4　环境风险与风险防控

水利水电工程建设是局部改变水土环境的一项基础建设,往往具有防洪、发电、供水、灌溉、航运、养殖、旅游等综合利用功能,有净化水质、改善库边四周小气候等正面作用,但也可能阻断原有航道、鱼道；可造成水库淤积；或因回水影响、下泄不畅而增加上游河段防洪压力；也可因库尾泥沙淤积而影响港口通航功能；还可因库尾地下水位抬高,导致耕地次生盐碱化和沼泽化；长距离引水式电站脱水段的减水、断水,可能影响沿河人民生活生产用水及环境供水,可能影响物种和气候的某种变化；清水下泄可能造成下游河道冲刷、湿地退化、生态失衡与海水倒灌；不合理的弃水会加大下游防洪压力等负面作用。面对这些复杂的关系,在发展中构建和谐的环境,并对这些负面作用加以防范,是水利水电工作者的责任。

4.1　盐锅峡电站水库淤积及其影响

盐锅峡电站位于甘肃省永靖县刘家峡水电站下游30km,距兰州市70km,是黄河龙羊峡至青铜峡河段第八级电站。库容2.7亿m3,枢纽由左岸混凝土重力副坝、宽缝重力坝、隔墩坝段、实体重力溢流坝、右岸重力副坝和坝后式厂房共20个坝段组成,最大坝高57.20m,坝长321.00m,9台机组总装机40.2万kW。工程1958年9月开工,1961年11月第一台机组发电。

该工程投产40多年来运行正常,但曾存在着下述问题：

(1)枢纽布置中未考虑排沙设施,电站进水口低于溢流堰顶9m,运行4年后,1964年库容损失71%,水库已趋于冲淤动平衡状态,成为径流式电站。汛期清水从溢流堰下泄,较粗泥沙过机,水轮机过流部件磨损气蚀严重。

(2)下游消能建筑物屡遭破坏,一级消力池被冲毁,下游河床严重冲刷,只得修建2级消力池。

(3)坝基缓倾下游偏右岸的砂岩中夹105条软弱夹层,长期运行后软弱夹层软化,影响重力坝抗滑稳定。

现就其中泥沙问题介绍如下：

(1)泥沙淤积与库容损失。盐锅峡水库淤积可分为4个阶段(表3.4-1)：

1)刘家峡水库修成前。1960—1968年上游刘家峡水库尚未建成,泥沙经黄河上游河道及大夏河和洮河直接进入水库,年输沙量9170万t。1961年11月发电后,库水位维持在高程1616～1617m。1964年为大沙年,库容损失率迅速达71%。1964年后水库时冲时淤,以淤为主,库容损失率达77.1%,水库由日调节水库变为径流式水库。

2)刘家峡水库运行初期(1969—1976年)。刘家峡水库1968年蓄水,拦截上游大部分来沙,盐锅峡水库淤积状态暂时好转,由淤积为主转为冲刷为主,相应库容损失系数由77.1%降为73.8%,但由于汛期一部分细沙排出库外,水库泥沙粗化,加剧了发电引水过流部件和水工建筑物磨损。

3)刘家峡水库中洮河库区死库容淤满后(1977—1986年)。刘家峡水库总库容57亿m3,死库容15.5亿m3,其中有相当一部分位于洮河汇入口。洮河是黄河上游重要产沙河流,刘家峡水库蓄水后,洮河口死库容很快淤满,刘家峡坝前淤积面迅速抬高,加大出库排沙量,盐锅峡水库时冲时淤。

4)龙羊峡水库蓄水后(1986年后)。1986年龙羊峡水库蓄水,虽拦截上游黄河干流来沙,但由于主要产沙河段位于龙羊峡以下,随着刘家峡水库的损失,洮河泥沙越来越多地排到盐锅峡,盐锅峡水库淤积加重,库容损失率加大至77.1%。

(2)泥沙磨损水轮机过流部件。盐锅峡位于黄河上游,虽有龙羊峡、刘家峡拦截来沙,但泥沙的平均粒径较大,达0.014～0.0385mm,且硬度大于5的坚硬矿物含量占总量的96%～98%,矿物成分以棱角状石英为主,平均硬度为7。由于盐锅峡水轮机叶片硬度一般为4.5,高速含沙水流对水轮机过流部件具有一定的冲击和切削能力,不但使过流部件表面产生磨损,而且为气蚀创造了条件。

大量泥沙过机,使水轮机部件严重磨损,水力损失加大,机组效率降低,导叶间的间隙增大(最大20mm),关闭不严,漏水严重,停机困难,停机后钢管充满水,快速闸门无法开启,机组检修周期缩短,机修工期延长,工作量加大。如1965—1966年大修间隔仅10个月,两次大修间机组运行时间从30000h缩至6733h,一次大修最长历时113d,耗用焊条多达4320t。

(3)泥沙淤积对溢洪闸门启闭的影响。盐锅峡水库修建,前天然河道主流位于左岸,水库建成后由于溢流坝位于右岸,主河道移至右岸。泥沙淤积后,水库形成沟槽,沟槽从左岸老虎嘴挑向右岸溢流坝前,然后因机组发电用水,在发电厂房前形成“L”形沟槽,在坝前形成一个反时针回流区。

因上游龙羊峡、刘家峡水库拦洪,盐锅峡水库弃水大为减少,过闸流量和溢流坝闸门开启次数明显减少,右端6#溢流坝前成为静水区,闸门前泥沙淤积,汛期提升闸门困难,2h才勉强提升10cm,影响大坝泄洪安全。

(4)堵塞电站用水管道。电站机组本身用水直接在坝前取水,1963年大修时发现各冷却管道和冷却器端盖内有泥沙及杂草,机组运行时冷却器出现冷热不均现象,冷却效率下降,机组上导轴承和推力轴承及发电机线圈温度过高,曾被迫停机清理。尽管对冷却器进行了改造,但1986年汛期停机清理1469次,机组温度过高迫使各台机组限制负荷运行,甚至使6台机组空转,经济损失严重。

(5)泥沙对机组进水口快速闸门的影响。机组进水口快速闸门开启,须先对输水管充水,一旦泥沙淤堵管道和阀门,或杂草堵塞了导叶间的缝隙,就会影响机组按时投入运行。

(6)泥沙对电站排水系统的影响。电站排水廊道由6台排水泵抽水。由于汛期泥沙在排水井落淤,水泵吸水管被埋入泥沙中,底阀堵塞,且磨损严重,水泵不能正常开启,底阀关闭后仍然漏水。为保证排水,防止水淹厂房,每年需投入大量人力维修水泵并处理集水井中泥沙。

(7)泥沙及漂浮物压垮拦污栅。黄河源头龙羊峡河段地表植被较好,龙羊峡至盐锅峡河段有隆务河、大夏河、洮河汇入,带来大量泥沙,同时也带来大量杂草污物。平水年时年均草量约2100m3,丰水年年均草量约3000m3,来草主要集中于汛期,一般洪峰略早于沙峰,沙峰又略早于草峰,洪水涨峰时草多,落峰时草少。1961年11月28日盐锅峡4#机组正式投产,当时净库容较大,库水流速较小,且水草比重在1.06～1.13,沙草处于落淤状态,未发现拦污栅被堵塞现象。1962年汛后,沙草开始堵塞拦污栅。1964年汛期洪峰大,杂草污物多,8月12日,3#机组拦污栅压差高达6.92m,比设计压差4.0m大75%,拦污栅压垮,机组被迫停机600多h,继后汛期拦污栅均有不同程度淤堵现象。据统计,1964—1968年间,因沙草堵塞被迫停机清污,损失电能25亿kW·h,再加上未停机机组效率降低,其损失更大。

1964年压垮拦污栅后,采取5道措施：拦污网、挖泥船、吹扫筒、活动拦污栅、回转式拦污栅等。实践证明：拦污网只能阻拦漂浮于水面的浮草,并不能挡住潜入水下的杂草；挖泥船和吹扫筒对大量泥沙淤积效果甚微；拦污栅的栅条改为圆形断面,且间距从10cm加大到20cm,便于拦污栅在不停机情况下使用。

为了防止泥沙淤积,采取下列措施：

(1)汛前对闸门进行提门试验,检修水封,定期对溢流闸门前泥沙淤积高度进行量测,当淤积高度超出堰顶1.0m时,提门冲淤。

(2)为防止工业用水管和空气冷却器管口堵塞,造成机组温度升高,在蜗壳取水管前增设拦污网,附加过滤器,把冷却器改为可逆式,堵塞后可反向冲淤,并把两组串联的冷却器改为并联,增大冷却器的压力和过水流速。

(3)机组进水口快速闸门上加装2个充水阀,取代旁通管,即提升快速闸门前,先提起充水阀充水,待闸门前后水位平衡时,再开启快速闸门。

(4)为防止泥沙淤堵排水泵底阀,在排水泵的吸水管上增设两道内冲沙管和一道外冲沙管,分别扰动吸水管内和底阀周围的泥沙。

(5)采用镍铬不锈钢焊条对水轮机气蚀磨损部分大面积堆焊,并尽量打磨光滑,对水涡轮、导叶的间隙气蚀,利用不锈钢板对间隙进行气焊处理。

4.2　东江水电站环境长期监测成果

东江水电站地处湖南省东南部耒水河上游,库容81.2亿m3,工程任务以发电为主,兼有防洪、航运、供水、养殖等任务。枢纽工程由混凝土双曲拱坝、两岸潜孔滑雪道式溢洪道、引水道、坝后式电站厂房、左岸和右岸放水洞、过木设备等六部分组成,下游9km还有小东江反调节水库。东江混凝土双曲拱坝坝高157m,装机500MW。

该工程1986年8月2日下闸蓄水,1990年建成。从1983年起即开始对当地气候、水文、水质、水生生物、陆生生物、社会经济、人群健康、土地利用等开展环境调查工作,1986年下闸蓄水后,又增加水温、水土流失、农业生态等跟踪监测,共设置117个环境监测站,取得大量实测数据、图片和文字资料。得出如下结论：

(1)水电站装机500MW,年发电量13.2亿kW·h,给华南电网提供了大量清洁能源,为香港、广东、湖南提供了清洁水源,使下游1.07万亩耕地免除洪水灾害。

(2)水库淹没13个乡69个村庄,淹没耕地3811.3hm2,侵占森林6552.3hm2,移民53519人。

(3)水库的兴建,库水位的抬高,使原河流水流流速变缓,原20～40m宽的水面变成平均2km宽的库面,水库周围湿度增加,年温差减少,有利于作物病虫害过冬,并加速其生长发育,病虫害指数比其他地区高10.5%～59.4%。由于水库对气温的调节作用,早晚水稻生育期延长1～3d,油菜缩短2～3d,总体减产4%～75.5%,但对柑橘和其他经济作物极为有利。

(4)经水库调节,下泄流量均匀,年变幅由原395.8m3/s变为154.8m3/s,提高了下游防洪标准,提高了下游工业生产和农业灌溉用水保证率,增加了下游9个电站的保证出力,改善了上游航运条件,也使下游航运水深更趋均匀。

(5)水库水温随水深变化。0～5m为表温层,随气温而变化；5～40m为跃温层；40m下为滞温层,水温基本为稳定状态,7—8月为15℃。下泄水温也为15℃,为低温水,明流126km后方才恢复。低温水灌溉对农作物产量有一定影响,生产期一般推后5d,但对工业冷却水有利。

(6)生活、农业灌溉、工业废水、水上交通、旅游等废物废水排入水库,水库污染加剧,污染负荷比增至936,增幅396%,特别在库叉及污染源排放区内,水质明显下降。库中由于水体自净、降解作用,有机质、磷、氮及重金属的含量,比建库前有所降低。

(7)由于水库蓄水,截至1995年,滑坡塌岸75次,地基下沉15次。

(8)淹没的3811.3hm2耕地中,80%为水田,大多为土质肥沃的冲积河漫滩及Ⅰ～Ⅱ级阶地上的良田。移民后,安置耕地1638.3hm2,水田仅占9%,土地质量较差,对移民生活有一定影响。

(9)由于安置移民生产开发,引起水土流失,土壤侵蚀量达63.6万t/a,土壤侵蚀模数最高达6000t/(km·a),生态环境4～5年后可恢复。

(10)本地原无珍稀特有植物,水库环境改善及人工植树丰富了植物类型,野生动物种类和数量增加。

(11)水库蓄水改变了原河流水生生态系统,建立了新的水生生态系统。水库蓄水后,水体的营养水平提高,除底栖动物外,藻类、锥管束植物、水生微生物、浮游动物的种群、数量均有不同程度增加,种类增加1倍,数量增加1～6倍。鲤鱼鱼体内残毒分析表明,水库的建成减少了鱼类残毒的富集,但适宜流水生活的鱼类种类减少,大坝下游30km河段已形成不了渔业规模。

(12)水库建成对库区钩端螺旋体病、流行性出血热、疟疾传染病、甲状腺肿大等地方病几乎无影响,但促使鼠类向高处迁移,加大库边老鼠密度,对流行性出血热的爆发有一定促进作用。

(13)水库的建成形成160km2湖面、孤岛、狭峰,增添了旅游景观,夏季的清凉促进了旅游业发展；水库的建设打破了原有产业结构,搞活了地方经济,使其周边经济增长速度高于全市增长率。

4.3　环境风险的防控

(1)由东江水电站环境长期监测成果可见,水库的兴建对环境的影响是多方面的、复杂的,既有有利作用,也有负面效应。应扬其利、避其弊,慎重对待长距离引水所造成的较长河段的减水和断水问题,适当下泄生态流量,保证下游河段居民生活、生产及生态用水；要适应当地养殖业和航运业的需求,在发展中共同构建和谐社会。

(2)水利水电建设与环境建设是一个整体,也是一个平衡过程,不切实际的以环境、渔业、航运、生态等要求水利水电工程,将加大工程投资风险,对地方经济发展未必有利。

(3)加强环境监测工作,正确评价水利水电工程建设对环境的影响。