水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究综述

水坝泄水总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和可导致鱼类患气泡病甚至死亡,给水生态系统健康带来严重危害。近年来随着中国越来越多的高坝工程投入运行,水坝泄水气体过饱和对鱼类影响逐渐成为制约高坝泄水安全运行的重要生态风险。本文通过对国内外研究文献的梳理分析,结合研究团队近年来在该领域的研究成果,从鱼类耐受性响应、过饱和TDG规律、减缓技术以及发展动态等几个方面对水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究开展了回顾分析。首先面向中国长江上游特有鱼类保护需求,分析了溶解气体过饱和危害以及不同特征鱼类对溶解气体过饱和的躲避能力和耐受规律。在此基础上,从过饱和TDG生成和释放角度,揭示了水坝泄水溶解气体过饱和规律及其模拟预测方法,从工程措施、调度措施和生态功能利用措施三方面阐述了过饱和气体减缓技术及其工程应用现状。基于中国高坝工程泄水生态安全需求,开展了国内外发展动态分析,指出进一步深入揭示高坝泄水气体过饱和机制、完善和发展高坝泄水过饱和气体预测方法和技术、加强和深化过饱和TDG减缓技术的工程可行性研究、实施基于减缓过饱和TDG影响的流域梯级多目标优化调度、推进中国关于鱼类对过饱和TDG耐受标准的建立是当前面临的关键问题与技术挑战。本文成果旨在解决水坝泄水气体过饱和问题以及高坝运行生态安全保障研究提供思路借鉴和科学依据。

大渡河过饱和溶解气体原型观测研究

高坝泄洪会导致水中的总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和,其不利影响会持续较长范围,可能导致下游鱼类患气泡病甚至死亡。随着大量高坝的建成运行,这一生态环境问题更受关注。基于对大渡河水电站A的3年过饱和TDG原型观测数据,分析过饱和TDG生成释放的影响因素及其作用规律,并开展泄水方式优化的分析讨论。结果表明:不同的泄洪建筑物泄洪生成的过饱和TDG差异较为显著,深孔泄洪生成的TDG饱和度水平高于泄洪洞泄洪生成水平;TDG饱和度生成值与泄洪流量成较好的正相关关系,而与下游水位的关系并不显著;初始饱和度影响单位距离TDG饱和度降低值;水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,水深越小的河段释放系数越大。基于3年原型观测数据的分析结果,进一步提出水电站A过饱和TDG生成预测模型,并对汛期的大坝泄洪调度提出减缓过饱和TDG影响的优化建议:当流量小于泄洪洞泄洪能力(1384 m^3/s)时,采用泄洪洞泄洪;当流量大于泄洪洞泄洪能力且小于2600 m^3/s时,采用单深孔与泄洪洞联合泄洪,可将生成的TDG饱和度控制在129%以下。多年期的原型观测研究丰富了高坝泄洪过饱和TDG的原型观测成果,为进一步探究过饱和TDG机制和减缓措施提供重要基础数据和技术支撑,对水电开发河流的水生态保护具有一定意义。