藍山縣整改類小水電站生態流量泄放措施設計的研究

（永州市水利水電勘測設計院，湖南永州 425000）

1 項目背景

藍山縣小水電清理整改工作是在為全面貫徹落實習近平總書記生態文明思想和黨的十九大精神，堅決糾正在中央環境保護督察、長江經濟帶生態環境保護情況審計等檢查中發現的小水電違規建設、影響生態環境等突出問題的背景下進行的。藍山縣共清理整改170 座小水電站，均為引水式電站，減脫水段長度從0.12 km 至4.4 km 不等。其中退出類3 座，整改類167座，保留類0 座。

2 基本情況

2.1 自然概況

藍山縣位于湖南省南部邊陲，地處楚尾粵頭，南嶺山脈中段，為瀟水發源之地，屬湘江之源頭。縣境內有湘江源國家森林公園，森林資源豐富，享有“薈蔚蒼翠，浮空如藍，百里森林，封殖廣遠”，“樵富竹林”之美譽。目前境內盛產松、楠竹、桉樹，有水杉、銀杏、黃杉、斑竹、龍竹等38 種珍稀植物，現全縣林地總面積215.7萬畝，占全縣總面積的79%，森林覆蓋率達69.01%，是湖南省重點林區縣。藍山是地跨長江、珠江兩大流域的發源地，多年平均降水量1 660 mm，境內有舂陵水系和湘江東源（原瀟水）水系兩大水系，水系發達。

2.2 藍山縣小水電的社會貢獻和實現可持續發展要求

經過50 多年的發展，藍山縣建設了一批具有一定規模的水電站。1983 年，藍山縣被列入全國首批100個實施農村水電初級電氣化縣之一，1989 年藍山縣初級電氣化縣建設順利通過國家達標驗收。農村小水電的建設不僅可提供清潔可再生能源，還在解決無電缺電地區用電、保障應急供電和促進地方社會經濟發展等方面作出了重要貢獻。但同時也應看到，絕大部分小水電站建設年代久遠，在設計、建設之初未考慮水電站對生態環境的影響。因此，對小水電站進行生態改造、發展綠色小水電，是貫徹“綠水青山就是金山銀山”和“山水林田湖是生命共同體”發展理念、落實中央能源戰略的迫切需要，是堅持人水和諧、推進水生態文明建設的必然選擇，是加快轉變小水電發展方式、在新時期下實現可持續發展的內在要求。

3 整改類小水電站總體目標

按照黨中央、國務院關于長江經濟帶發展的決策部署，圍繞小水電清理整改《綜合評估》核查的問題，統籌考慮經濟社會發展、能源需求、社會穩定、生態環境影響、整改修復可行性、電站實際情況等因素，對于整改類電站提出“一站一策”方案。梳理并明確合法合規性、生態流量核定、生態泄流設施、生態流量監測與監管、水環境與生態修復、用水協調、安全隱患消除等主要整改任務的共性原則與方法；匯總分析各水電站整改方案；匡算總體投資，合理妥善安排實施進度；分析整改效益；提出保障措施與政策建議。

通過小水電“一站一策”方案的實施，使壩（閘）下游河道生態需水得到保障，枯水季節減水程度緩和，脫水問題得到有效解決。下游河道水面域增加，河流連通性得到恢復，水質得到保護，重點生物及其生態環境得到有效修復和保護，生態系統進入良性循環。

4 整改類電站“一站一策”生態流量泄放方案設計

4.1 生態流量核定

4.1.1 計算方法選用

依據《河湖生態環境需水計算規范》（SL/Z 712-2014）以及《水利水電建設項目水資源論證導則》（SL 525-2011）、《河湖生態需水評估導則》（SL/Z 479-2010）、《建設項目水資源論證導則》（DB/T 35580-2017）等，選用多年平均流量的10%（簡稱“多年平均流量法”）作為農村水電站斷面生態流量核定的計算方法。

有特殊生態需求的斷面是指位于國家級自然保護區、城鎮及重要鄉村、省級以上風景名勝區、省市級河流、重要交通公路沿線等的斷面，其他重要特殊生態需求斷面參照相關規范另行核定。

4.1.2 生態流量核定

1）利用參證水文站核定生態流量。電站所處河流的流量資料無法直接獲取的，選取與核定斷面所在河流同一流域、相近流域或自然地理特征相似的水文站作為參證水文站，采用水文比擬法用參證水文站的生態流量計算得出。

參證水文站根據實測水文資料，按照多年平均流量法計算出生態流量。多年平均流量法根據歷年各月平均流量資料系列，計算多年平均流量，選取多年平均流量的10%作為生態流量。

2）利用已有數據直接核定。小水電站的生態流量在流域綜合規劃、水能資源開發規劃等規劃及規劃環評、項目取水許可、項目環評等文件中有明確規定的，按規定執行。

3）生態流量核定及修正：

①生態流量計算采用多年平均流量法，且該電站取水口所在河流與比擬水文站相似性不高的，采用取水口所在河流的徑流深計算多年平均流量，用參證實測水文資料修正。

②該電站設計報告中有取水口所在河流多年平均流量的，按照多年平均流量，否則按照集水面積作為比擬參數計算生態流量。

③對計算出的生態流量進行合理性分析，初步確定斷面的生態流量。

④以河流為單元，對初步核定的各斷面生態流量進行統籌分析，最終確定斷面的生態流量。

4.1.3 生態流量泄放原則

1）農村水電站應按照“興利服從防洪、區域服從流域、電調服從水調”的原則進行水量生態調度。

2）壩址處天然來水流量小于等于核定生態流量時，按天然來水流量泄放。

3）生態流量應保證連續泄放。防洪、抗旱、應急調度等特殊情況下可根據相關要求暫停泄放或分時段泄放。無脫水段河道電站可根據總量控制原則分時段泄放。

4）對于以供水、灌溉功能為主的電站水庫，生態流量泄放應優先滿足供水、灌溉需求。

5）對于流域梯級開發電站，應根據首站統籌調度原則，重點保證流域首站生態流量泄放。當首站生態流量泄放小于泄放標準時，流域下游的農村水電站生態流量泄放可根據首站生態流量泄放量和集水面積調整。

4.1.4 參證水文站的生態流量

藍山縣（整改類）小水電站分布在舂陵水和湘江東源（原瀟水）兩大水系，其中位于鐘水河上的7 座水電站采用本流域下游的嘉禾水文站49 年（1957—2005年）實測資料，壩址年月徑流采用嘉禾站年月徑流面積比一次搬移；其它小水電站以毛俊水文站作為參證站，利用31 年（1973—2003 年）實測資料統計參數并根據下墊面條件、地理位置不同，采用面雨量和流域面積進行修正。

4.2 生態流量泄放設施設計

生態流量泄放設施，須符合國家有關設計、施工、運行管理相關標準，建設運營等不得對主體工程造成不利影響。按照“因地制宜、安全可靠、技術合理、經濟適用”的原則，本次根據藍山縣整改類水電站現有的擋水建筑物主要類型和現狀，主要采用下列三種方案，給出泄流閘和泄流孔等類型的泄流設施適用范圍、下泄流量計算方法，確保小水電站穩定足額下泄生態流量。

4.2.1 調度控制閘門開度泄放

1）適用類型。攔水壩為設有沖砂閘的堰壩引水式電站或引水渠道進口段設有沖砂閘的引水式電站，閘門有手搖或電動螺桿啟閉設備、操作方便的，可采用人工調度控制閘門底部開度，并通過閘位計和水位計監測流量的方式泄放生態流量。此方式的優點有技術簡單，造價低，易于實施。

2）計算方法：

式中 Q——下泄流量（m3/s）；

H0——包括行進流速水頭的閘前水頭（m）；

e——閘門開啟高度；

b——閘門凈寬（m）；

μ——閘孔自由出流系數，采用南京水利科學研究院經驗公式計算

H——閘前水深取閘前最小發電水深，即閘前最小發電水位情況下也可保證核定的生態流量泄放（m）；

σs——閘孔出流的淹沒系數；閘孔自由出流時，σs=1。閘孔淹沒出流時，σs按圖1 取值。

圖1 淹沒系數σs取值圖

根據生態泄放流量及閘門尺寸參數等，計算求得閘門開度，從而確定生態泄放設施改造方案。見圖2。

圖2 調度閘門開度出流示意圖

4.2.2 引水壩體或引水渠道首部增設泄流管

1）適用類型。電站大壩或引水系統設有泄流閘門或溢洪道閘門，但由于控制設備不完善，通過調整閘門開度泄放流量存在較大安全風險；或者閘門尺寸較大，通過現有閘門泄放流量較大，無法較準確泄放生態流量時，可在現有閘門上開孔增設管道，或在引水渠道首部增設泄流管來泄放核定生態流量。

2）計算方法。通過管道泄放生態流量，可按有壓管流公式計算：

式中 Q——實際下泄流量（m3/s）；

A——管道的過流面積（m2）；

H0——包括行近流速水頭的作用水頭（m）；一般情況下，行近流速水頭較小，可忽略，自由出流時，H0取H；淹沒出流時，H0取Z；

H——壩前水深至管道中心線高程的水頭（m）；

Z——管道上下游水面高程差（m）；

μ——管道的流量系數，對于圓形小孔口，μ 取0.60～0.62；

有壓管道出流示意圖見圖3。

圖3 有壓管道出流示意圖

4.2.3 通過無節制溢流堰泄放

低水頭大流量的電站可采取引水壩壩頂開設無節制溢流堰的方式，本身引水壩不高堰頂全年過流的電站，對其按寬頂堰出流復核其過流能力，泄流計算公式如下：

式中 Q──下泄流量（m3/s）；

σ──淹沒系數，σ=1；

m──流量系數，查《水力學》公式（11.18），取m=0.335，已包括側收縮影響；

B──溢流堰過流寬度（m）；

H0──包括行近流速在內的堰上水頭，H0=H+

設無節制溢流堰出流示意圖見圖4。

圖4 設無節制溢流堰出流示意圖

5 探討與建議

1）不宜在已建的水工建筑物上大興土木。藍山縣小水電站均為引水式，根據各電站實際情況采用控制閘門開度泄放、管道泄放、壩頂開設溢流堰泄放等三種泄放方式，基于對大壩的安全考慮，應因地制宜，科學地選擇簡單易行的生態流量泄放設施方案，且泄放設施應采取相應措施避免造成對現有建筑物的沖刷和破壞。

2）除壩頂開設溢流堰泄放方式外的其他泄放設施應具備可節制功能，安裝相應節制裝置。枯水期壩址處天然來水流量小于等于核定生態流量時，按天然來水流量泄放，節制裝置應全部打開。平水期或豐水期壩址處天然來水流量大于核定生態流量時，應根據泄放設施監測斷面處水位變化，調節節制裝置開度來下泄生態流量，節制裝置開度通過相應計算成果或監測設備數據來進行現場調節，由監管平臺來實行強制性監管，這樣即能保證生態流量的足額下泄，又能實現最大限度下科學地將水資源轉換成電能，發揮小水電站的綠色稟賦優勢，調動電站業主執行政策的積極性。

3）加強宣傳引導，營造濃厚氛圍。各鄉鎮、縣級有關單位要加強對生態下泄流量泄放設施改造和在線監控裝置安裝必要性的宣傳，營造良好的社會輿論氛圍；要及時將上級有關精神傳達到各電站業主，傳導壓力，讓電站業主充分認清形勢，轉變觀念，主動開展整改工作，切實把整改責任壓緊壓實壓到位，認真履職，確保完成整改任務。

4）完善相關政策，建立長效機制。為充分調動和發揮小水電在治理河流生態環境中的積極性，穩定電力能源供應，推動和全面完成小水電清理整改，實現綠色生態發展要求轉化為小水電企業自覺行動與責任擔當，應建立健全小水電綠色可持續評價管理制度，研究制定充分反映生態保護和修復治理成本的小水電優先上網及電價政策，建立小水電下泄生態流量發電損益補償機制，確保藍山縣小水電走上綠色生態可持續發展之路。