水库健康及其评估方法

水库健康及其评估方法

吴腾，等:水库健康及其评估方法 ,,, 水库健康及其评估方法 吴腾，张红武 (清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京,,,,,,) 摘要:水库具有兴利和灾害的双重特性，为监测水库的运行状态。充分发挥兴利作用，本文探讨了水库健康的内涵。根据 水库体系的特点，提出了水库健康指标选取时应遵循代表性、独立性、综合性、易操作性和稳定性的原则。根据水库健康的 概念和指标选取的原则，将水库的物理性质、水库的服务功能、水库的生态功能和水库的环境功能作为水库健康评估的,个 方面，并确定了每个方面的判别指标及其表达式。综合各项指标建立了水库健康的评估方法，绘制了水库健康评价标准 图。根据水库健康评价标准图选取最佳的水库健康修复方案。 关键词:水库健康;判别指标;评估;修复 人民生命财产的安全;洪水期间，水库没有足够, 前言 的兴利库容，水库的调蓄能力受到限制，不能有 水是人类赖以生存的资源，在人的生活以及 效削减洪峰，对下游的防洪安全的保障性降低;生产过程中起着不可代替的作用，然而降厣系?水库泥沙的大量淤积，使库区河床高程抬高，扩水资源并不丰富。为开发利用水资源，改善水资 大土地的盐碱化和沼泽化。水库变动回水区的源的时空分布，缓解水资源的供需矛盾，需要修 冲淤变化，影响正常航运，尤其是在航运较重要建各种水利工程，其中最有效的是兴建水库。水 的河流，水库常在回水区淤积，水深减小，容易堵库具有双重特性，既可以造福人类，也可以危害 塞航道。修建水库后，下泄水流含沙量变小，对社会。 下游河床冲刷加剧，河床调整十分剧烈，堤岸防 水库具有多种功能，若运用合理，可以发挥 护工程的布局与变化的水沙条件不相适应，引致巨大的经济效益。它可以通过合理调度来满足 河床变形或出现新险工段。此外，水库也会减缓周围地区灌溉、供水等方面的水量需求，尤其是 河道水体的流动，加重水污染，影响附近居民的在枯水年份，水库的水量调控

能直接缓解生物因 饮水健康。干旱缺水带来的生存压力;也可以用来发电、改 水库的兴利与危害是相互联系和转换的，其善航运、发展养殖;还可以用来调蓄洪水，削减洪 中相互转化的重要动力是水库的调节运用和外峰，防止洪涝灾害等。它们的总效益体现了水资 力扰动，因此，在水库修建后监测水库的运行状源的综合效益。建国以来，我国兴建了大约 况，据此进行调节，使水库处于良好的运行状态，,, ,,,多座水库，其中大型水库,,,多座，中型水 对提高防洪安全和充分利用水资源有重要的价库, ,,,多座。早在,,,,年，总蓄水工程的供水 值，对国民经济也有现实和长远意义。量相当于全国河川径流利用量的,,,，其后随着 ,水库健康的内涵龙羊峡、东江、白山、刘家峡等大型水库的逐步建成，我国的水资源的利用程度又大幅度提高…， 生态系统健康是由,,世纪,,年代加拿大学为经济发展做出了巨大的贡献。 者,;,,,,,和,,,,,,,提出口,，是国际学术界出现 另一方面，水库对人类也存在潜在威胁。水 的新兴研究领域，主要研究人类活动、社会组织、库在拦蓄洪水、调节水资源的过程中也拦蓄了水 自然系统及人类健康之间相互关系。健康的生流挟带的泥沙，泥沙大部分在进入水库后逐渐淤 态系统具有以下特征:不存在失调症状、具有很积，使水库库容迅速减小，尤其是多沙河流水库， 好的恢复能力和自我维持能力、对邻近的其他生这种情况尤为严重。泥沙的大量淤积，使得库容 态系统没有危害、对社会经济的发展和人类的健快速削减，水库的各种兴利效益也会受到较大影 康有支持推动作用旧,。随后，许多学者提出了河响。水库淤积使蓄水防洪抗旱库容不断损失，导 流健康的概念【,引，建立了相应的评估体系，并将致水

库防洪抗旱能力及综合效益降低，威胁城乡 其应用于黄河，针对健康状况提出重点解决的方 ,,, 第七届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集向。也有学者?刚对健康水库的内涵进行了初步 系的因素，使主要因素不至遗漏。探讨，并根据健康水库的内涵，构建了评价健康 (,)独立性。水库系统结构复杂，部分指标水

库的指标体系及评价模型。但是这方面的研 虽然表示方式不同，但反映的实质相同，在选择究并不多，水库健康概念也不十分确定。水库是 指标时应避免重复，防治重复考虑而影响其他因调节水资源的重要手段，与河流相似，也属于一 素。个系统。为了更好地了解水库的运行情况，人们 (,)综合性。对诸多系统要素要全面衡量，建立了水库健康的概念，并提出相应的评估指 进行综合分析和评价。同时又要突出具体，有代标，以便根据指标的不同情况有选择地进行治 表性指标的作用。理。 (,)易操作性。选取的指标要易于操作，所 ‘水库是人类生产活动的产物，主要目的是兴 需的资料也应不难获得，否则费用过高或者资料利。由于河流上修建了水库，相当于在河流系统 的精度达不到要求，均会影响对水库健康的评上增加了扰动，改变自然状况下的水沙条件，水 估。因此在构建评价指标体系时，要在尽可能简库健康主要应包括两方面:其一，是水库自身的 单的前提下，易于计算，并能在要求水平上有很各种功能的发挥;其二，是修建水库后，与水库相 好代表性的指标，使其具有较强的可操作性。联系的生态环境的变化。如果水库运行中各项 (,)稳定性。有些指标在社会发展的不同时功能效果发挥良好，且该水库对河流以及周围的 期有不同的要求，有些指标会随时间而改变，因生态环境影响不大，则该水库可以认为是健康状 而应尽量选择较为稳定的指标。况良好。反之，如果水库自身的功能发挥不如预 ,(,指标的选取期效果，或者对周围的生态环境产生较多的负面 对水库状况进行评估的目标是维持水库的影响，则认为水库是不健康的。故水库健康是指 健康，它是多因素的综合反映。根据水库健康的在不破坏周围生态环境功能的前提下，水库预期 概念和指标选取的原则，将水库健康用水库的物的各项功能发挥良好，其目标在于水库以及周围 理性质、水库的服务功能、水库的生态功能和水环境的可持续性发展，其实质是水库在变化着的 库的环境功能,个方面进行评估。自然与人类活动的环境中，能够保持系统各部分 (,)水库的物理属性。水库的生命状态优良间的相对平衡，实现正常的、有活力的系统

功能， 是水库存在和发挥效益的前提。水库生命状态并具有自我调整而趋于完善的能力。广义而言， 体现在,个方面:水库的使用寿命、水库的安全水库健康也就是人、水库和周围环境的和谐关 程度以及水库的自我调节能力。系，在人类利用水资源的同时，还要维持水循环 水库的使用寿命主要是指水库的淤积年限，的可再生性、水生生态的可持续性和水环境的可 与水库的入库水沙条件和出库水沙条件密切相持续性。此外，水库的健康与不健康是一个相对 关。水库的寿命越长，水库各项功能发挥的效益概念，它与地域和时间密切相关。比如，同一座 越大，水库越健康;反之，水库越不健康。水库的水库，同样的功能，在南方可以被认为是健康的， 淤积判别指标可表示为而到北方也可能被认为是不健康的。 ,,,,,,,, (,),水库健康的指标 式中,二妻荨銮霪霎雾翥晶水库淤积量。,(,选取原则 水库的安全程度主要是指水库蓄洪能力和 水库系统结构复杂、层次众多，系统各要素 泄洪能力。水库安全程度越高，越能保证水库的间相互作用、相互影响，水库健康的评指标体系 寿命;水库蓄泄能力越弱，水库的风险越大，越不也应是一个整体，不能因为强调健康的一方面而 利于水库的

长期运行。忽略其他方面的影响。为客观、全面、科学的衡 水库当前蓄洪能力可以表示为量水库健康状况，在确立评价指标体系时，应遵 ,,,,，,,, (,)循一定的原则。 式中,——当前水库库容; (,)代表性。根据水库的功能和当地的水沙 ,——设计阶段该时刻的水库剩余库容。条件，选择对水库功能发挥和环境影响有直接关 水库的泄洪能力可以表示为 吴腾，等:水库健康及其评估方

法 ,,, ,,,,？。,,？, (,) 式中,,,——各月目标供水量;式中现。——当前泄洪能力; ,，——各月实际供水流量。 现。——设计阶段该时刻的泄洪能力。 满足小于破坏深度的月数占总月数的百分 此外，水库的自我调节能力相当于水库机体 比，即设计供水保证率。的免疫力，反映水库对外界条件改变后的承受 航运是水资源综合开发利用中的另一个重力，是水库各项功能发挥的保证。 要组成部分，

航运效益的大小不仅直接关系到通 (,)水库的服务功能。一般而言，水库的主 航设施的等级和规模，有时甚至关系到整个工程要功能有:防洪、发电、供水、灌溉、航运。 能否兴建。尤其在一些原本通航的河道上，利用 防洪功能是采用滞洪和蓄洪的方法，利用水 水库径流调节，以维持航道最低通航水深，是改库的防洪库容来存蓄洪水，消减洪峰，改变天然 善天然航道的一个有效方法。因此此类水库必水库洪水过程，使其适应下游河道允许泄量的要 须考虑对航运的影响。求，以保证水库本身及上、下游的防洪安全。判 ,,,,,,,, (,)别指标表示为 式中,——该年通航天数; 。 ,,,,，,,,, (,) 瓦——,,设计通航天数。式中阢——当前防洪库容; 灌溉功能通常指对河道外的农业和城市用 阮——水库设计防洪库容。 水。农业用水包括灌溉、农村生活用水及畜牧饮 发电功能是利用天然水流的水能来产生电 水。能，水电站出力的大小主要由发电流量和发电净 ,,,，。,,由 (,)水头决定，减少弃水和增大水头可以提高发电 式中,，，——建库后灌溉供水量;量。 ,，。——灌溉需水量。 ,,,(,卵,,, (,) (,)水库的生态功能。水库修建后，改变了式中 卜时间，,; 河流的水沙运行条件，打破了原已建立的平衡， ,——发电流量，，,,’,,; 周围生态环境也会随着这种改变做相应的调整， 卜发电净水头，等于水库上、下游水位 达到新的平衡。从一种平衡转移到另一种平衡， 差减去水头损失,,，,; 有可能向好的方向转变，也有可能向坏的方向发 ,——发电量，,,?,; 展。建库后对生态的影响主要包括:河道水生物 ，,——机电效率系数。 种群的多样性、生态用水量和水库区域森林覆盖 判别指标可表示为 率。 ,,,,,,,, (,) 河道主要水生物种群的多样性反映物种的式中,——该年发电量; 丰富程度，是水库生态健康的判别指标之一，可 ,:——设计的发电量。 用水生物多样性下降指数表示。 供水功能主要是对居民、工业、商业、公共

事 ,,,,,,?, (,,)业和其他社会事业供水。供水的主要方式有以 式中?,——当前水库主要物种数量;供定需和均匀供水。以供定需是水库可供水量 ?,——建库前主