了得網工業技術_水庫溫室氣體淨通量定量分析技術導則

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環境、水利、生態、地理、土木等學科及工程專業高年級本科生、研究生，相關領域教學、科研人員和工程技術人員

內容簡介

國際能源署水電技術合作計劃（IEA-Hydro）於2007年啟動了淡水水庫碳平衡管理工作項目，形成了《水庫溫室氣體淨通量定量分析技術導則》（第Ⅰ卷：監測與數據分析；第Ⅱ卷：建模）。兩部技術導則著眼於梳理當前水庫碳循環和溫室氣體源彙過程的科學認識和前沿動態，頒布標準化的水庫碳通量監測與溫室氣體源彙建模評估方法，提出水庫碳平衡研究的**實踐指南，以指導國際水電行業開展水庫溫室氣體淨通量監測評估與分析工作。《水庫溫室氣體淨通量定量分析技術導則》分為三個部分，前兩部分分別是上述兩部技術導則的中譯版，第三部分探討在中國西南河道峽谷型水庫開展水庫溫室氣體淨通量評估的若干思考。

作者簡介

目錄
**部分監測與數據分析
第1章引言 3
1.1 概述 3
1.2 導則的目標 5
1.3 導則編制的工作範圍 5
1.4 內容設置 6
1.5 導則使用方法 7
第2章水庫溫室氣體淨通量的定量分析 8
2.1 引言 8
2.2 概念性模型 9
2.2.1 導則內容 9
2.2.2 **實踐指南 9
2.3 定量分析水庫溫室氣體淨通量的基本流程 12
2.3.1 導則內容 12
2.3.2 **實踐指南 12
2.4 水庫的環境與技術指標 24
2.4.1 導則內容 24
2.4.2 **實踐指南 24
第3章蓄水前溫室氣體源彙的定量分析 28
3.1 引言 28
3.2 待建水庫蓄水前溫室氣體源彙的定量分析 28
3.2.1 導則內容 28
3.2.2 **實踐指南 28
3.3 已建水庫蓄水前溫室氣體源彙的定量分析 31
3.3.1 導則內容 31
3.3.2 **實踐指南 31
第4章蓄水後水庫溫室氣體源彙的定量分析 33
4.1 引言 33
4.2 擴散通量 33
4.2.1 導則內容 33
4.2.2 **實踐指南 33
4.3 氣泡釋放通量 35
4.3.1 導則內容 35
4.3.2 **實踐指南 35
4.4 溫室氣體過壩下洩的消氣釋放 36
4.4.1 導則內容 36
4.4.2 **實踐指南 36
4.5 **性碳埋藏通量 37
4.5.1 導則內容 37
4.5.2 **實踐指南 37
4.6 其他人類活動對溫室氣體通量的貢獻量 38
4.6.1 導則內容 38
4.6.2 **實踐指南 39
4.7 多年的變化特征 39
4.7.1 導則內容 39
4.7.2 **實踐指南 39
參考文獻 40
附錄Ⅰ-1 影響水庫溫室氣體通量與**性碳埋藏通量的過程 43
1. 引言 43
2. CO2和N2O循環 43
3. 土壤有機質和土壤水分含量 44
4. 淹沒與漬水 45
5. 水庫蓄水 46
參考文獻 47
附錄Ⅰ-2 監測技術 48
1. 采用倒置漏鬥監測溫室氣體氣泡通量 48
2. 使用通量箱法在水生和陸生環境中監測溫室氣體擴散通量 50
3. 過壩下洩的溫室氣體消氣釋放通量監測 54
4. **性碳埋藏通量 57
參考文獻 60
第二部分建模
第5章引言 63
5.1 概要 63
5.2 導則的目標與工作範圍 63
5.3 導則的內容設置與使用方法 64
5.4 水庫溫室氣體淨通量評估的路線圖 65
5.5 定義與假設 69
第6章篩查溫室氣體源彙變化的重要性 70
6.1 引言 70
6.2 篩查過程與準則 70
6.2.1 導則內容 70
6.2.2 **實踐指南 71
第7章水庫溫室氣體淨通量的建模 75
7.1 溫室氣體建模的基本概念 75
7.1.1 引言 75
7.1.2 建模基本流程 76
7.1.3 水庫溫室氣體淨通量概念性模型 77
7.1.4 預測不確定性 78
7.2 水庫蓄水前溫室氣體通量的估計與建模 80
7.2.1 引言 80
7.2.2 繫統邊界及其蓄水前的溫室氣體通量 81
7.2.3 估算蓄水前溫室氣體交換通量 85
7.3 水庫蓄水後溫室氣體通量建模 87
7.3.1 引言 87
7.3.2 水動力條件建模 87
7.3.3 水質模型與溫室氣體通量模型的耦合 88
7.3.4 水庫水質與溫室氣體源彙建模 89
7.3.5 水庫溫室氣體通量和碳埋藏通量建模 90
7.3.6 需要的輸入數據 91
7.3.7 參數校正與模型驗證 92
7.4 其他人類活動對水庫溫室氣體通量影響的建模 94
7.4.1 引言 94
7.4.2 其他人類活動對水庫溫室氣體通量影響的辨識與建模 95
第8章水庫溫室氣體淨通量模擬評估報告編制 100
8.1 引言 100
8.2 報告編寫要求 100
8.2.1 導則內容 100
8.2.2 **實踐指南 101
8.3 模型輸出結果的示例 103
8.3.1 導則內容 103
8.3.2 **實踐指南 103
參考文獻 105
附錄Ⅱ-1 水庫溫室氣體淨通量建模研究的模型示例 109
第三部分對中國西南河道型水庫溫室氣體淨通量研究的思考
第9章中國水庫建設與發展現狀 111
第10章中國西南河道型水庫溫室氣體源彙的主要特點 115
10.1 築壩蓄水對河流碳遷移轉化的影響 115
10.2 中國西南河道型水庫碳循環與溫室氣體源彙的主要特點 118
第11章中國西南河道型水庫開展水庫溫室氣體建模的思路 121
11.1 總體思路和基本假設 121
11.2 建模框架 123
11.3 實施技術路徑 126
11.3.1 水庫（河流）碳遷移轉化的概念性模型 126
11.3.2 水庫溫室氣體淨通量建模的實施技術路徑 129
11.3.3 蓄水前調查或反演的技術路徑 130
11.3.4 蓄水前天然河段“虛擬”狀態的基線通量建模要點 132
11.3.5 下遊受影響河段範圍的辨識 133
第12章展望 134
12.1 加強水庫（河流）碳循環基礎研究 134
12.2 完善水庫溫室氣體淨通量的不確定性分析 135
12.3 逐步推進水庫碳管理實踐 135
參考文獻 136

前言

媒體評論

在線試讀

**部分監測與數據分析
摘要當前，在發電水庫溫室氣體排放的研究前沿，依然存在眾多的不確定性和不同觀點，並使發電水庫通常被排除在相關能源政策與法律法規範圍以外。為此，國際能源署水電技術合作計劃（IEA-Hydro）啟動了“淡水水庫碳平衡管理”工作項目。其目的在於通過全面的工作規劃以增進對水庫溫室氣體源彙變化科學知識的積累，為水庫碳平衡研究提供**實踐導則，對水庫溫室氣體通量評估提供標準化的科學方法。
《水庫溫室氣體淨通量定量分析技術導則》（以下簡稱“導則”）將為水庫溫室氣體淨通量的定量分析提供可參考的科學框架，對水庫溫室氣體原位監測、數據分析和建模提供建議和推薦操作流程。導則分為兩卷：第Ⅰ卷為監測與數據分析，第Ⅱ卷為建模。在本卷中，水庫溫室氣體淨通量定義為：蓄水後水庫溫室氣體通量，與蓄水前的溫室氣體通量和其他人類活動對水庫溫室氣體通量的貢獻量的差值。導則通過闡述水庫溫室氣體淨通量估算的概念性模型，提出了開展該研究的基本科學框架。該概念性模型以EPRI（2010）模型為基礎，整個模型繫統包括5個部分：水庫淹沒區、水庫、水庫上遊流域、過壩下洩設施、下遊受影響河段。導則同時提供了根據監測數據估算水庫溫室氣體淨通量的基本計算流程，以及評估它們不確定度的方法。對已建水庫蓄水後溫室氣體總通量，導則提供了如何規劃並實施監測的建議和操作規程，分析了與此相關的不確定度。關於估計蓄水前溫室氣體源彙情況，導則分別針對已建水庫和待建水庫提出了建議與操作流程。此外，本導則也提供了在環境與技術方面描述水庫特征的指標清單，以方便檢索或包含在水庫溫室氣體淨通量的定量分析報告中。
關鍵詞：碳平衡監測數據分析建模水庫溫室氣體淨通量多用途水庫
執行概要
本導則目標是，辨識開展水庫溫室氣體淨通量定量分析的**實踐，以幫助用戶獲得可參考的理論框架與技術路徑。基於此，用戶可以開展充足的分析和研究，掌握影響已建水庫或待建水庫溫室氣體源彙變化的過程。
本導則所涵蓋的知識，來自於業界實踐、科學家和水電專家的經驗積累。
當前，在發電水庫溫室氣體排放的研究前沿，依然存在眾多的不確定性和不同立場，並使發電水庫通常被排除在相關能源政策與法律法規範圍以外。為此，國際能源署水電技術合作計劃（IEA-Hydro）啟動了“淡水水庫碳平衡管理”工作項目。其目的在於通過全面工作規劃以增進對水庫溫室氣體源彙變化科學知識的積累，對水庫碳平衡研究提供**實踐導則，對水庫溫室氣體通量評估提供標準化的科學方法。
本導則對水庫碳平衡研究提供了**實踐方法，以幫助用戶對各種用途的水庫開展監測、進行數據分析並建立水庫溫室氣體淨通量模型。第Ⅰ卷介紹監測方案設計和數據分析，第Ⅱ卷為建模。
第1章引言
1.1 概述
當前，世界各國及其司法管轄區均通過推進可持續的能源政策、優化能源項目立法與行政審批許可，以應對減少溫室氣體排放、提高能源服務水平的新挑戰。作為一種技術成熟且符合社會需求的可再生能源技術，水力發電是應對上述挑戰的明智選擇。
相比其他發電形式，水力發電擁有許多顯著優勢，包括已被充分證實的高可靠性、高效率、低運行和低維護費用，以及具有容易調節荷載變化的能力。同時，因眾多水電站同水庫合建，它們可以提供多種社會效益，包括供水、灌溉、防洪、航運、旅遊等。此外，水力發電的污廢物排放量低，且不產生區域性空氣污染或酸雨等問題。
但水電開發也將帶來一些負面效應，主要是在天然河道上建壩所帶來的環境與社會影響，以及水庫形成後淹沒上遊部分河谷區域所帶來的相關問題。在人類活動中，水力發電產生溫室氣體並釋放的可能性不應忽略。這已在一些關於發電水庫溫室氣體釋放監測結果的文件報道中有所述及（Rosa and Schaeffer，1994）。部分研究認為發電水庫是潛在的溫室氣體釋放源（Rudd et al.，1993; St-Louis et al.，2000）。20世紀90年代末期，世界大壩委員會（World Commission on Dams，WCD）在關於大型水壩開發有效性的全面述評中，便包括了大壩對促進溫室效應貢獻的相關主題。Rosa和Santos（2000）為WCD撰寫的研究報告中的相關結論，被收錄到WCD的*終報告中，並使該問題在全球範圍內備受爭議。
目前，水庫二氧化碳釋放當量（CO2-equivalent）定量分析結果依然存在許多不確定性。在估算人類活動對溫室氣體源彙影響的國家清單中，特別是在評價淹沒陸地導致的CO2、CH4排放中，國際上普遍認可的方法學描述（IPCC，2006）僅包括了對未來方法開發的基礎性說明，反映出該議題目前僅有的十分有限的科學信息。IPCC國家溫室氣體清單計劃工作組在2009年聖保羅會議上的相關報告中指出，水庫（作為濕地的一種）導致溫室氣體源彙變化這一特性，尚存疑問。因為水庫不僅影響毗鄰陸域的土地利用，也受到毗鄰陸域土地利用的影響。進一步地，年際間氣像條件的變化，將給估算築壩蓄水的溫室氣體源彙造成更多困難。近期，美國橡樹嶺國家實驗室就該議題的文獻綜述（EPRI 2010），認為從目前的數據中可明確監測到的水庫溫室氣體源彙通量並不為零，即便如此，由於目前對水庫溫室氣體源彙的監測與估算有限，以及水庫修建之前溫室氣體源彙評估的相關研究極少，水庫溫室氣體是否對大氣產生了淨釋放這一問題仍存質疑。甚至在*近，有研究報道了水庫可能呈現碳彙的格局（Chanudet et al.，2011; Ometto et al.，2010; Skiar et al.，2009）。
在確定發電水庫是否有資格納入清潔發展機制（CDM）時，UNFCCC相關協議的執行理事會意識到：發電水庫項目的溫室氣體源彙依然存在科學層面上的不確定性，且上述不確定性不可能在短期內解決。故采用以W/m2為單位的能量密度指標衡量發電水庫項目的清潔屬性，並認為，水電項目能量密度不超過4W/m2，則不能從CDM中獲益；對能量密度超過10 W/m2的水電項目，則認為其溫室氣體釋放可以忽略；而能量密度為4～10W/m2的水電站項目，其溫室氣體排放因子被判定為90gCO2eq/kW？h（UNFCCC/CCNUCC，2006）。此外，UNFCCC的清潔發展機制執行理事會還特別指出，上述指導性意見並不妨礙在同水庫相關的項目活動中向CDM方法委員會提交審議新的方法學。
當前，在發電水庫溫室氣體源彙的研究前沿，依然存在眾多的不確定性和不同立場，並使發電水庫通常被排除在相關能源政策與法律法規範圍以外。為此，國際能源署水電技術合作計劃（IEA-Hydro）啟動了“淡水水庫碳平衡管理”工作項目。其目的在於通過全面工作規劃以增進對水庫溫室氣體源彙變化科學知識的積累，對水庫碳平衡研究提供**實踐導則，對水庫溫室氣體通量評估提供標準化的科學方法。
本導則中，定義為“**實踐方法”的各種技術指南，同水庫溫室氣體淨通量的監測估算工作密切相關，包括以下幾個方面：
（1）在考慮各種可用資源情形下，以*權宜的方式提供對每項特定活動（監測、建模等）的期望產出。
（2）滿足項目合作各方的相關要求，如技術質量、財務支出、安全與風險暴露、環境和法規要求等。
此外，本導則中，“工業實踐”是指在具體水電項目研究中涉及的實踐工作經驗。本導則將通過搜集獲取**工業實踐，並在此基礎上整合作者的專業判別和知識貢獻以確定“**實踐”。
1.2 導則的目標
本導則的首要目標是：
（1）提供對水庫溫室氣體淨通量開展定量分析的參考框架。水庫溫室氣體淨通量被定義為：蓄水後水庫溫室氣體總通量，與其他人類活動對水庫溫室氣體通量的貢獻量（UAS）和蓄水前溫室氣體通量的差值。
（2）制定發電水庫溫室氣體通量的監測流程與技術協議。
（3）提升對發電水庫溫室氣體源彙變化過程的科學認知，並納入政府能源政策制定、立法與行政審批許可中。
本導則提供的一繫列建議與推薦程序，將被特地開發為研究工具，以便更好地服務於全球範圍內對水電項目溫室氣體淨通量的科學認知。這將進一步依托IEA水電實施協議ANNEX XII（水電與環境）工作組的各種活動，促進本導則在寒帶、熱帶、半干旱和溫帶等發電水庫的實際應用，以實現上述目標。同時，必須明確的是，本導則並不僅局限於對已建或待建水庫的常規評估與監測。
1.3 導則編制的工作範圍
本導則共包括兩卷。第Ⅰ卷：監測與數據分析。該卷提供開展水庫溫室氣體監測活動和數據分析的建議與推薦流程，以獲得在監測方案實施周期內關於水庫溫室氣體淨通量的估算值及其不確定度。第Ⅱ卷：建模。該卷提供關於水庫溫室氣體淨通量模型的數學方程構建、參數驗證、模型校正和使用的建議與推薦流程，以獲得在長時間範圍內水庫溫室氣體淨通量。
第Ⅰ卷編制過程中也包含了一些其他內容或工作，以實現導則的編制目標（見1.2節）。主要包括：①對該議題的前期研究工作進行文獻綜述；②回顧巴西、挪威、芬蘭、日本、美國、加拿大、澳大利亞和法國等國相關研究機構的工作，以及IPCC、國際水電協會（International Hydropower Association，IHA）等組織關於該議題開展的工作；③查詢並結合工業界已有實踐、科學家和學術界的經驗開展交流；④掌握本導則編者和其他貢獻者相關背景；⑤成立獨立的專家評審小組進行同行評議。
1.4 內容設置
本卷提供關於開展水庫溫室氣體監測活動與數據分析**實踐的基本框架，以獲得多用途水庫溫室氣體淨通量的估算值及其不確定度。
本卷的內容設置如下。
第1章：引言。闡釋本卷編制工作的需求、概念、目標和工作範圍。讀者將了解本卷內容、是否滿足用戶需求以及如何使用本導則等信息。
第2章：水庫溫室氣體淨通量的定量分析。本章涵蓋估算水庫溫室氣體淨通量的理論框架、計算水庫溫室氣體淨通量的基本原則，以及評估它們不確定度的方法。同時也提供在環境與技術方面描述水庫特征的指標清單，以便檢索或者用於水庫溫室氣體淨通量的定量分析報告編制。
第3章：蓄水前溫室氣體源彙的定量分析。為獲得已建或待建水庫蓄水前溫室氣體通量的估算值及其不確定度，本章涵蓋相關監測方案規劃、執行和文獻查閱的建議與推薦流程。
第4章：蓄水後水庫溫室氣體源彙的定量分析。為獲得已建水庫蓄水後溫室氣體通量估算值及其不確定度，並在其中扣除其他人類活動的貢獻量，本章涵蓋針對已建水庫的監測方案規劃、執行建議和推薦程序。
附錄：包括對影響水庫溫室氣體通量與**性碳埋藏通量生物地球化學過

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