水利工程環境安全保障及泄洪消能技術研究

劉之平，劉曉波*

（中國水利水電科學研究院，北京 100038）

“國家重點研發計劃”

水利工程環境安全保障及泄洪消能技術研究

劉之平，劉曉波*

（中國水利水電科學研究院，北京 100038）

“水利工程環境安全保障及泄洪消能技術研究”（項目編號：2016YFC0401700）是國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項在“重大水利工程建設與安全運行”領域首批啟動的項目之一。項目成立了由著名水工水力學專家劉之平教授級高工領銜、11家單位200余名科研人員參加的科技攻關團隊，包括中國水利水電科學研究院、南京水利科學研究院、長江科學院等科研院所，河海大學、四川大學、天津大學、湖北工業大學、華北電力大學等高校，以及中國長江三峽集團公司、長江勘測規劃設計研究有限責任公司、南京河海科技有限公司等水利工程建設、設計、科研單位。

近些年來，我國的水利事業的改革發展取得顯著成效，“十二五”是水利投資規模最大、建設進度最快、改革力度最強、綜合效益最好、群眾受益最多的五年，在我國治水史上寫下了濃墨重彩的一筆。“十三五”期間，我國多座具有“大庫容、高水頭、大流量、流域環境條件復雜”等特點的重大水利工程又將相繼開工建設或建成，確保其環境安全是發揮水利工程正常功能、實現可持續發展的關鍵。我國已建的各類水庫9萬余座中，相當一部分由于水利工程設計建設、調度運行過程中的固有問題，以及流域經濟社會的迅速發展，已經出現了一些不容忽視的環境問題。根據主要環境問題的產生、發展位置，可分三個區域歸類水利工程的主要環境影響，即3大板塊的環境安全保障問題：第一是水庫庫區出現的泥沙淤積形成污染底泥累積、水庫分層引起的水體水質惡化、河道型水庫的富營養化和水華問題；第二是水庫樞紐區出現的泄洪消能霧化、振動和低頻聲波對工程周邊環境造成的影響；第三是水庫下游河道內出現的水庫下泄低溫水、環境流量不滿足、總溶解性氣體（TDG）過飽和等問題。可以看出，水質分層、富營養化、環境流量等既是老問題，也是新問題，而泄洪消能引起的霧化、振動、低頻聲波等則是近年來逐步受到關注的新問題，新老問題交織，給水利工程的建設、運行和管理帶來了不少的困擾。

為解決或緩解上述環境問題，一方面需要針對不同問題研發針對性技術，如去除水體內源污染的底泥處置技術、緩解水體分層的干擾技術、降低水體營養水平的生態治理技術等；另一方面，更需要從水工構筑物本身的選型、設計、建設、運行等不同環節進行優化，尋求根本的系統解決方案，包括研發環境友好型的泄洪消能工程、改進的水庫取水設施、多目標調度技術等。因此，本項目圍繞保障水利工程環境安全的技術需求，針對大型水利工程建設運行引發的環境和工程問題，擬在深入研究水利工程主要環境影響產生機制、泄洪消能系統的環境響應機理等科學問題的基礎上，解決庫區水質、下泄水溫與TDG的預測、環境流量配置、泄洪消能的環境影響評估等關鍵難題；形成多項關鍵技術、裝備，并選取典型工程開展技術應用示范，旨在形成系統緩解水利工程環境問題、保障水利工程環境安全的技術體系。

項目根據水利工程環境影響分區，采用凝練機制—優化設計—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，銜接庫區與下游的3大板塊、10個課題的研究體系與內容設置。板塊I（庫區水環境安全保障）包括3個課題，分別是：大型水庫分層的水質響應及影響緩解技術研究、河道型水庫富營養化機理與綜合調控技術研究、深水水庫沉積物污染特性與基底修復技術研究；板塊II（樞紐泄洪環境安全保障）包括4個課題，分別是：泄洪消能霧化對周邊環境的影響及緩解技術研究、泄洪誘發場地振動和低頻聲波機理及環境危害防控技術研究、低環境影響度的泄洪消能技術研究和泄洪消能環境影響綜合評價方法與技術研究；板塊III（下游環境安全保障）包括3個課題，分別是：深水水庫低溫水影響控制技術與裝備研究、水利工程環境流量配置與保障關鍵技術研究和泄水過飽和氣體形成機制與消減技術研究。

圖1 項目技術路線圖

項目擬采取原（異）位觀測、室內實驗、數值模擬等研究手段，突破水質分層緩解、水華調控、低溫水調控、環境流量保障、TDG調控、霧化及振動源減緩、泄洪環境影響風險評估及低環境影響大壩泄洪消能技術等多個方向的關鍵技術。項目擬選取三峽、向家壩、溪洛渡、烏東德等典型大型水利工程進行技術應用示范，有針對性的解決工程環境安全問題，計劃形成出版專著8～10部、發表論文200篇以上、授權發明專利20項以上的研究成果。

當前，在國家全面貫徹實施“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念之時，水利工程的綠色發展將更加成為水利工程建設運行的應有之義。以水利工程開發建設過程中的環境問題的緩解技術為對象開展研究，符合《關于加快推進生態文明建設的意見》中要求“在環境保護與發展中，把保護放在優先位置，在發展中保護、在保護中發展”的原則，對實現水利工程和環境保護和諧發展有重要意義。項目針對水庫的水質惡化、富營養化、低溫水、環境流量等問題開展研究，并形成相應的緩解技術，符合《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》對水利工程的建設調度運行提出的“開發利用水資源應維持河流合理流量”和水庫的合理水位，“防治江河湖庫富營養化”等要求；以受水利工程調控的河流水庫的水量、水質保障為重要研究內容，符合《水污染防治行動計劃》中提出的“維持河湖基本生態用水需求，重點保障枯水期生態基流”，“加大水利工程建設力度，發揮好控制性水利工程在改善水質中的作用”等要求；以水利工程建設、運行，尤其是泄洪消能過程中的若干環境問題開展研究，提出工程建設及水工建筑物的設計運行方案和環境影響緩解技術，并在多個大型水利水電工程開展示范研究，是對《國家水安全創新工程實施方案（2015—2020年）》的正確響應。通過本項目的實施，將更好的貫徹落實國家關于綠色發展以及生態文明建設的相關要求，也將為實現水利工程建設與環境和諧共贏提供關鍵的技術支撐。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.107

劉之平（1958—），男，教授級高級工程師，中國水利水電科學研究院，主要研究方向為水工水力學，E-mail:liuzp@iwhr.com。

*責任作者： 劉曉波（1978—），中國水利水電科學研究院，教授級高級工程師，主要研究方向為水利工程生態環境影響，E-mail: xbliu@iwhr.com。