簡析大型壩之間的相互作用

簡析大型壩之間的相互作用

修建大壩對于河流的形態和功能會造成巨大的影響，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特且復雜的方式相互作用，共同影響河流的自然特性。對這一特殊課題進行研究的必要性、研究實例及其研究結果作了簡要介紹。

大型河流;壩;環境影響;研究案例;案例分析;美國

1 研究背景

通過對上密蘇里河的狀況展開研究，來自美國地質勘探局的研究人員表示,對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,美國地質勘探局的研究人員對上密蘇里河大壩的一個案例進行了分析，分析結果表明,大壩上游對于下游水庫壅水的河流動力特性仍起著主要控制作用。根據該調查結果，認為就大壩對河流的影響而言，必須對傳統的認識加以完善，才能解釋河流上大壩影響彼此間的相互作用這一事實。

美國地質勘探局水域部門的相關負責人認為,一直以來,都知道大壩對河流的形態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的課題進行研究，而很少注意到其影響是如何沿著河流長廊產生相互作用的。

2 研究過程

先前的研究人員已經很好地記錄了大壩的下游效應。處于正常狀態的大壩，通常可以影響該河流數百公里的河流段。大壩的上游影響已經得到充分的考慮，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。

根據相關作者的研究成果，當前被廣泛認可的是,假設大壩的影響在時間、空間上是同時沿著大壩上游和下游逐漸減弱,直至系統達到一個新的平衡。但是考慮到衰減需要極其長的距離，該衰減會頻繁地受到其他大壩的干擾。該研究著重于對加里森(Garrison)大壩和歐和(Oahe)大壩展開,并且該研究報告于2013年刊登在人類世(Anthropocene)雜志上。作者假設認為,如果大壩成縱向順序排列，那么它們各自的影響效應以獨特且復雜的方式相互作用，從而產生顯著的動態地貌。

有報道稱,在上密蘇里河上，加里森大壩在減少水庫泥沙補給的同時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引起區域性的泥沙淤積和顆粒的成層化。在大壩運營過程中，由于季節和年代變化而發生大的水位變化和泄流量時，該影響效應會更大。

研究中引進了一個一目了然的形態學序列，該序列被稱作壩間序列。作者指出,壩間序列會同時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河流斷面在2011年洪水中所發生的巨大變化以外，該項重要研究的獨特貢獻還在于對概念模型的發展。這個模型為未來對受一系列大壩影響的河流展開研究,構建了非常重要的框架。

基于實時的航空攝影資料、河流水位標和橫截面的調查數據，對加里森和歐和大壩進行了仔細的分析之后，美國地質勘探局的研究人員提出，必須建立一個概念模型，可以利用該概念模型來模擬相互作用的大壩對一條河流的物理特性(地貌)所產生的影響。該模型應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見性地貌的區域。

3 研究成果

通過對加里森和歐和大壩實例展開分析研究，作者證明了當下游水庫開始壅水時，上游大壩的影響效應對河流的形態起著非常重要的控制作用。該研究報告指出，5個具有獨特的漸變地貌的河段被認定為加里森河段，其中2個河段只受上游大壩的控制,而另外3個河段均由大壩的相互作用所控制。

研究人員也對美國本土的66條主要河流上的大壩所在區域的地理狀況展開了分析(列舉出來作為一個標準的專業參考)，從而確定了經過多長時間大壩會以序列形式出現。在對66條主要河流進行分析之后，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座可能會以序列形式出現的大壩。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。只有一個壩間序列的距離被確定是超過了1 000 km。

上述結果表明，有許多大型壩是按一定序列存在于美國的河流上。由于大壩之間的相互作用，如果大壩下游水體要恢復到上游的水體狀態,則會需要數百公里的距離才能實現，而這些大壩彼此之間的距離則遠遠小于所需的距離。

4 結 語

在過去，大壩的影響通常只是被作為單獨的研究對象，很少注意到該影響是如何沿著河流長廊所產生的相互作用。

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。美國地質勘探局的研究人員指出，大壩間的相互作用是普遍的，而且應該得到更多的研究。

(曹 鵬 蔡羽燕 編譯)

2014-12-27

1006-0081(2015)02-0012-02

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