綠色小水電理念在河道生態(tài)治理項目設(shè)計中的應(yīng)用

鄒一雄

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，武漢 430000）

1 研究背景

通城縣外環(huán)大橋攔河閘樞紐水電站工程作為新時代建設(shè)的小水電工程，為了充分發(fā)揮小水電開發(fā)的綜合效益，降低小水電開發(fā)的不利影響，通過小水電建設(shè)促進(jìn)項目區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，在工程的全生命周期中都需要積極貫徹綠色小水電理念，確保實現(xiàn)建成人水和諧、生態(tài)友好的綠色小水電的目標(biāo)。

傳統(tǒng)意義上認(rèn)為小水電是綠色能源，主要針對的是以化石能源和火電為主導(dǎo)的能源電力結(jié)構(gòu)，但水電工程建設(shè)對自然環(huán)境的影響是客觀存在的，小水電的開發(fā)利用也不例外。從20 世紀(jì)80 年代開始，國外學(xué)者對水電開發(fā)帶來的不利影響進(jìn)行了總結(jié)，并開展了綠色水電探索工作，從而先后建立了瑞士的綠色水電認(rèn)證、美國的低影響水電認(rèn)證和國際水電協(xié)會的水電可持續(xù)性評估【1，2】。

在分析國際經(jīng)驗、調(diào)研國內(nèi)小水電建設(shè)的現(xiàn)狀、研究小水電存在的主要問題和征求意見的基礎(chǔ)上，水利部以水利行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的角度給出了綠色小水電的定義：在生態(tài)環(huán)境友好、社會和諧、管理規(guī)范、經(jīng)濟(jì)合理方面具有示范性的小型水電站。

2 基于綠色小水電理念的工程設(shè)計

通城縣城區(qū)河道生態(tài)治理PPP 項目建設(shè)內(nèi)容包括河道生態(tài)治理、新建攔河閘樞紐和蓄水壩、新建濕地公園、旅游公路等。其中，新建的外環(huán)大橋攔河閘樞紐包括攔河鋼壩閘和水電站工程。在該項目工程設(shè)計中，各專業(yè)協(xié)同配合，從多個角度積極踐行了綠色小水電理念，主要體現(xiàn)在以下4 方面。

2.1 工程總體布局

外環(huán)大橋攔河閘樞紐主要功能是形成河道水面景觀，兼顧發(fā)電功能。攔河閘樞紐正常擋水高度為4.7m，正常蓄水位86.7m，閘址處河道河勢平順，水流條件平穩(wěn)，河床寬闊，過流能力強，地質(zhì)條件較好。工程總體布局為垂直水流方向，自左向右并列布置162.6m 長攔河閘及32.5m 長電站廠房。

攔河閘樞紐水電站主要考慮利用攔河閘樞紐的水頭發(fā)電，電站布置在攔河閘右岸，開發(fā)形式為河床式，具體運行方式為：當(dāng)上游來水小于電站的最大過流能力時，來水通過水輪機發(fā)電后直接進(jìn)入下游河道；當(dāng)來水量進(jìn)一步增加時，超過電站最大引用流量的來水可以從閘頂溢流進(jìn)入下游河道；當(dāng)閘上水位超過閘頂0.3m 時，逐漸將閘板放倒，河水自由下泄。

電站工程總體布局和開發(fā)方式選擇中充分考慮了綜合利用功能要求，以水體景觀功能優(yōu)先，發(fā)電效益為輔，并嚴(yán)格依據(jù)綠色小水電理念進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，具體體現(xiàn)在：

1）電站采用河床式，無調(diào)節(jié)性能，壩后無減水或脫水河段，對河道生態(tài)需水無不利影響；

2）工程自然狀態(tài)下能維持廠壩間河段的連通性、蜿蜒性以及原真性，對河道形態(tài)無不利影響；

3）擋水建筑物為鋼壩閘，汛期可以全部放平閘門泄洪，對河道輸沙影響很?。?/p>

4）工程選址河段不涉及重點保護(hù)、珍稀瀕危以及開發(fā)區(qū)域河段特有的水生、陸生生物，對水生和陸生生態(tài)影響很?。?/p>

5）工程蓄水后形成的水面均位于現(xiàn)有河道范圍內(nèi)，未淹沒兩岸耕地，不產(chǎn)生新增移民，不會產(chǎn)生移民安置和社會穩(wěn)定方面的不利影響。

2.2 生態(tài)與景觀設(shè)計

攔河閘樞紐上游雋水河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a 一遇，河道護(hù)坡采用了1∶2 連鎖式生態(tài)混凝土砌塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡結(jié)構(gòu)，在確保防洪安全的同時，既能減少土方開挖，又能滿足河道兩岸生態(tài)景觀需求。

教師隊伍建設(shè)是學(xué)校發(fā)展的基礎(chǔ)，是保證教育教學(xué)質(zhì)量的核心內(nèi)容。為了滿足新華學(xué)院跨越式發(fā)展的需要，滿足培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才的需要，為了改善教師的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)，信息工程學(xué)院正在大力培養(yǎng)精湛的工作，專業(yè)化和一體化。新華學(xué)院的發(fā)展和社會需要一支兼容性和可持續(xù)性的高水平“雙能”教師隊伍。實踐教育基地的建設(shè)為培養(yǎng)“雙能”教師提供了良好的環(huán)境。根據(jù)我院的需要，要積極派教師到實習(xí)基地，企業(yè)等生產(chǎn)線進(jìn)行實際操作，技能培訓(xùn)等工作，在實踐中培養(yǎng)教師的實踐技能和動手能力。爭取每年至少培養(yǎng)1-2名“雙能型”教師。

在外環(huán)大橋攔河閘樞紐上游左岸布置了面積為9.5hm2的雋水湖濕地公園，充分利用現(xiàn)有河岸帶自然形態(tài)，緩坡入水，保護(hù)自然生境，打造生態(tài)型郊野旅游目的地。

河道工程和景觀設(shè)計中也積極采用了符合綠色小水電要求的設(shè)計方案，具體體現(xiàn)在：

1）河岸采用生態(tài)護(hù)坡，能起到降低水體富營養(yǎng)化、凈化水質(zhì)、改善水生生物棲息環(huán)境等效果；

2）充分結(jié)合電站庫區(qū)水面，營造濕地公園景觀，結(jié)合水深變化種植不同水生植物，塑造濕地生境。

2.3 電站工程設(shè)計

在外環(huán)大橋攔河閘樞紐水電站工程規(guī)模的確定中，采用攔河閘樞紐處長系列逐日流量成果，采取多種方法并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定了水電站的裝機容量為900kW，年發(fā)電量為374.5×104kW·h。

外環(huán)大橋攔河閘樞紐水電站尾水位變化范圍較大，故采用軸流定漿機組方案，水輪機選用3 臺ZDJ6-LH-174 型軸流定槳機組方案，額定效率91.8%，最高效率92.2%，配套發(fā)電機型號為SF300-36/2150，發(fā)電機效率≥91%。水電站控制系統(tǒng)配備微機調(diào)速器、微機保護(hù)自動控制器、微機勵磁裝置等設(shè)備。

為分析電站機組規(guī)模的合理性，本次計算了水電站節(jié)能減排的替代效應(yīng)和減排效率2 項指標(biāo)。

替代效應(yīng)計算公式為：

式中，p 為替代效應(yīng)，t/kW；W 為水電站年發(fā)電量，104kW·h；U為單位千瓦時火電煤耗，g/（kW·h）；C 為水電站設(shè)計裝機容量，kW。

減排效率計算公式為：

式中，e 為減排效率，kg/m3；W 為水電站年發(fā)電量，104kW·h；f為排放因子，采用華中區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線電量邊際排放因子和容量邊際排放因子的均值計算；V 為正常蓄水位對應(yīng)庫容，104m3。

2 項指標(biāo)主要計算參數(shù)見表1。

經(jīng)計算，替代效應(yīng)p 的指標(biāo)值為1.29，賦分值為5 分；排效率e 的指標(biāo)值為1.33，賦分值為3。

表1 替代效應(yīng)和減排效率計算表

電站工程設(shè)計中充分體現(xiàn)了綠色小水電的設(shè)計理念，具體體現(xiàn)在：

1）水電站在替代效應(yīng)和減排效率指標(biāo)賦分中得8 分（滿分10 分），說明電站裝機規(guī)模合理、水能資源利用效率好；

2）水輪發(fā)電機組效率達(dá)80%以上，滿足規(guī)范的要求；

3）調(diào)速器和勵磁設(shè)備采用微機型，自動化程度高；

4）電氣設(shè)備選用可靠性高、故障率低的安全節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品；

5）滿足無人值班或少人值守的要求，有利于實現(xiàn)信息化管理。

2.4 綜合評價

建設(shè)綠色小水電工程，從前期規(guī)劃設(shè)計階段就應(yīng)深入貫徹綠色小水電的理念。根據(jù)設(shè)計階段的主要工作內(nèi)容并參考綠色小水電評價指標(biāo)體系中的項目和分值，建立了工程設(shè)計階段綠色小水電評價體系（見表2）。

表2 工程設(shè)計階段綠色小水電評價體系

采用綠色小水電評價指標(biāo)體系中各項指標(biāo)的賦分標(biāo)準(zhǔn)，對本工程設(shè)計中各項指標(biāo)滿足綠色小水電要求程度進(jìn)行綜合評價，并將各項得分歸一化處理后按權(quán)重求和，即可得到工程設(shè)計階段綠色小水電符合度指標(biāo)。經(jīng)計算，本工程設(shè)計階段成果的綠色小水電符合度為0.97，說明設(shè)計成果充分滿足綠色小水電要求。

3 結(jié)語

發(fā)展綠色小水電是新時代小水電建設(shè)的必然要求，從設(shè)計階段就積極貫徹綠色小水電理念，既體現(xiàn)了建設(shè)綠色小水電的基本內(nèi)涵，也有助于新建小水電項目順利通過立項審批。

外環(huán)大橋攔河閘樞紐水電站設(shè)計方案在工程總體布局、生態(tài)與景觀設(shè)計、電站工程設(shè)計等方面均充分踐行了綠色小水電的理念，既能充分利用河道水能資源，又減少了對生態(tài)環(huán)境的不利影響。

建立了工程設(shè)計階段的綠色小水電綜合評價體系，評價表明，本工程設(shè)計階段成果的綠色小水電符合度為0.97，該評價體系對其他小水電工程設(shè)計項目具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。