基于生態(tài)流量視閾下的水電廠運行管理分析

趙浩楠

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 400121)

0 引 言

隨著我國對生態(tài)環(huán)境問題的日益重視，流域水生態(tài)系統(tǒng)健康逐漸深入人心，河流生態(tài)流量這一指標得到了更為廣泛的應用，其在保證河流自凈擴散能力、科學開展水資源規(guī)劃、實現(xiàn)水利水電工程合理建設管理等方面發(fā)揮著重要的作用。文章主要圍繞生態(tài)流量視閾下的水電廠運行管理展開詳細分析。

1 河流生態(tài)流量問題分析

根據(jù)我國水利設施建設情況分析不難發(fā)現(xiàn)，過度開發(fā)問題日益嚴重，國際普遍認為河流的水資源開發(fā)利用警戒線為40%，但是我國超過此標準的情況比比皆是。同時，很多地區(qū)水資源配置不科學，以致于河道自然生態(tài)系統(tǒng)需水平衡被打破，河流最小生態(tài)流量無法得到保障，最終造成較為嚴重的水生態(tài)安全問題。

河流生態(tài)流量，直接關系河流水生態(tài)系統(tǒng)健康，也是流域社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的重要前提，目前這一問題已成為國內(nèi)外河流生態(tài)研究熱點，其主要意義可歸納如下：

1)生態(tài)流量的計算與確定，可為流域生態(tài)恢復提供可靠依據(jù)。

2)根據(jù)生態(tài)流量合理設計水電站生態(tài)流量機組，規(guī)范水利工程建設與管理。

3)生態(tài)流量可為流域水資源配置提供合理依據(jù)，可結合水質(zhì)、水量確定不同生態(tài)功能區(qū)河段河道取水量。

2 龍河流域石板水電廠生態(tài)流量的確定

2.1 工程概況

石板水電站工程位于長江上游右岸龍河干流，主要任務包括發(fā)電、養(yǎng)殖、防洪等，壩址位于豐都縣龍河鎮(zhèn)上游500m處。石板水電站主要動能指標見表1。

表1 石板水電站動能指標表(原設計)

2.2 生態(tài)流量的確定

2.2.1 生態(tài)需水計算方法選擇

生態(tài)需水計算方法包括多種，包括：①Tennant法；②90%保證率法；③近十年最枯月平均流量法；④流量歷時法；⑤濕周法；⑥7Q10法等。

本次結合龍河流域?qū)嶋H情況及測站資料系列等，主要采用1、2、3三種方法進行生態(tài)基流計算。

2.2.2 生態(tài)基流計算

1)Tennant法：根據(jù)石柱水文站的徑流成果，采用面積降雨修正法推求石板水電廠壩址多年平均流量31.8m3/s，下泄生態(tài)基流3.18m3/s。

2)90%保證率法：經(jīng)計算，石板水電廠壩址90%保證率最枯月平均流量為2.21m3/s，最枯月流量頻率曲線見圖1。

圖1 石板水電廠歷年最枯月流量頻率曲線

3)近10a最枯月平均流量法：經(jīng)計算，石板水電廠壩址近10年最枯月平均流量為2.50m3/s。

2.2.3 生態(tài)流量的確定

根據(jù)上述3種方法計算石板水電廠壩址生態(tài)基流分別為3.18 m3/s、2.21m3/s、2.50m3/s。本項目無其他工業(yè)生活用水要求，也無國家、省級保護魚類，下游主要滿足河道生態(tài)景觀需水，因此根據(jù)上述原則，按電站壩址處天然多年平均流量10%計算，下泄生態(tài)流量3.18m3/s，基本符合相關規(guī)范的要求。

3 基于生態(tài)流量視閾下的石板水電廠運行管理措施與效益分析

3.1 運行措施

石板水電廠主要承擔發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等任務，電站調(diào)度原則是在保證石板水大壩以及下游場鎮(zhèn)防洪安全的前提下，優(yōu)先保證下游河道生態(tài)環(huán)境用水要求，再結合梯級優(yōu)化調(diào)度進行發(fā)電[1]。

根據(jù)電站調(diào)度原則，石板水電廠生態(tài)調(diào)度方案為：通過工程措施優(yōu)先保證壩下下放最小生態(tài)流量3.18m3/s，再根據(jù)入庫流量及庫水位的變化進行發(fā)電。當生態(tài)放水設施檢修或出現(xiàn)故障時，臨時開啟中孔放水閘門放水保證下泄最小生態(tài)流量3.18m3/s。

3.2 管理措施

由于梯級建設持續(xù)多年，過去長期缺乏對生態(tài)系統(tǒng)特性的考慮，單純注重經(jīng)濟的調(diào)度和運行，導致下游減水河段生態(tài)系統(tǒng)長期甚至不可逆的影響。石板水電廠引水發(fā)電后，具有季調(diào)節(jié)能力，河道內(nèi)天然徑流的年際年內(nèi)分布受到了十分顯著的干預，而一直以來電站運行、水行政主管部門、電力部門的管理，一直承擔電網(wǎng)的調(diào)峰任務，也都更多的側(cè)重于興利和防洪，對于下游水生態(tài)環(huán)境的關注較少，今后必須落實相關管理工作[2]。

3.2.1 工程管理

在當前生態(tài)文明建設水平不斷提高的背景下，石板水電廠應積極參與龍河流域生態(tài)文明建設，積極響應流域統(tǒng)一管理，龍河流域梯級應該加強梯級聯(lián)合調(diào)度水平，盡可能恢復河流水流的完整性和連續(xù)性，保證河流生態(tài)健康。

在梯級生態(tài)調(diào)度過程中，可蓄豐補枯，保證下泄合理的生態(tài)流量，提高下游河道水體自凈能力。水電梯級生態(tài)調(diào)度是一項長期、連續(xù)的保障工作，建立電站、河流生態(tài)流量在線監(jiān)測設備和監(jiān)控網(wǎng)絡，確保行政管理部門對電站生態(tài)運行的工作開展和連續(xù)性進行有效監(jiān)管。

3.2.2 制度建設

龍河流域水能資源豐富，涉及石柱、豐都兩縣，是重慶市境內(nèi)重要的次級河流，加強流域統(tǒng)一管理是提高流域內(nèi)生態(tài)文明建設的重要重要途徑。各區(qū)縣政府和水利主管部門要切實提高對生態(tài)調(diào)度的認識，從流域管理體系建設制度建設方面，保證流域個梯級生態(tài)調(diào)度目標的有效達成。

1)基于生態(tài)調(diào)度階段性特征，應制定適合流域?qū)嶋H情況的近遠期生態(tài)保障目標，開展合適的流域梯級調(diào)度規(guī)程、管理辦法和技術手段，逐步建立起面向全流域生態(tài)健康保障的長效機制。

2)基于豐都縣轄區(qū)內(nèi)的河流生態(tài)調(diào)度保障要求，應完善監(jiān)督檢查制度，落實水資源保護、水污染防治管理，各電站、梯級應積極配合相關部門的監(jiān)督檢查，提供真實有效的數(shù)據(jù)信息，嚴禁妨礙公務。

3.3 效益分析

石板水電站工程增加建設生態(tài)放流設施之后，能夠產(chǎn)生十分顯著的生態(tài)效益和社會效益。

3.3.1 生態(tài)效益

1)顯著提高減水河段水環(huán)境容量：保證了足量的生態(tài)流量之后，能夠顯著增加減水河段的水環(huán)境容量，顯著提高河道內(nèi)水質(zhì)指標，同時顯著改善河道內(nèi)的水力學條件，以增加河流挾沙能力促進河床沖淤平衡，提高河段水體富氧能力，提高水體感觀條件。石板水電站下放3.18m3/s的生態(tài)流量之后，減水河段水體的納污能力得以提高，對水生態(tài)環(huán)境有一定改善作用。

2)維持電站下游河段原有生物多樣性不受影響：隨著石板水電站生態(tài)流量的下放，持續(xù)且相對豐沛的水量，能夠促進下游魚類、微生物群落以及沿岸的植物景觀將逐步恢復，不再出現(xiàn)河道水流干枯的現(xiàn)象，確保電站下游河段水生態(tài)環(huán)境的基本保障，以維系河段生物多樣性的持續(xù)穩(wěn)定[4]。

3.3.2 社會效益

石板水電站生態(tài)流量泄放設施建設后，雖然會在一定程度上影響電站的發(fā)電效益，但卻產(chǎn)生了十分顯著的社會效益，有力的促進了本地區(qū)生態(tài)文明建設水平。

工程建設產(chǎn)生的主要社會效益如下：

1)有力的促進了電站工程從目前主要的發(fā)電、防洪任務，向兼具河道內(nèi)生態(tài)供水任務的綜合利用模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)流域水資源統(tǒng)一管理。

2)有利于促進全流域建成完備而有效的水生態(tài)環(huán)境修復體系，提高本地區(qū)旅游資源品質(zhì)的進一步提升，提高人居環(huán)境，促進人水和諧，為本地區(qū)實現(xiàn)全面建設小康社會目標服務。

3)顯著提高了水利發(fā)電企業(yè)的社會責任意識，主動參與和融入到水生態(tài)文明建設的行列中，實現(xiàn)了有效利用自然資源服務社會的同時反哺社會。

3.3.3 經(jīng)濟效益

石板水電廠原設計及現(xiàn)狀均未設置生態(tài)放水設施，補充下泄生態(tài)水量后將對電站出力及發(fā)電量產(chǎn)生一定影響，同時石板水電廠來水應考慮藤子溝電站調(diào)蓄及用水影響。

本次利用石柱水文站1960-2015年長系列徑流資料先計算藤子溝電站壩址來水，根據(jù)其調(diào)度運行方式，考慮蒸發(fā)及庫損等水量損失后計算其下泄水量過程，再加上藤子溝—石板水區(qū)間來水求得石板水入庫流量，經(jīng)水庫調(diào)節(jié)求得石板水電廠出力和發(fā)電過程。

徑流調(diào)節(jié)計算時上游水庫水位在正常蓄水位480m至死水位450m之間運行，下游水位利用廠址尾水出口水位流量關系確定。經(jīng)計算，由于本次較原設計延長了水文系列，多年平均流量31.8m3/s較原設計34.2m3/s減少了2.4m3/s，多年平均徑流量、發(fā)電量分別減少0.76億m3、0.60億kW·h。補充下泄生態(tài)水量后裝機容量115MW不變，多年平均發(fā)電量減少0.42億kW·h，影響電量占下泄前年發(fā)電量的9.1%。

4 結 語

綜上所述，為維護流域生態(tài)平衡與健康，在進行水電廠等水利設施建設時，必須落實生態(tài)流量評估工作，由此為電站生態(tài)流量泄放、監(jiān)測設施的建設提供科學依據(jù)，通過有關工程措施和制度法規(guī)的建設，不斷提升流域生態(tài)文明建設水平。