水利工程環(huán)境安全保障及泄洪消能技術(shù)研究

劉之平，劉曉波*

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”

水利工程環(huán)境安全保障及泄洪消能技術(shù)研究

劉之平，劉曉波*

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

“水利工程環(huán)境安全保障及泄洪消能技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0401700）是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開(kāi)發(fā)利用”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)在“重大水利工程建設(shè)與安全運(yùn)行”領(lǐng)域首批啟動(dòng)的項(xiàng)目之一。項(xiàng)目成立了由著名水工水力學(xué)專(zhuān)家劉之平教授級(jí)高工領(lǐng)銜、11家單位200余名科研人員參加的科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，包括中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、南京水利科學(xué)研究院、長(zhǎng)江科學(xué)院等科研院所，河海大學(xué)、四川大學(xué)、天津大學(xué)、湖北工業(yè)大學(xué)、華北電力大學(xué)等高校，以及中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司、長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司、南京河海科技有限公司等水利工程建設(shè)、設(shè)計(jì)、科研單位。

近些年來(lái)，我國(guó)的水利事業(yè)的改革發(fā)展取得顯著成效，“十二五”是水利投資規(guī)模最大、建設(shè)進(jìn)度最快、改革力度最強(qiáng)、綜合效益最好、群眾受益最多的五年，在我國(guó)治水史上寫(xiě)下了濃墨重彩的一筆?！笆濉逼陂g，我國(guó)多座具有“大庫(kù)容、高水頭、大流量、流域環(huán)境條件復(fù)雜”等特點(diǎn)的重大水利工程又將相繼開(kāi)工建設(shè)或建成，確保其環(huán)境安全是發(fā)揮水利工程正常功能、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。我國(guó)已建的各類(lèi)水庫(kù)9萬(wàn)余座中，相當(dāng)一部分由于水利工程設(shè)計(jì)建設(shè)、調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中的固有問(wèn)題，以及流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了一些不容忽視的環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)主要環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生、發(fā)展位置，可分三個(gè)區(qū)域歸類(lèi)水利工程的主要環(huán)境影響，即3大板塊的環(huán)境安全保障問(wèn)題：第一是水庫(kù)庫(kù)區(qū)出現(xiàn)的泥沙淤積形成污染底泥累積、水庫(kù)分層引起的水體水質(zhì)惡化、河道型水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化和水華問(wèn)題；第二是水庫(kù)樞紐區(qū)出現(xiàn)的泄洪消能霧化、振動(dòng)和低頻聲波對(duì)工程周邊環(huán)境造成的影響；第三是水庫(kù)下游河道內(nèi)出現(xiàn)的水庫(kù)下泄低溫水、環(huán)境流量不滿(mǎn)足、總?cè)芙庑詺怏w（TDG）過(guò)飽和等問(wèn)題。可以看出，水質(zhì)分層、富營(yíng)養(yǎng)化、環(huán)境流量等既是老問(wèn)題，也是新問(wèn)題，而泄洪消能引起的霧化、振動(dòng)、低頻聲波等則是近年來(lái)逐步受到關(guān)注的新問(wèn)題，新老問(wèn)題交織，給水利工程的建設(shè)、運(yùn)行和管理帶來(lái)了不少的困擾。

為解決或緩解上述環(huán)境問(wèn)題，一方面需要針對(duì)不同問(wèn)題研發(fā)針對(duì)性技術(shù)，如去除水體內(nèi)源污染的底泥處置技術(shù)、緩解水體分層的干擾技術(shù)、降低水體營(yíng)養(yǎng)水平的生態(tài)治理技術(shù)等；另一方面，更需要從水工構(gòu)筑物本身的選型、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，尋求根本的系統(tǒng)解決方案，包括研發(fā)環(huán)境友好型的泄洪消能工程、改進(jìn)的水庫(kù)取水設(shè)施、多目標(biāo)調(diào)度技術(shù)等。因此，本項(xiàng)目圍繞保障水利工程環(huán)境安全的技術(shù)需求，針對(duì)大型水利工程建設(shè)運(yùn)行引發(fā)的環(huán)境和工程問(wèn)題，擬在深入研究水利工程主要環(huán)境影響產(chǎn)生機(jī)制、泄洪消能系統(tǒng)的環(huán)境響應(yīng)機(jī)理等科學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，解決庫(kù)區(qū)水質(zhì)、下泄水溫與TDG的預(yù)測(cè)、環(huán)境流量配置、泄洪消能的環(huán)境影響評(píng)估等關(guān)鍵難題；形成多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、裝備，并選取典型工程開(kāi)展技術(shù)應(yīng)用示范，旨在形成系統(tǒng)緩解水利工程環(huán)境問(wèn)題、保障水利工程環(huán)境安全的技術(shù)體系。

項(xiàng)目根據(jù)水利工程環(huán)境影響分區(qū)，采用凝練機(jī)制—優(yōu)化設(shè)計(jì)—措施防治—工程示范的完整鏈條研究思路，提出了以樞紐為中心，銜接庫(kù)區(qū)與下游的3大板塊、10個(gè)課題的研究體系與內(nèi)容設(shè)置。板塊I（庫(kù)區(qū)水環(huán)境安全保障）包括3個(gè)課題，分別是：大型水庫(kù)分層的水質(zhì)響應(yīng)及影響緩解技術(shù)研究、河道型水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化機(jī)理與綜合調(diào)控技術(shù)研究、深水水庫(kù)沉積物污染特性與基底修復(fù)技術(shù)研究；板塊II（樞紐泄洪環(huán)境安全保障）包括4個(gè)課題，分別是：泄洪消能霧化對(duì)周邊環(huán)境的影響及緩解技術(shù)研究、泄洪誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)和低頻聲波機(jī)理及環(huán)境危害防控技術(shù)研究、低環(huán)境影響度的泄洪消能技術(shù)研究和泄洪消能環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)方法與技術(shù)研究；板塊III（下游環(huán)境安全保障）包括3個(gè)課題，分別是：深水水庫(kù)低溫水影響控制技術(shù)與裝備研究、水利工程環(huán)境流量配置與保障關(guān)鍵技術(shù)研究和泄水過(guò)飽和氣體形成機(jī)制與消減技術(shù)研究。

圖1 項(xiàng)目技術(shù)路線圖

項(xiàng)目擬采取原（異）位觀測(cè)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等研究手段，突破水質(zhì)分層緩解、水華調(diào)控、低溫水調(diào)控、環(huán)境流量保障、TDG調(diào)控、霧化及振動(dòng)源減緩、泄洪環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及低環(huán)境影響大壩泄洪消能技術(shù)等多個(gè)方向的關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目擬選取三峽、向家壩、溪洛渡、烏東德等典型大型水利工程進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用示范，有針對(duì)性的解決工程環(huán)境安全問(wèn)題，計(jì)劃形成出版專(zhuān)著8～10部、發(fā)表論文200篇以上、授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利20項(xiàng)以上的研究成果。

當(dāng)前，在國(guó)家全面貫徹實(shí)施“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”五大發(fā)展理念之時(shí)，水利工程的綠色發(fā)展將更加成為水利工程建設(shè)運(yùn)行的應(yīng)有之義。以水利工程開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題的緩解技術(shù)為對(duì)象開(kāi)展研究，符合《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見(jiàn)》中要求“在環(huán)境保護(hù)與發(fā)展中，把保護(hù)放在優(yōu)先位置，在發(fā)展中保護(hù)、在保護(hù)中發(fā)展”的原則，對(duì)實(shí)現(xiàn)水利工程和環(huán)境保護(hù)和諧發(fā)展有重要意義。項(xiàng)目針對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)惡化、富營(yíng)養(yǎng)化、低溫水、環(huán)境流量等問(wèn)題開(kāi)展研究，并形成相應(yīng)的緩解技術(shù)，符合《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》對(duì)水利工程的建設(shè)調(diào)度運(yùn)行提出的“開(kāi)發(fā)利用水資源應(yīng)維持河流合理流量”和水庫(kù)的合理水位，“防治江河湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化”等要求；以受水利工程調(diào)控的河流水庫(kù)的水量、水質(zhì)保障為重要研究?jī)?nèi)容，符合《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中提出的“維持河湖基本生態(tài)用水需求，重點(diǎn)保障枯水期生態(tài)基流”，“加大水利工程建設(shè)力度，發(fā)揮好控制性水利工程在改善水質(zhì)中的作用”等要求；以水利工程建設(shè)、運(yùn)行，尤其是泄洪消能過(guò)程中的若干環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展研究，提出工程建設(shè)及水工建筑物的設(shè)計(jì)運(yùn)行方案和環(huán)境影響緩解技術(shù)，并在多個(gè)大型水利水電工程開(kāi)展示范研究，是對(duì)《國(guó)家水安全創(chuàng)新工程實(shí)施方案（2015—2020年）》的正確響應(yīng)。通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，將更好的貫徹落實(shí)國(guó)家關(guān)于綠色發(fā)展以及生態(tài)文明建設(shè)的相關(guān)要求，也將為實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)與環(huán)境和諧共贏提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.107

劉之平（1958—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，主要研究方向?yàn)樗にW(xué)，E-mail:liuzp@iwhr.com。

*責(zé)任作者： 劉曉波（1978—），中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樗こ躺鷳B(tài)環(huán)境影響，E-mail: xbliu@iwhr.com。