北方地区径流式电站减水段生态流量计算及修复方案研究——以丰宁县李家沟门电站为例

作     者：李星烨 

作者单位：河北农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郄志红;董传红

授予年度：2022年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：径流式水电站 减水段 River2d模型 生态流量 生态修复方案 

摘      要：径流式水电站的开发与建设在一定程度上改变了自然河道地形地貌和区域水文状况,对原有的河流生态系统产生了冲击。其中一个主要影响是会在取水坝下游产生一定长度的减水段,破坏了原有的河流生态系统。径流式水电站是北方地区主要的水电开发形式,分析研究减水段生态流量的计算及生态修复方案的制定,对恢复北方地区受水电开发影响的河流生态系统自然生境有重要意义。本文基于河流生态系统结构功能整体性概念模型,将滦河李家沟门河段和拟建的李家沟门水电站作为背景,实地测量收集数据,并依托River2d模型,构建了以鲫鱼、棒花鱼为目标鱼种的生境因子适宜性曲线,针对北方地区径流式电站减水段生态流量的计算及修复方案的制定两方面问题进行了详细的分析研究。本文的主要研究内容及成果如下:(1)以River2d模型为基础,整理出研究区域内1m3/s～20m3/s等7个典型流量工况下的水深流速分布情况,基于相关研究,分析水电站建成后对水流流态的影响。模拟结果表明李家沟门水电站建成后确实会导致河段内水域覆盖面积、水深流速分布情况、栖息地水深流速多样性指数、目标鱼加权适宜栖息地面积(WUA)等指标发生一定程度的改变,从而影响河流生态系统的正常运行。(2)分别以多年连续水文数据、实测典型断面数据、实测地形和目标鱼种生境适宜度曲线为依据,采用Tennant法、湿周法、生境模拟法三种方法对适宜生态流量进行计算,并结合气候等因素,对不同情况下的结果进行分析比选,并最终确定了针对11月～次年3月、4月～10月两个时段和基于鲫鱼、棒花鱼两种目标鱼种及河流生态系统整体稳定性等不同情况的适宜生态流量理论值,其中11月～次年3月适宜生态流量理论值为0.309m3/s,4月～10月适宜生态流量理论值为5m3/s,为北方地区径流式水电站下游适宜生态流量的确定方法提供了一定的参考。(3)基于水电站建成后上游拟设计下泄的1m3/s生态流量下的水深流速分布情况,选择了5个对目标鱼种生境不利的区域,并针对每个区域分别设计了以河道纵向深槽、深潭-浅滩序列及生态堰坝三种工程措施为方法的修复方案,通过模拟验证了修复有效性。模拟结果表明,在不改变入流流量的前提下,5个区域在修复后对两种目标鱼的生境适宜度均有一定程度的上升,且当流量继续增加时,修复后的地形有增强水环境承载力等方面的作用,证明针对5个区域的减水段生态修复是有效的,为北方地区径流式水电站修复方案的制定提供了一定参考。