簡(jiǎn)析大型壩之間的相互作用

修建大壩對(duì)于河流的形態(tài)和功能會(huì)造成巨大的影響，修建在大型河流上的一些壩常存在壩間序列問題。這些大壩彼此之間以獨(dú)特且復(fù)雜的方式相互作用，共同影響河流的自然特性。對(duì)這一特殊課題進(jìn)行研究的必要性、研究實(shí)例及其研究結(jié)果作了簡(jiǎn)要介紹。

大型河流;壩;環(huán)境影響;研究案例;案例分析;美國(guó)

1 研究背景

通過對(duì)上密蘇里河的狀況展開研究，來自美國(guó)地質(zhì)勘探局的研究人員表示,對(duì)位于大型河流上大壩的相互作用這一課題,必須投入更多的研究。

為此,美國(guó)地質(zhì)勘探局的研究人員對(duì)上密蘇里河大壩的一個(gè)案例進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明,大壩上游對(duì)于下游水庫壅水的河流動(dòng)力特性仍起著主要控制作用。根據(jù)該調(diào)查結(jié)果，認(rèn)為就大壩對(duì)河流的影響而言，必須對(duì)傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)加以完善，才能解釋河流上大壩影響彼此間的相互作用這一事實(shí)。

美國(guó)地質(zhì)勘探局水域部門的相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為,一直以來,都知道大壩對(duì)河流的形態(tài)和功能有著巨大的影響。然而，在過去,大壩的影響通常只是被作為單獨(dú)的課題進(jìn)行研究，而很少注意到其影響是如何沿著河流長(zhǎng)廊產(chǎn)生相互作用的。

2 研究過程

先前的研究人員已經(jīng)很好地記錄了大壩的下游效應(yīng)。處于正常狀態(tài)的大壩，通常可以影響該河流數(shù)百公里的河流段。大壩的上游影響已經(jīng)得到充分的考慮，特別是水庫泥沙的淤積,該影響可延伸至上游以上很多公里。

根據(jù)相關(guān)作者的研究成果，當(dāng)前被廣泛認(rèn)可的是,假設(shè)大壩的影響在時(shí)間、空間上是同時(shí)沿著大壩上游和下游逐漸減弱,直至系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的平衡。但是考慮到衰減需要極其長(zhǎng)的距離，該衰減會(huì)頻繁地受到其他大壩的干擾。該研究著重于對(duì)加里森(Garrison)大壩和歐和(Oahe)大壩展開,并且該研究報(bào)告于2013年刊登在人類世(Anthropocene)雜志上。作者假設(shè)認(rèn)為,如果大壩成縱向順序排列，那么它們各自的影響效應(yīng)以獨(dú)特且復(fù)雜的方式相互作用，從而產(chǎn)生顯著的動(dòng)態(tài)地貌。

有報(bào)道稱,在上密蘇里河上，加里森大壩在減少水庫泥沙補(bǔ)給的同時(shí)又在改變其粒徑組成，這些泥沙將被輸移到歐和水庫所形成的三角洲區(qū)域。相反地，由于上游建有加里森大壩，歐和大壩的回水作用會(huì)引起區(qū)域性的泥沙淤積和顆粒的成層化。在大壩運(yùn)營(yíng)過程中，由于季節(jié)和年代變化而發(fā)生大的水位變化和泄流量時(shí)，該影響效應(yīng)會(huì)更大。

研究中引進(jìn)了一個(gè)一目了然的形態(tài)學(xué)序列，該序列被稱作壩間序列。作者指出,壩間序列會(huì)同時(shí)受到大壩上游與下游的影響。壩間序列可能普遍存在于美國(guó)的大部分河流上,且也有可能在全世界的河流上都是常見的。

除了記錄密蘇里河上一個(gè)河流斷面在2011年洪水中所發(fā)生的巨大變化以外，該項(xiàng)重要研究的獨(dú)特貢獻(xiàn)還在于對(duì)概念模型的發(fā)展。這個(gè)模型為未來對(duì)受一系列大壩影響的河流展開研究,構(gòu)建了非常重要的框架。

基于實(shí)時(shí)的航空攝影資料、河流水位標(biāo)和橫截面的調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)加里森和歐和大壩進(jìn)行了仔細(xì)的分析之后，美國(guó)地質(zhì)勘探局的研究人員提出，必須建立一個(gè)概念模型，可以利用該概念模型來模擬相互作用的大壩對(duì)一條河流的物理特性(地貌)所產(chǎn)生的影響。該模型應(yīng)能適用于位于大型河流上的大壩，并且可以將河流劃分成許多有預(yù)見性地貌的區(qū)域。

3 研究成果

通過對(duì)加里森和歐和大壩實(shí)例展開分析研究，作者證明了當(dāng)下游水庫開始壅水時(shí)，上游大壩的影響效應(yīng)對(duì)河流的形態(tài)起著非常重要的控制作用。該研究報(bào)告指出，5個(gè)具有獨(dú)特的漸變地貌的河段被認(rèn)定為加里森河段，其中2個(gè)河段只受上游大壩的控制,而另外3個(gè)河段均由大壩的相互作用所控制。

研究人員也對(duì)美國(guó)本土的66條主要河流上的大壩所在區(qū)域的地理狀況展開了分析(列舉出來作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)參考)，從而確定了經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間大壩會(huì)以序列形式出現(xiàn)。在對(duì)66條主要河流進(jìn)行分析之后，明確了有404座大壩坐落于56條河流的主河道上;在50條河流上存在不止一座大壩，這說明總共有373座可能會(huì)以序列形式出現(xiàn)的大壩。這些大壩間的平均距離為99 km，32%的大壩間距為25 km或更小；41%的大壩間距小于100 km；26%的大壩與相鄰大壩的間距在1 000 km以內(nèi)。只有一個(gè)壩間序列的距離被確定是超過了1 000 km。

上述結(jié)果表明，有許多大型壩是按一定序列存在于美國(guó)的河流上。由于大壩之間的相互作用，如果大壩下游水體要恢復(fù)到上游的水體狀態(tài),則會(huì)需要數(shù)百公里的距離才能實(shí)現(xiàn)，而這些大壩彼此之間的距離則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所需的距離。

4 結(jié) 語

在過去，大壩的影響通常只是被作為單獨(dú)的研究對(duì)象，很少注意到該影響是如何沿著河流長(zhǎng)廊所產(chǎn)生的相互作用。

上述研究成果表明,超過80%的大型河流上的大壩之間均存在著相互作用。美國(guó)地質(zhì)勘探局的研究人員指出，大壩間的相互作用是普遍的，而且應(yīng)該得到更多的研究。

(曹 鵬 蔡羽燕 編譯)

2014-12-27

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