书城工业技术淡水水库温室气体状态的评价与测量方法
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第15章 空间和时间变化

本节阐述了季节性变化对气候条件、水电站的运行和碳负荷可能产生的时间变化的影响

为了确定流域中水库的净温室气体排放量,在设计测量之前,分析可能的温室气体排放的潜在的空间和时间变化非常重要。分析气候条件、水力和碳负荷的季节性变化是如何影响临时变化的。测量时,应该注意植被和土地利用(蓄水前和蓄水后),水文、水质和人类的其他活动。也必须考虑实际问题,如可操作性、安全性和其他间接影响。

采样点数量和采样频率取决于系统所需的异质性和所需的分辨率。采用固定的采样间隔时间更合适,但是在较大变化期可变化取样频率,

III.1.测量地点

根据联合国教科文组织和国际水电协会(2008年),水库监测应划分以反映不同的区域,量化每个区域主要流程。选择不同类型的采样点,进行长期监测:位于水库上游范围之内和流入点之处的取样站;位于水库纵轴线上的取样站;位于水库植被区和非植被区沿岸区域的取样站;位于弯道处的取样站(其所处位置);接近出口的取样站;河流下游的取样站。

Straskraba和Tundisi(1999年)提出了两种不同的采样程序:为小型水库制定的一套简单的程序和针对其他类型水库的复杂程序。简单的程序包括在水库只设定一个采样点,以抽取最大分层期和完整的均质化期间收集样本。复杂的程序包括在上游主支流处,水库主体和下游的采样收集。对于较大水库(尤其是那些复杂形状和有很多支流的)设置更多采样点是必要的。水库主体采样应该在几个深度较深位置进行,通常在大坝附近。确定水柱中的采样点(和间距)数量。同一深度系统收集的样本更容易分析,但是在有重要变化的深处采取水样可以获得更多信息。地表水应该在20至30cm的深度采样,以避免水表面微粒影响。底层水应该在水库底部1至2米处采样。分层水体采样间隔深度不能超过10米。取样频率应至少每月一次。

在水库不同处进行沉积物中碳储量和碳储量变化的测量,以反映出蓄水前土地利用/植被、循环、流入量和沉积介质的变化。

建议

根据库龄,库址的复杂性以及可用资源,建议测量站的数量是:

最少——三个采样站:(1)在水库的主要流入点;(2)水库的代表点,最好接近水库出口;(3)水库出口下游。这种方法可能会导致数据的不确定性;然而,如果测量总排放量很低,则不需要采用全面的测量。

最佳——为了确定水库的异质性,需在第一年内,通过尽可能多的站点来确定空间变异性。数量数据取决于水库的大小和物理特性,且必须包括主流入通道和水库两侧及凹进侧。在随后几年内,可将站点数量减少至以获得主要特点的代表性数量为宜。

为了准确估算流入量,建议通过一个迭代过程达到接近于75%的总碳和养分负荷。

在设有低水位出口的情况下,应该沿着河道研究其所排放的气体,直至CO2和CH4的部分压力达到自然基准。根据受水库影响的河道长度确定取样站的数目。

在管道出口内的测量(例如泄压阀),可以减少管道出口处的测量。

消落区可以是排放量的一个重要的来源。当消落区大于指定的阈值(如总淹没面积的10%)时,建议定期测量(例如:总淹没面积的10%)。

溢洪道处的测量可能很危险。建议在尽可能近的地方(经常在岩床上方)取样。

III.2.测量时间

根据联合国教科文组织/国际水电协会的研究成果(2008年),为了精确计算水库的温室气体排放量,必须对整个水库系统通量的季节性变化(包括水库和河流下游)进行研究。由于有机碳供应、库龄、热力分层、不规则的对流混合、深度和水库运行的季节性变化,排放量在一年之内可能会呈现出数量级的变化。

建议

临时解决:

库龄是一个重要的问题。与库龄较大的水库相比,在第一年测量中,需要对库龄较小的水库进行更为频繁的测量。

至少每月测量重要参数和温室气体通量。

最低——根据季节变化测量很重要,建议每年至少测量四次:在热带,旱季一次,雨季一次,旱季和雨季之间另外进行两次测量,以确定两者之间的变化;在寒带,在冬季进行两次测量(如有冰盖,两次测量则需在结冰之前和结冰之后进行),另外两次测量在夏季进行。

最好的方式——利用自动化系统持续测量CO2和CH4、水温和溶解氧可以提供最有用的数据(Demarty等人,2009年)。

在热带水库,温室气体排放的短期动态变化很重要。在巴西曼索水库进行的实地研究(Assireu,2009年)表明,有必要考虑半日分层过程,以保证热带水库气体精确的测量。建议在热带水库,白天和夜间至少进行一次测量(尤其在水库分层期期间)。

如有可能,对蓄水前情况进行至少一年的检测。

持续时间:

将一年作为最短监测期限。以往研究表明温室气体排放量的年际变化明显;所以,建议对库龄较大的水库进行至少两年的检测。对于新建水库,如果观察到高排放总量,则需在水库使用期间进行较长时间(长达10年)的检测,以达到减排的目的。