 沙 沉 积, 不 仅 影 响 水 库 的 使 用 寿 命, 而 且 将 使 河 床 发 生 改 变, 生 境 多 样 性 丧 失, 底 栖 动 物 减 少, 对 生 态 环 境 造 成 影 响 2 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 水 库 调 度 要 素 现 行 的 水 库 调 度 对 水 库 下 游 生 物 资 源 的 保 护 重 视 不 够, 在 进 行 防 洪 和 兴 利 调 度 的 同 时, 没 有 考 虑 其 对 下 游 生 态 的 影 响, 以 至 长 期 累 积 下 来 的 生 态 环 境 的 反 作 用 以 各 种 方 式 显 现 出 来 因 此, 基 于 保 护 流 域 生 物 资 源 目 标 的 水 库 调 度 可 以 考 虑 以 下 要 素 2.1 生 态 需 水 量 以 前 没 有 考 虑 河 流 生 态 情 况 下, 水 库 一 般 考 虑 防 洪 发 电 和 航 运 等 优 化 调 度 目 标 如 果 要 考 虑 河 流 生 态 的 要 求, 还 要 使 河 流 径 流 过 程 落 在 适 宜 生 态 径 流 过 程 区 间 上, 不 允 许 各 个 时 段 的 下 泄 径 流 量 小 于 适 宜 的 生 态 径 流 量 根 据 国 内 外 对 河 道 生 态 需 水 目 标 的 研 究 和 本 例 特 点 (DunbarM Jetal,1998; 杨 志 峰 等,2003), 共 设 置 了 3 种 控 制 模 式, 形 成 5 种 流 量 控 制 方 案 (1) 未 专 门 提 出 下 游 生 态 需 水 要 求 的 调 度 方 案 A 1 : 流 量 约 束 为 :Q t 0 (2) 满 足 最 小 生 态 需 水 要 求 的 调 度 方 案 A 2 :Q t 采 用 Tennant 法 设 定 非 汛 期 (11 月 ~5 月 )Q t 取 年 平 均 流 量 的 40%, 汛 期 (6 月 ~10 月 )Q t 取 年 平 均 流 量 的 60% 方 案 A 3 :Q t 采 用 逐 月 频 率 计 算 法, 取 各 月 95% 保 证 率 下 的 流 量 值 方 案 A 4 :Q t 同 样 采 用 逐 月 频 率 计 算 法, 但 取 各 月 90% 保 证 率 下 的 流 量 值 (3) 尽 量 维 持 径 流 天 然 水 文 特 征 的 调 度 方 案 A 5 :Q t 大 于 t 时 段 天 然 流 量 序 列 中 最 低 值, 小 于 t 时 段 天 然 流 量 序 列 中 最 高 值 本 文 根 据 三 峡 水 库 下 游 主 汛 期 为 7~9 月 份 副 汛 期 为 4~6 月 份 和 10~12 月 份 ( 分 别 与 四 大 家 鱼 的 产 卵 期 和 中 华 鲟 的 产 卵 期 相 对 应 ) 枯 水 期 为 1~ 3 月 份 的 实 际 情 况, 在 枯 水 期 和 主 汛 期 采 取 Tennant 法 计 算 河 流 适 宜 的 生 态 需 水 量, 在 副 汛 期 采 取 流 速 - 流 量 关 系 法 计 算 河 流 适 宜 的 生 态 需 水 量, 计 算 断 面 选 用 宜 昌 站 因 为 长 江 干 流 四 大 家 鱼 产 卵 的 平 均 流 速 为 0 95~1.3m/s( 易 伯 鲁 等,1988), 中 华 鲟 产 卵 期 的 适 宜 流 速 范 围 是 1 00~1.66m/s( 危 起 伟,2003), 故 计 算 副 汛 期 适 宜 生 态 需 水 量 时, 相 应 的 流 速 可 取 为 1.0m/s 根 据 宜 昌 站 断 面 的 基 本 水 文 资 料, 建 立 宜 昌 站 流 速 流 量 关 系 为 :Q 1 =8154.7V 1594, 故 宜 昌 站 副 汛 期 的 生 态 需 水 量 为 8154m 3 /s 宜 昌 站 下 游 的 生 态 需 水 量 计 算 结 果 如 表 1 表 1 长 江 中 下 游 河 道 适 宜 生 态 需 水 量 计 算 结 果 Tab.1 Thecalculateresultofsuitable environmentalflowattheyichangdownstream 断 面 生 态 水 适 宜 生 态 需 月 份 -1 名 称 文 季 节 水 量 /m 3 s 宜 昌 枯 水 期 1~3 5782 宜 昌 汛 期 7~9 23625 宜 昌 副 汛 期 4~6 10~12 8154 2.2 生 态 洪 水 水 库 的 径 流 调 节 使 坝 下 河 流 自 然 涨 落 过 程 弱 化, 一 些 对 水 位 涨 落 过 程 要 求 较 高 的 漂 流 性 产 卵 鱼 类 繁 殖 受 到 影 响 宜 昌 站 为 三 峡 大 坝 控 制 下 的 第 一
136 第 2 卷 第 2 期 水 生 态 学 杂 志 2009 年 3 月 个 水 文 站, 研 究 表 明, 三 峡 坝 下 的 宜 昌 站 每 年 5~6 月 份 的 总 涨 水 日 数 与 宜 都 江 段 四 大 家 鱼 苗 发 江 量 的 相 关 系 数 达 到 0 72 统 计 1945~1976 年 中 4 月 1 日 ~6 月 10 日 的 天 然 情 况 下 32 年 宜 昌 水 文 站 的 洪 水 脉 冲, 在 这 71d 内 平 均 有 27d 涨 水, 占 天 数 的 38%, 最 多 47d 左 右, 最 少 为 15d 涨 水 形 式 有 2 种 : 有 78% 的 为 从 发 生 小 洪 水 脉 冲 开 始, 峰 量 逐 渐 增 大, 最 后 发 生 的 洪 水 脉 冲 最 大, 这 种 涨 水 形 式 简 称 从 小 至 大 型 ; 另 一 种 为 在 汛 前 涨 水 期 中 发 生 洪 水 脉 冲 较 大, 而 在 开 始 和 结 束 时 发 生 较 小 的 洪 水 脉 冲 形 式, 这 种 涨 水 形 式 简 称 小 大 小 型 这 些 洪 水 脉 冲 发 生 对 刺 激 四 大 家 鱼 的 产 卵 有 非 常 重 要 的 生 态 学 意 义 ( 余 文 公,2007) 2.3 生 态 因 子 生 态 调 度 要 控 制 各 种 生 态 因 子 变 幅, 使 之 落 在 天 然 状 况 的 变 化 范 围 之 内 如 温 度, 它 直 接 或 间 接 影 响 生 物 的 生 长 发 育 繁 殖 形 态 行 为 和 分 布 等 ( 刘 建 康,1995) 在 水 生 生 态 系 统 中, 环 境 温 度 是 鱼 类 生 长 发 育 最 重 要 的 气 候 因 子, 各 种 鱼 类 一 般 都 有 自 己 的 最 适 生 长 温 度, 例 如 四 大 家 鱼 的 最 适 温 度 为 23~28 由 于 水 库 一 般 都 有 水 温 分 层 现 象, 水 库 放 水 方 式 要 考 虑 是 深 层 取 水 还 是 表 层 取 水, 不 同 的 取 水 方 式 对 水 温 有 很 大 的 影 响, 而 鱼 类 的 繁 殖 对 水 温 的 要 求 非 常 严 格, 如 : 四 大 家 鱼 产 卵 的 温 度 在 18~26, 主 要 在 21~24 水 温 条 件 下 产 卵 ( 蔡 为 武,2001) 因 此 水 库 调 度 就 要 在 重 要 鱼 类 生 长 繁 殖 季 节 注 意 放 水 时 取 水 方 式 此 外 还 有 其 他 单 项 的 生 态 因 子 如 营 养 盐 溶 解 氧 ph 值 透 明 度 等 3 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 水 库 调 度 方 案 水 库 的 常 规 调 度 中, 并 没 有 考 虑 上 述 面 向 流 域 生 物 资 源 保 护 的 要 素, 本 文 考 虑 这 些 生 物 资 源 保 护 要 素 作 为 约 束 条 件, 建 立 长 期 优 化 模 型 并 利 用 差 分 进 化 算 法 (DE) 对 其 进 行 求 解 3.1 目 标 函 数 水 电 站 优 化 调 度 主 要 有 2 类 优 化 准 则 : 一 是 发 电 量 或 发 电 效 益 最 大, 二 是 总 蓄 能 最 大 本 文 采 用 总 发 电 量 最 大 作 为 优 化 准 则, 其 目 标 函 数 描 述 如 下 : S num E=max i=1 t=1 T K i H i,t Q f i,t t (1) 其 中,E 为 总 发 电 量,S num 为 电 站 数 目,T 为 时 段 数,K i 为 第 i 个 电 站 的 出 力 系 数,H i 为 i 电 站 t 时 段 水 头,Q f i,t 为 i 电 站 t 时 段 发 电 引 用 流 量, t 为 时 段 长 度 3.2 约 束 条 件 t (1) 水 位 ( 库 容 ) 约 束 :Z i,t Z i,t Z i,t (2) 出 力 约 束 :N i,t N i,t N i,t (3) 流 量 约 束 :Q i,t Q i,t Q i,t (4) 水 量 平 衡 方 程 :V i,t+1 =V i,t +(I i,t -Q i,t ) (5) 水 库 间 的 水 力 联 系 :I i,t =Q i-1,t-τi-1 +q i,t (6) 生 态 约 束 :Q st Q i,t 其 中,Z i,t Z i,t N i,t N i,t Q i,t 和 QZ i,t 为 水 位 出 力 流 量 的 上 下 限 ;V i,t 和 V i,t+1 分 别 为 第 i 个 电 站 第 t 时 段 的 初 始 库 容 和 末 库 容 ;I i,t 和 Q i,t 分 别 为 第 i 个 电 站 第 t 时 段 的 入 库 流 量 和 出 库 流 量, 出 库 流 量 Q i,t 为 发 电 引 用 流 量 Q f i,t 和 弃 水 流 量 Q s i,t 之 和 ;Q i-1,t-τi-1 为 上 游 电 站 的 出 库 流 量,τ i-1 为 第 i-1 个 电 站 到 第 i 个 电 站 的 水 流 流 达 时 间,q i,t 为 电 站 i 在 时 段 t 的 区 间 入 流 为 实 现 流 域 的 生 物 资 源 保 护, 调 度 方 案 将 按 照 适 宜 生 态 需 水 量 的 要 求 进 行 流 量 约 束, 对 应 表 达 式 为 Q i,t Q st,q st 为 适 宜 生 态 需 水 量 根 据 上 文 计 算 所 得 宜 昌 站 下 游 的 适 宜 生 态 需 水 量, 在 枯 水 期 的 1~3 月 份, 出 库 流 量 不 能 小 于 5 782m 3 /s; 在 汛 期 的 7~9 月 份, 出 库 流 量 Q i,t 不 能 小 于 23625m 3 /s; 在 副 汛 期 的 4~6 月 份 和 10~12 月 份, 出 库 流 量 Q i,t 不 能 小 于 8154m 3 /s 3.3 差 分 进 化 算 法 (DE) DE 以 实 数 编 码, 包 括 变 异 交 叉 和 选 择 3 种 基 本 操 作 DE 通 过 对 个 体 叠 加 差 分 矢 量 来 生 成 新 的 个 体, 具 体 而 言, 通 过 式 (2) 对 第 g 代 的 每 一 个 个 体 x g i 实 施 变 异 操 作, 得 到 与 其 相 对 应 的 变 异 个 体 i 设 种 群 规 模 为 NP, 个 体 决 策 变 量 维 数 为 N(S Raineretal,1997) i =x g r 1 +F(x g r 2 -x g r 3 ) i=1,2,,n p (2) 其 中 :r 1,r 2,r 3 为 1~N P 之 间 的 3 个 互 不 相 同 且 不 等 于 i 的 随 机 整 数,x g r i 为 父 代 基 向 量, =x g r 2 -x g r 3 为 父 代 差 分 向 量,F 为 差 分 比 例 因 子 若 变 异 个 体 某 一 维 变 量 值 越 界, 则 将 其 取 值 定 为 边 界 值 进 行 变 异 操 作 后, 采 用 式 (3) 对 父 代 群 体 中 的 个 体 和 新 生 成 的 变 异 个 体 进 行 交 叉 操 作, 生 成 试 验 个 体 u g+1 i : u g+1 i,j { i,,j,if(random() CR)or = j=randomrange(1,n); x g i,,j, otherwise. (3) 其 中 :random() 为 [0,1] 之 间 的 均 匀 随 机 数,CR
2009 年 第 2 期 许 可 等, 基 于 流 域 生 物 资 源 保 护 的 水 库 生 态 调 度 137 [0,1] 为 交 叉 概 率,randomRange(1,N) 为 [1,N] 的 随 机 整 数 由 上 式 可 以 看 出, 试 验 个 体 至 少 有 1 位 由 变 异 个 体 贡 献, 其 他 位 则 是 按 概 率 CR 确 定 其 来 自 变 异 个 体 还 是 父 代 个 体 DE 采 用 贪 婪 策 略 来 决 定 父 代 个 体 还 是 试 验 个 体 被 保 留 : 父 代 个 体 与 试 验 个 体 进 行 比 较, 较 优 者 进 入 下 一 代 种 群 描 述 为 : x g+1 i = ug+1 i if u g+1 i isbeterthanx g i (4) { x g i otherwise. 采 用 三 峡 水 库 1959~2000 年 的 入 库 径 流 系 列, 表 2 常 规 调 度 和 生 态 调 度 的 下 泄 流 量 以 月 为 时 段, 选 取 来 水 频 率 为 50%, 把 考 虑 生 物 资 源 的 生 态 流 量 作 为 约 束 条 件, 利 用 差 分 进 化 算 法 (DE) 对 三 峡 水 库 长 期 优 化 模 型 进 行 求 解, 得 出 相 应 的 各 月 下 泄 流 量 与 常 规 调 度 的 下 泄 流 量 的 对 比 见 表 2 图 1 通 过 图 1 可 以 看 出, 在 1~5 月 份, 采 取 考 虑 生 物 资 源 保 护 的 生 态 调 度 的 下 泄 流 量 和 常 规 调 度 的 下 泄 流 量 的 差 别 是 比 较 明 显 的, 调 整 后 的 下 泄 流 量 可 以 有 利 于 长 江 流 域 鱼 类 的 产 卵 等 其 他 生 物 功 能 的 实 现 Tab.2 Flowbetweenecologicaloperationandconventionaloperation 调 度 方 式 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 常 规 调 度 5418 5613 5883 5977 16100 18300 29500 27300 25500 10530 10300 5950 生 态 调 度 5783 5783 6001 8155 13352 18300 29500 27300 25500 10530 10300 5950 图 1 生 态 调 度 和 常 规 调 度 的 下 泄 流 量 对 比 Fig.1 Comparisonofflowbetweenecological operationandconventionaloperation 在 此 基 础 上 还 要 在 综 合 发 电 航 运 调 度 的 要 求 下 仿 天 然 洪 水 过 程 进 行 人 造 洪 水, 按 照 洪 水 脉 冲 发 生 特 征 和 往 年 4~5 月 最 大 流 量 统 计 特 征 值 造 出 一 定 的 洪 水 过 程 本 文 认 为 比 较 可 行 的 方 法 是 模 拟 从 小 至 大 型 的 涨 水 形 式, 即 保 证 三 峡 水 库 调 度 的 坝 下 每 年 4 月 1 日 ~6 月 10 日 的 总 涨 水 日 数 应 维 持 在 27d 之 上 对 于 水 库 运 行 时 出 现 的 下 泄 低 温 水, 可 采 取 分 层 泄 水, 增 加 表 层 水 的 下 泄, 以 提 高 下 泄 水 温 ; 对 于 水 库 泄 水 导 致 下 游 气 体 过 饱 和 对 鱼 类 的 影 响, 水 库 调 度 应 考 虑 在 防 洪 安 全 的 条 件 下, 延 长 泄 流 时 段, 降 低 泄 流 强 度, 并 可 根 据 保 护 目 标 的 要 求, 合 理 组 合 泄 洪, 兼 顾 消 能 与 防 止 气 体 过 饱 和 4 结 语 水 库 调 度 是 关 系 到 全 流 域 尤 其 是 坝 下 区 域 生 态 的 重 大 事 件, 应 该 符 合 保 护 流 域 生 物 资 源 的 需 要 本 文 基 于 保 护 流 域 生 物 资 源 的 目 标, 针 对 长 江 中 下 m 3 /s 游 梯 级 水 库 长 期 优 化 调 度 问 题, 建 立 了 考 虑 生 态 需 水 量 生 态 洪 水 等 要 素 的 水 库 优 化 调 度 模 型, 通 过 优 化 计 算, 获 得 了 各 种 控 泄 方 案 下 的 出 库 流 量 过 程, 实 现 了 流 域 的 生 态 目 标 但 本 文 的 方 法 还 无 法 从 根 本 上 解 决 水 温 异 常 水 体 气 体 过 饱 和 等 问 题, 故 为 了 更 全 面 的 实 现 流 域 生 物 资 源 的 保 护, 还 必 须 结 合 其 它 生 态 修 复 技 术 参 考 文 献 : 蔡 为 武.2001. 水 库 及 下 游 河 道 的 水 温 分 析 [J]. 水 利 水 电 科 技 进 展,21(5):20-23. 蔡 其 华.2006. 考 虑 河 流 生 态 系 统 保 护 因 素 完 善 水 库 调 度 方 式 [J]. 中 国 水 利,(2):14-17. 陈 进, 黄 薇.2005. 梯 级 水 库 对 长 江 水 沙 过 程 影 响 初 探 [J]. 长 江 流 域 资 源 与 环 境,14(6):786-791. 程 根 伟.2004. 西 南 江 河 梯 级 水 电 开 发 对 河 流 水 环 境 的 影 响 及 对 策 [J]. 中 国 科 学 院 院 刊,19(6):433-437. 李 吉 顺, 陈 家 田.2001. 长 江 流 域 的 生 态 环 境 保 护 面 临 更 加 严 峻 的 形 势 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社 :175-178. 刘 建 康.1995. 高 级 水 生 生 物 学 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社. 危 起 伟.2003. 中 华 鲟 繁 殖 行 为 生 态 学 与 资 源 评 估 [D]. 北 京 : 中 国 科 学 院 研 究 生 院.75-76. 杨 志 峰, 崔 保 山, 刘 静 玲, 等.2003. 生 态 环 境 需 水 量 理 论 方 法 与 实 践 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社. 易 伯 鲁, 余 志 堂, 等.1988. 长 江 干 流 草 青 鲢 鳙 四 大 家 鱼 产 卵 场 的 分 布 规 模 和 自 然 条 件 [M]// 易 伯 鲁, 等. 葛 洲 坝 水 利 枢 纽 与 长 江 四 大 家 鱼. 武 汉 : 湖 北 科 学 技 术 出 版 社 :11-17. 余 文 公.2007. 三 峡 水 库 生 态 径 流 调 度 措 施 与 方 案 研 究 [D]. 南 京 : 河 海 大 学. 祝 兴 祥, 常 仲 农.2004. 中 国 水 电 环 境 保 护 现 状 与 对 策 [J]. 环 境 经 济 杂 志,(11):24-27.
138 第 2 卷 第 2 期 水 生 态 学 杂 志 2009 年 3 月 DunbarM J,GustardA,AcremanM C,etal.1998.Overseasap proachestosetingriverflowobjectives[r].r&dtech nicalreportw6-161,environmentagencyandnerc. SRainer,KPrice.1997.Diferentialevolution-asimpleandef ficientheuristicforglobaloptimization overcontinuous Spaces[J].JofGlobalOptimization,11(4):341-359. ( 责 任 编 辑 张 俊 友 ) TheEfectofDiferentReservoirOperatingonBiologicalResourceintheBasin XUKe,ZHOUJian zhong,guran,qinhui (ColegeofHydroelectricandDigitalizationEngineering, HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan 430074,China) Abstract:Thispaperexpoundsmanyman madechangesoverdiferentkindsofcirculationpaternsandimpactson theecosystemfunctionoftheriversystemswhenthelargedamconstructedacrosriver,ecologicalfunctionchanges onthecontinuityofriver procesbetweenthewetanddryseasonsandhabitatsoftheresevoirareaareanalysed. combinedwithpracticesofthreegorgeproject,withrespectivetotheecologicalrequirementoftheyichangsec tion,along-termoptimaloperationmodel,whichistomaximizethetotaloutputofpowergenerationofthereser voir,isestablishedandissolvedbyusingdiferentialevolutionmethod.thereservoirreleasedischargeprocesare obtained.basedontheresearch,wemaytakeartificialflood peakandwatertemperatureincreasementandother biologicalreconstructionitisproposedthatthelargedamsecologicaldispatchmeasurestoeasetheecologicalim pactofwaterresourcedevelopment. Keywords:ThreeGorgesReservoir;variationofhabitats;biologicalresource;ecologicaloperation