江西省小水電站生態流量、泄放設施及監管平臺建設

曹騰飛

(江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029)

水利部、國家發展改革委等國家四部委印發了《關于開展長江經濟帶小水電清理整改工作的意見》(水電〔2018〕312號)，決定開展長江經濟帶小水電生態環境突出問題清理整改工作。江西省于2019年1月31日印發了《江西省小水電清理整改工作實施方案》，全面拉開了江西省小水電清理整改工作的序幕。

江西省地處長江流域中下游，境內水系發達，儲存著巨大水能資源[1]。江西省多年平均降水量1 638 mm；多年平均水資源總量1 565×108m3；現有農村水電站4 122座，裝機總量達364.5萬kW。因為水電站大壩的攔截導致河道砂石被滯留，改變了下游河床底部生物的生存環境[2]；同時電站的運行改變了河流自然的流量模式，對河流水文、水動力等特性產生了一定影響[3]。江西省農村水電站廠壩間河道長度超過5 000 km，出現廠壩間脫水的水電站數量達1 812座，總長度超過930 km[4]。由于許多電站建設年代久遠，建設初期未論證生態問題，生態流量泄放設施和監測設施的建設較為滯后，實現通過在線監測生態流量泄放的方式監管水電站有一定的挑戰和難度。

1 生態流量

國內生態流量的計算方法主要采用不同頻率最枯月平均值法(QP法)、流量歷時曲線法、蒙大拿法(Tennant法)、7Q10法、濕周法等，其中蒙大拿法提出水生生物生長最小生態流量應為多年平均流量的10%，水生生物的滿意流量應為多年平均流量的30%[5]。悅晉仁等認為在特定時間、空間下為滿足特定的河流系統功能所需的最小臨界水量為河流最小生態環境需水量[6]，陳求穩等提出根據魚類不同生活時期對流量的響應關系確定生態流量過程線更為貼近魚類實際的生態需水[7]。江西省目前采用的是簡便可操作性強的蒙大拿法，以不低于河道天然多年平均流量的10%作為農村水電站生態流量。

國際上，Hill,m.t.從流域整體徑流管理框架的角度，提出了維持河道基本流量、魚類生存需求流量、河岸棲息地流量、維持流域所需流量等多種生態流量的概念[8]。瑞士的布瑞諾河流域水電站群使用AQUASIM水動力數學模型運算模擬量化布瑞諾河各水生物棲息河段的流量、水位、水溫等參數[9]。所以，在生態流量問題上，我國更多考慮的是如何優先滿足人類社會的能源結構和生態環境基本需求的問題，許多發達國家則更多關注如何恢復水生物種群和棲息地環境的生態流量的問題。

2 泄流設施

《江西省小水電清理整改工作實施方案》要求所有水電站均必須有枯水期可足量泄放生態流量的泄流設施(以死水位復核)，現有設施不滿足生態流量泄放要求的，若有增設或改造條件，應在合適位置增設、改造生態流量泄放設施。

按照引水式、壩式、混合式等水電站的不同類型，從解決河道減脫水問題出發，選擇泄流能力不小于核定生態流量的泄流設施[10]。目前江西主流的生態流量泄放設施有：生態泄流孔(槽)、生態泄流閥、生態泄流閘、生態虹吸管、生態機組等；沒有增設或改造條件的，應調整運行方式，實行枯期限制運行或生態運行調度。

1)改造已建閘門泄放生態流量。采用閘門限位方式，通過閘門行程控制器或在閘門底部設置控制閘門不完全關閉的水泥墩，利用閘門不完全關閉泄放生態流量。改造閘門進行生態泄放能夠充分利用現有構筑物，不會因新增泄水建筑物而影響壩體結構，控制閘門的啟閉角度難以做到精確控制，且閘門長期小角度泄流產生的振動具有使構筑物結構疲勞等缺點。此外，若通過壩體內部泄流洞下泄水量，洞內長期高速水流會引起空蝕現象破壞壩體結構。

2)采用或改造現有閥門泄放生態流量。針對現狀設有泄放閥的電站可采取部分開啟閥門或增設旁通放水管方式進行生態流量泄放。對于設有錐形閥的電站大壩，可直接利用錐形閥進行生態泄放，并根據要求生態流量確定閥門開度。對于設有閘閥的電站大壩，可增設旁通放水管泄放生態流量，其中對于水庫庫容較大的電站可在現有閘閥后焊接鋼管，再增加一個閥門，兩閥門之間增設旁通放水管，原閥門長期開啟，新增閥門關閉，以保證旁通放水管的生態流量泄放；對于水庫庫容較小的電站可直接放空水庫后，在現有閘閥前增設旁通放水管，原閥門長期關閉。旁通放水管一般不設置節制裝置，但若電站水庫兼具供水、灌溉等功能，則可考慮加裝節制裝置。

3)壩體內增設泄放管泄放生態流量。在壩體埋設無節制泄放管，通過泄放管泄放生態流量。無節制泄放管能夠最大程度的排除人為干擾，保障生態流量的長期泄放，泄放管結構簡單便于管理，易維護。但下泄水量得不到興利利用，由于無法控制開度，無法進行流量精準控制。同時，泄水管道較長時，容易堵塞，且泄水管貫穿壩體可能對大壩的防滲、抗震安全產生影響。

4)壩肩鉆孔敷設泄放管泄放生態流量。采用非開挖定向鉆孔技術，在壩肩部位鉆孔敷設泄放管進行生態流量泄放。非開挖定向鉆孔技術克服了虹吸管水頭損失大、高差限制及設備易失效等缺點，具有良好的適用性和可靠性。但其對地形、地質條件要求較嚴格，改造投資較大。

5)設置生態機組泄放生態流量。生態機組泄放生態流量是指通過新增發電小機組，利用不間斷下泄的生態流量進行發電。生態機組既能通過不間斷下泄保障下游所需生態流量，又能充分利用下泄流量發電，經濟效益明顯。

3 監管平臺

農村小水電生態流量的監管在當前的法律法規和政府事權劃分中一定程度上成了空白區域，主要表現在：監管主體不明確、監管依據不足、監管措施不力等。江西小水電生態流量監管系統結合水利部信息化“九大需求”中農村水電生態流量監管要求和頂層設計，以水利部“小水電清理整改工作管理平臺”為基礎，以水行政管理部門為監管主體，以基線監測與重點監測相結合的方式，建立省、市、縣三級小水電生態流量監管信息平臺，為各級水電行政管理部門開展小水電生態流量確定與管控、生態流量監測預警機制和保障生態流量下泄等工作，提供了一套完整的可視化信息系統解決方案。生態流量監管信息平臺示意圖見圖1。

由省級生態流量主管部門統一建立覆蓋省、市、縣三級以及水電站企業的農村水電信息管理及生態流量在線監測平臺。在線監測設備由水電站企業負責，監測設備主要包括：遙測終端機、流量計(流速計、水位計)、工業照相機等組成，并采取一桿式安裝、太陽能供電。主要完成現場水位、流速、流量及視頻監控等實時數據的采集及傳輸。監測方式主要采用動態與靜態、定性與定量、實時與抽檢相結合。可分為兩種監測方式：

1)動態視頻/靜態圖像監測方式。對于網絡條件差，無法通過無線網橋接入附近公網實現網絡通信的電站，或網絡條件好及采用無節制生態泄流設施的電站，可采取動態視頻(網絡條件好)或靜態圖像(無網絡或網絡條件差)監測方式。監測站具備生態流量泄放視頻/圖像監測和保存功能，能自動上傳省級平臺系統(無網絡站點采取人工定期讀取數據上傳和上級不定期抽查方式實現監測)。

2)實時流量+動態視頻(靜態圖像)監測方式。對于網絡條件好及生態泄流設施為有節制方式或處于生態環境敏感區(如重要濕地公園、重要資源保護區、飲用水源保護區等)，應采用實時流量+動態視頻監測方式。電站通過安裝流量計或采用標準斷面+水位/流速計量裝置，記錄連續生態流量泄放量；通過安裝攝像頭實現全天候動態視頻/靜態圖像監測；測站將實時流量和視頻監測數據保存并上傳省級平臺。

4 建 議

本文從生態流量、泄放設施和建管平臺三個方面對江西農村小水電清理整改工作進行初步的探究，但仍有許多問題需要在實際運用中不斷解決和完善。

1)生態流量計算有待完善。江西總體屬于豐水地區，以不低于河道天然多年平均流量的10%作為農村水電站生態流量雖然可行，但略顯粗獷。近期：在部分水資源豐沛的河流，生態流量可按多年平均流量的30%計；中期：各河流按豐水期、平水期、枯水期分別進行生態需水的計算；遠期：引入數學模型針對不同河流的水生植物、水生動物、水體自凈能力等進行運算模擬量化得出生態流量。

2)擴大生態流量泄放與監測的對象。本次長江經濟帶農村小水電的清理整改工作主要針對由于修建水電站造成河道減脫水的問題進行清理整改，對于僅有發電功能的電站進行24小時的泄放，并放入重點監測名單中。對于有調節功能、以灌溉和供水為主的水庫或塘堰等壩后式電站或引水式電站，河道出現減脫水段，主要是由于灌溉和防洪的需要而修建大壩導致的，主要責任不在電站；應對由于修建水庫、大壩等造成河道減脫水的問題納入到泄放生態流量的對象中，水庫、堰壩的運行管理單位在滿足灌溉、供水等功能基礎上進行季節性泄流以滿足河道生態流量的需求，并放入監測名單中；下一階段還應加快更加智能和信息化監測系統的建設，明確具體的生態流量的下泄時間、下泄量、下泄方式和下泄責任單位。

3)制定獎懲制度。針對不足量泄放生態流量、違規不泄放生態流量和破壞生態環境等問題的水電站，制定切實可行的獎懲制度，大幅度提高違法成本，對于情節嚴重的應停業整頓甚至吊銷取水許可和發電許可。對于足量泄放生態流量的水電站政府應因地制宜的給予一定的經濟補償，比如制定生態電價等措施。

4)加快建設數字流域。在水電站生態流量實現了在線監測后，應將監管平臺融入到流域監測系統中，并加大小流域的水情自動測報系統和防洪自動預警系統的建設，使三者共同成為數字流域的重要支撐，并根據流域各自特點建立不同的數字流域生態系統和決策支持。

5)積極創建綠色小水電。江西省農村小水電站在進行清改以后，要加入到積極創建綠色小水電的進程中，全面提高水電站的自動化程度。未來政府關于水電站的資金投入也應向無人值守或自動化程度較高的水電站傾斜。