宜君縣下桃水電站生態流量分析

馬 康，賈云龍

（陜西省咸陽水文水資源勘測局，陜西 咸陽 712000）

0 前言

生態流量是維持河床基本形態，保障河道輸水能力，防止河道斷流、保持水體一定的自凈能力的最小流量，是維持河流的持續健康發展所需的生態基本流量。在水利水電工程規劃設計及工程管理運行中應充分考慮最基本的河道內生態基流量,以維持河流的健康生命，防止因工程的建設而導致河流生態環境的惡化。銅川市宜君縣下桃水電站生態基流量，在傳統基本計算方法的基礎上，結合電站規模的影響程度分析綜合確定下桃電站生態基流量，滿足工程下游河道生態需水要求。

1 概況

下桃水電站引水樞紐工程位于北洛河下游段宜君縣下桃村，是以發電為目的的徑流電站，電站用水靠天然徑流，以北洛河下游段（宜君縣）河段地表水作為取水水源，屬河道內取用水，集水面積21500 km2。取水位置距北洛河狀頭水文站較近，故采用狀頭水文站資料進行分析。在上游有交口河水文站，可參考進行徑流分析。電站排污口均設在壩址下游，其引水發電尾水均歸入原河道，生活廢污水由小型地埋式污水處理裝置處理；生活垃圾定點集中、定期外運處理。宜君縣下桃水電站工程溢流壩最大壩高14.55 m，設計洪水位為16.69 m，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）的規定，設計防洪標準按V等小（2）型下限選取，即20年設計，100年校核。

2 電站生態流量分析計算

2.1 電站取水方案

宜君縣下桃水電站工程取水方案：北洛河地表水，取水水源位于宜君縣下桃村，取水水源為地表水，因此，對北洛河地表水進行分析計算。

2.2 地表水取水水源計算

（1）徑流資料的還原

由于洛河流域建有中、小型水庫及引水工程，徑流計算時需對交口河站及狀頭站的實測資料（狀頭站實測徑流為河、渠之和）進行還原。根據《陜西省水資源開發利用情況調查評價》中調查的洛河流域用水量資料，對交口河站、狀頭站的實測年徑流量（含洛惠渠引水量）進行逐年還原計算，得到交口河站、狀頭站的多年平均還原量分別為：1260萬m3和3960萬m3，占相應水文站實測多年平均徑流量的2.7%和4.7%，還原后的徑流系列為天然徑流系列。

（2）“三性分析”

選用狀頭站及交口河站做為參證站進行來水量分析，因方法類似，僅以狀頭站進行說明。

①可靠性分析

狀頭站1960年1月以來，資料實測序列完整，數據經過在站整編，分局審線審查、省局復審、流域機構會審，最終刊印成水文年鑒或存入水文數據庫，資料質量可靠。

②一致性分析

下桃水電站引水樞紐工程距離狀頭水文站較近，雖然洛河上游有水利工程，但是無引入引出水量，經過徑流還原后，資料一致性較好。

③代表性分析

a.年徑流量過程線

圖1 狀頭站年徑流量過程線圖

從圖1可以看出，包含有完整的周期，有較大或較小時期，以及豐、平、枯和連續豐、枯水時期，具有系列代表性。

b.均值累積曲線

圖2 狀頭徑流量均值累積曲線

從圖2可以看出，至1990年以后均值趨于穩定，系列長度達27年。

c.年徑流量模比系數差積曲線

圖3 狀頭站年徑流量模比系數差積曲線

從圖3可以看出，狀頭水文站徑流資料不僅系列長，其中還包含了多個豐、平、枯水段，年徑流系列豐枯交替變化明顯。同時其累計統計參數已趨于穩定，因此說明參證站狀頭水文站徑流資料系列具有較好的代表性。

（3）狀頭水文站徑流分析計算

依據1960年～2016年狀頭站實測徑流量，通過P-Ⅲ頻率曲線，計算年徑流量設計成果見表1和圖4。

表1 狀頭站不同頻率年徑流量表

圖4 狀頭站不同頻率年徑流量P-Ⅲ頻率曲線

（4）狀頭雨量站：

狀頭雨量站設立于1960年1月，位于澄城縣永豐鎮菜北村（狀頭水文站內），資料系列有1960年～2016年57年降雨資料，多年平均雨量為485.3 mm。

①“三性”分析：狀頭雨量站屬于狀頭水文站的配套雨量站，由測站職工觀測，資料進行面上對比分析后進行整編和審查。從差積曲線圖5可以看出，雨量資料系列包含由豐、平、枯年。

②年降雨量：為了和狀頭徑流系列一致，采用1960年1月～2016年12月降水資料，按水文年進行頻率計算。見圖6和表3。

表2 狀頭雨量站1960年～2016年逐月雨量平均值 單位：mm

圖5 狀頭雨量站差積曲線圖

圖6 狀頭雨量站頻率曲線圖

表3 狀頭雨量站不同頻率年降雨量表

（5）電站來水量分析

下桃水電站工程斷面年徑流采用水文比擬法進行計算，依據狀頭站、交口河站徑流量按下式進行比擬計算：

式中：W設為設計流域年徑流量，m3；F設為設計流域流域面積，km2；F參為參證站流域面積，km2；W參為參證站站年徑流量，m3；P設為設計流域年降水量，mm；P參為參證站年降水量，mm。

與已有結果進行分析，交口河水文站流域面積17180 km2，兩者相差20%，比擬法分析精度低。狀頭站有實測從1960年至今的水文資料測驗成果，狀頭文站流域面積25154 km2，兩者相差14.5%。分析精度高，故采用狀頭水文站的成果。

從已有成果和本次計算對比分析，結果見表5。

表4 采用狀頭水文站資料計算下桃水電站處的年徑流成果表

表5 下桃電站多年平均年徑流量采用成果表

2.3 電站生態流量計算

（1）生態基流量的計算方法

按照生態基流量的定義包含的功能，目前較難定量確定，對于重要水生物資源的河流，最小生態基流量應根據維持保護對象所必須的生存條件，如一定的水深、流速或者淺灘等需要的水量確定；對于一般河流不涉及珍稀水生物的，可采取年平均流量的百分比確定，如法國規定河流的生態基流量不應小于多年平均流量的1/10等。

生態基流量的計算按照《水電工程生態流量計算規程》（NB/T 30691-2016），如保證率90%的年最小月平均流量法、多年平均流量百分比法、Tennant法、典型年最小月法等。此類方法在水利工程規劃設計工作中得到普遍應用。

（2）生態基流量計算方案

下桃水電站建庫后在不采取任何措施的前提下，將會形成長約10.0 km長的減水河段，對區域水環境、水生生態、河道景觀等產生不利的影響，從大壩下泄一定的生態環境用水流量是很有必要的。一般情況下，河道生態用水需要考慮的因素有工農業生產及生活需水量、維持水生生態系統穩定所需水量、維持河道水質的最小稀釋凈化水量、水環境需水量、河道外生態需水量等。

表6 下桃水電站不同方法基流量計算成果表 單位：m3/s

方案1：美國的7Q10法，該方法采用90%保證率最枯連續7天的平均水量作為河流最小流量的設計值。該法在20世紀70年代引入我國，一般主要用于計算污染物允許排放量，在許多大型水利水電工程建設的環境影響評價中得到了廣泛應用。我國在使用該方法時，大部分對該方法略作了改動，改為90%保證率最枯連續10天或旬的平均水量作為河流最小流量的設計值，根據該方法求得的下桃電站生態環境用水流量為4.3 m3/s。

方案2：法國的多年平均流量估算法，在法國的“鄉村法”中規定：河流最低環境流量不應小于多年平均流量的1/10；對于水量不豐沛的河流，且多年平均流量大于80 m3/s，河流最低環境流量的下限不得低于多年平均流量的1/20。根據此估算法，下桃電站生態環境用水流量應不低于2.44 m3/s。

減水河段區間無特殊用水要求，所以壩址下游河段生態流量的釋放主要是維護本河段的生態環境，因此下桃水電站生態環境基流可采用多年平均流量估算法，取多年平均來水量的1/10，即為 2.44 m3/s。

3 結論及建議

3.1 結論

在河流生態流量有限的研究成果中，河流水污染防治用水臨界值可用以水質目標為約束的方法求得，或按照簡單的十年最枯月平均流量法估算。但在資料短缺的情況下，可以對最小河流生態用水進行規定，如法國的多年平均流量估算法。下桃電站生態基流計算采用該方法，取多年平均來水量的1/10，即為2.44 m3/s。鑒于本工程區間無較大的支溝匯入，區間補充流量小，適當考慮加大計算的生態流量值，該電站下泄2.5 m3/s的生態流量。

3.2 建議

1）水電站下泄生態流量是滿足維持河道的基本生態功能和群眾生產、生活及其它用水需求，建議與環保監管部門對所管轄區內的水電站要求，安裝生態下泄流量監測系統。

2）在管道處安裝流量計。實時監測進水量，要根據暴雨洪水控制來水量。

3）按照規定生態流量泄放監測采用動態與靜態、定性與定量、實時與抽檢相結合的方式，安裝流量計或計量裝置，記錄連續生態流量泄放量。