旬河干流鎮(zhèn)安段梯級(jí)電站規(guī)劃生態(tài)流量問題探討

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

旬河為漢江左岸上游的一級(jí)支流，流經(jīng)寧陜、鎮(zhèn)安、旬陽三縣，在旬陽縣城匯入漢江。旬河干流先后經(jīng)過多次梯級(jí)電站規(guī)劃，其中部分已建成并投入運(yùn)行。目前在水利水電工程的規(guī)劃建設(shè)中，首先要考慮工程下游河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水問題，生態(tài)流量是維持河道不因工程修建而出現(xiàn)河流斷流，生態(tài)惡化等問題的基本保證。生態(tài)流量的確定與電站開發(fā)方式、河道環(huán)境和生物需水等因素有關(guān)。對(duì)旬河干流鎮(zhèn)安段梯級(jí)電站規(guī)劃時(shí)，分析各級(jí)電站建設(shè)及運(yùn)行時(shí)對(duì)生態(tài)流量的確定產(chǎn)生影響的因素，合理確定生態(tài)流量，非常必要。

1 規(guī)劃工作概述[1]

為開發(fā)旬河的水能資源，上世紀(jì)60年代以來，省、地、縣水利行政主管部門先后多次委托設(shè)計(jì)單位對(duì)旬河干流全段或部分河段的水能梯級(jí)開發(fā)進(jìn)行了規(guī)劃，并且針對(duì)規(guī)劃開發(fā)方案作出了多次修改。

2005年，寧陜縣、鎮(zhèn)安縣、旬陽縣三縣按照陜南小水電開發(fā)戰(zhàn)略，對(duì)3縣境內(nèi)河段水能開發(fā)方式重新進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃，初步確定了全河段13級(jí)開發(fā)方案，其中：寧陜段共4級(jí)電站(白家嘴、竹山、駱駝埡、小川口)，鎮(zhèn)安段3級(jí)電站(川河口、黃家灣、柴坪)，旬陽段6級(jí)電站(仁河、沙溝口、趙灣、大嶺、季家坪、鐘家坪(規(guī)劃時(shí)已建成))。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)要求，原規(guī)劃的一些項(xiàng)目不宜繼續(xù)實(shí)施，開發(fā)方式難以實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)旬河干流水能梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃做出了調(diào)整：繼續(xù)實(shí)施旬河干流寧陜段4級(jí)開發(fā)方案；鎮(zhèn)安段調(diào)整為7級(jí)開發(fā)方案，七級(jí)電站總裝機(jī)10.24萬 kW；旬陽段共調(diào)整規(guī)劃為12級(jí)開發(fā)。此后，隨著社會(huì)的發(fā)展變化，規(guī)劃執(zhí)行的過程中出現(xiàn)了一些新的問題。2015—2016年，陜西省水利廳組織相關(guān)單位對(duì)旬河干流電站梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃再次進(jìn)行了的調(diào)整：旬河上游段(寧陜縣境內(nèi))為河源區(qū)，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境功能為主，不再規(guī)劃新的電站，維持原規(guī)劃4級(jí)電站不變；鎮(zhèn)安段繼續(xù)實(shí)施7級(jí)規(guī)劃，7級(jí)電站總裝機(jī)由之前的10.24萬 kW調(diào)整為11.805萬 kW，旬陽縣境內(nèi)原規(guī)劃為6級(jí)電站，調(diào)整為12級(jí)電站。至此，旬河干流水能梯級(jí)開發(fā)共規(guī)劃23級(jí)電站：白家嘴(已成)、竹山、駱駝埡(已成)、小川口、黃家灣、羅家營、廟溝、中坪、觀音砭、柴坪、馬鬃灘、仁河、麻灣、白石河、沙溝口、趙灣(已成)、大嶺(已成)、季家坪一級(jí)、季家坪二級(jí)(已成)、鐘家坪(已成)、草坪、黨家壩和河口電站。

旬河干流水能梯級(jí)開發(fā)調(diào)整規(guī)劃推薦方案鎮(zhèn)安段各梯級(jí)電站見表1。

表1 旬河干流鎮(zhèn)安段梯級(jí)電站相關(guān)指標(biāo)表

2 開發(fā)方式調(diào)整與生態(tài)流量

水電站的開發(fā)方式按集中水頭的方式和電站的工程布置分為河床式電站、引水式電站、混合式電站3種基本類型。引水式和混合式電站是利用隧洞或管道將水流引至下游河道有較大落差的地方，利用水流落差進(jìn)行發(fā)電。這2種開發(fā)方式通常會(huì)改變河流上下游水文情勢(shì)，在壩址和廠房尾水之間形成減水河段，使河道形態(tài)產(chǎn)生劇烈改變。而河床式開發(fā)的電站在調(diào)峰運(yùn)行時(shí)會(huì)在壩下河段產(chǎn)生減脫水現(xiàn)象，需要在減脫水現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)按生態(tài)需水量要求下泄生態(tài)流量。綜合考慮各級(jí)電站經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及生態(tài)等相關(guān)因素后，第2級(jí)至第7級(jí)電站均按照河床式電站開發(fā)。

3 生態(tài)流量的確定方法[2]

河流生態(tài)流量的計(jì)算方法有多種，目前尚無統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，多為經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的方法。當(dāng)前使用最為廣泛的還是傳統(tǒng)的水文學(xué)和水力學(xué)方法。例如Tennant法、最小月平均徑流法、7Q10法、河道濕周法、R2-CROSS法等。各類方法特點(diǎn)見表2。

4 生態(tài)流量保障措施

4.1 初期蓄水期生態(tài)需水量泄流[3]

水庫蓄水初期，生態(tài)需水量泄放措施不僅需要依據(jù)工程特點(diǎn)和施工組織設(shè)計(jì)來進(jìn)行設(shè)置，也需要考慮措施的可行性和經(jīng)濟(jì)性。通常采用導(dǎo)流洞的工程可以預(yù)埋生態(tài)流量下泄管或通過泵站抽水解決。采用分期導(dǎo)流的工程，可以在蓄水初期利用工程導(dǎo)流設(shè)施泄放生態(tài)流量，直至水庫水位升至可由泄水建筑物泄放生態(tài)流量的水位。

表2 生態(tài)流量指標(biāo)方法

4.2 運(yùn)行期生態(tài)需水量泄放[4]

1)工程措施。運(yùn)行期通常采用的泄流方式有閘門泄流、壩體埋管泄流、引水洞泄流以及發(fā)電小機(jī)組泄流的方式，需根據(jù)工程類型和生態(tài)流量要求加以選擇。為滿足常年泄流要求，不論哪種下泄方式，其取水口應(yīng)低于水庫死水位。

2)管理措施。加強(qiáng)生態(tài)流量下泄設(shè)備日常維護(hù)，樞紐管理部門制定保證河道生態(tài)流量的內(nèi)部運(yùn)行管理措施，并對(duì)全年水庫運(yùn)行期的干流河道來水、發(fā)電水量、下泄流量進(jìn)行記錄、歸檔，運(yùn)行期應(yīng)實(shí)行生態(tài)調(diào)度模式。

3)監(jiān)測(cè)措施。建立健全的下泄水量監(jiān)測(cè)措施。在下泄設(shè)備管路上安裝流量監(jiān)測(cè)裝置，獲取下泄流量，并配備數(shù)據(jù)采集處理器RTU通訊模塊、人工置數(shù)裝置，通過GPRS系統(tǒng)將下泄流量狀況傳送至當(dāng)?shù)厮h(huán)境監(jiān)測(cè)管理站。

4)監(jiān)督措施。環(huán)境保護(hù)行政部門加強(qiáng)對(duì)生態(tài)流量下泄的檢查；加強(qiáng)河道沿岸環(huán)保宣傳；實(shí)施環(huán)境保護(hù)竣工驗(yàn)收，確保下泄生態(tài)流量工程設(shè)施與電站樞紐主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。

5 鎮(zhèn)安段各級(jí)電站生態(tài)流量的確定與分析

旬河干流鎮(zhèn)安段梯級(jí)電站共規(guī)劃7級(jí)，除第1級(jí)黃家灣電站外，其余6級(jí)電站的環(huán)評(píng)已對(duì)生態(tài)流量的相關(guān)問題作出說明。

1)羅家營電站：Tennant法取壩址處多年平均流量的20%，最終生態(tài)流量確定為4.62 m3/s。

2)廟溝電站：Tennant法取壩址處多年平均流量的20%，最終生態(tài)流量確定為4.64 m3/s。

3)中坪電站：90%保證率法取月平均流量，并考慮壩址下游濕地用水、魚類需水量等因素，最終生態(tài)流量確定為3.49 m3/s。

4)觀音砭電站：90%保證率法取月平均流量，并考慮壩址下游濕地用水、魚類需水量等因素，最終生態(tài)流量確定為3.92 m3/s。

5)柴坪電站：Tennant法取壩址處多年平均流量的10%，并考慮下游濕地用水、魚類需水量等因素，最終生態(tài)流量確定為4.19 m3/s。

6)馬鬃灘電站：Tennant法取壩址處多年平均流量的12%，最終生態(tài)流量確定為3.46 m3/s。

從最終結(jié)果上來看，6級(jí)電站采用了2種方法，且采用同一種方法也需根據(jù)實(shí)際情況作出區(qū)分。

生態(tài)流量不應(yīng)小于壩址控制斷面多年平均流量的10%(當(dāng)多年平均流量大于80 m3/s時(shí)按5%取用，上述6級(jí)電站均小于80 m3/s)，這是一個(gè)必須保證的最低下限標(biāo)準(zhǔn)。且無論采取任何計(jì)算方法，都不應(yīng)低于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而且要堅(jiān)持取大不取小的原則，并要按照河流的生態(tài)功能以及實(shí)際生態(tài)需水量作出調(diào)整。

6級(jí)電站中中坪與觀音砭采用90%保證率法計(jì)算生態(tài)流量，其他電站均采用Tennant法。中坪與觀音砭電站分別采用了3種方法作為生態(tài)基流作為比選，見表3。

表3 生態(tài)基流計(jì)算結(jié)果 m3/s

依據(jù)堅(jiān)持取大不取小的原則，所以以90%保證率法計(jì)算結(jié)果為生態(tài)基流最終選擇。又因?yàn)橛^音砭電站壩址下游存在2.5 km的減水河段，而中坪電站尾水與觀音砭電站回水相連，不存在減水河段，又為了保證河段內(nèi)濕地用水和水生動(dòng)植物等需水，則分別增加了額外生態(tài)需水量。

羅家營、廟溝、柴坪和馬鬃灘電站依據(jù)Tennant法計(jì)算生態(tài)流量。羅家營和廟溝電站以壩址多年平均流量20%為生態(tài)流量。平均流量的20%是水生生物生存較為安全的數(shù)值，也就是說在這個(gè)數(shù)值下一般是可以滿足生態(tài)需求的，通常是不存在問題的。而柴坪以多年平均流量的10%為生態(tài)基流，馬鬃灘以12%作為生態(tài)流量。廟溝電站下游有9.5km的減水河段，柴坪電站下游有1.8km的減水河段，羅家營尾水與廟溝回水相連，馬鬃灘尾水與旬河干流旬陽段第1級(jí)電站仁河電站回水區(qū)相連，都不存在減水河段。而在廟溝和柴坪電站的減水河段內(nèi)又分布魚類“三場”，綜合考慮相關(guān)生態(tài)因素，羅家營和廟溝執(zhí)行多年平均流量的20%為生態(tài)流量，柴坪在10%的基礎(chǔ)上增加額外生態(tài)需水量，馬鬃灘執(zhí)行多年平均流量的12%為生態(tài)需水量。

6 結(jié)語

生態(tài)流量的確定與執(zhí)行需要根據(jù)電站的實(shí)際情況，充分考慮可能會(huì)涉及到的生態(tài)因素，尋找到合理的生態(tài)下泄流量和保障措施。本文以旬河干流鎮(zhèn)安段各級(jí)電站規(guī)劃開發(fā)中形成的減水河段、生態(tài)濕地、魚類“三場”、水生動(dòng)植物等為基本因素，確定了生態(tài)流量有關(guān)方案，為其他水電工程建設(shè)提供了參考。