贛州市蔡坊水電站下泄生態流量核算與工程措施

吳洋 贛州市水利電力勘測設計研究院

1.工程概況

蔡坊水電站地處江西省贛州市安遠縣蔡坊鄉，壩址坐落于貢水二級支流、濂江一級支流大腦河中心潭下游狹谷段，工程開發任務以發電為主。水庫壩址集水面積117km2，最大壩高59.7 m，多年平均流量3.23m3/s，水庫總庫容2654萬m3，水庫具年調節性能。工程規模屬Ⅲ等中型水庫，電站建筑物主要由大壩、引水系統、廠房等組成。大壩為混凝土砌石雙曲拱壩，溢流壩沿拱壩中心線對稱布置，設置弧形鋼閘門。引水建筑物由塔式進水口、引水隧洞、調壓井、壓力鋼管和分岔鋼管組成，廠房位于壩址下游約6km處。

2.河道內最小生態流量的確定

蔡坊水電站自投入使用后，壩址與廠房間河段形成了6km左右脫水河段。為了更好地進行監測，可使用生態流量這一算方法，并采取工程措施后下泄一定量的生態流量，以減少壩址下游至廠房減水河段對生態環境的影響。

2.1 最小生態流量計算方法

河流最小生態流量計算時，通常采用的方法有：從整體出發來以河流水系為基礎，并根據社會效益、生態保護與水資源三方協調發展需求來共同考慮；同時，在河湖生態環境功能與社會服務功能相和諧發展前提下來明確環保目標與選擇適行方式。

當前，對于河流生態流量的計算方法有多種，但目前尚無統一的方法和標準，根據工程所處流域自然地理條件，結合長江流域水資源綜合規劃的要求，長江流域生態基流一般采用90%或95%保證率最枯月平均流量。另據《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）中對河道生態需水量的規定，維持水生生態系統穩定所需水量所采用的一般方法主要有水文學法、水力學法、組合法等，并推薦了相應的計算標準，如水文學法中的Tennant法。

2.2 不同方法計算所得的生態流量

（1）最枯月平均流量法。該方法以節點長系列（N≥30年）月平均流量為基礎，用逐年最枯月進行排頻，選擇不同頻率下的最枯月平均流量作為基本河道最小生態流量的最小值。本工程所需的生態流量根據流域水資源開發利用程度、規模、來水情況等實際情況，選擇P=90%保證率最枯月平均流量。根據水庫壩址57年長系列逐月徑流資料，按最小取樣法可求得歷年最小月均流量，經排頻計算，蔡坊壩址保證率P=90%最枯月均流量為0.78m3/s。

（2）Tennant法。該方法是依據水文資料以年平均流量百分數來描述河道內流量狀態，適用于河流進行最初目標管理及戰略性管理的方法。一般來說，Tennant法必須要具體分析不同區域、不同需水類型、不同保護對象的水文資料，從而以此為技術來以水生生物不同流量要求來對各季節去確定河段合適的生態流量。

按照蔡坊水庫57年長系列逐月徑流資料，可計算得壩址多年平均流量為3.23m3/s。壩址下游至廠房河段為峽谷型河段，區間無居民、農業及其它取用水要求，采用“Tennant法”中‘最小基流’檔計算河道內最小生態流量，即按多年平均流量的10%，計算得壩址斷面河道最小生態流量為0.32m3/s。

2.3 生態流量的選擇

根據《河湖生態環境需水計算規范》中對于生態用水計算方法的資料要求和適用范圍的確定“最枯月平均流量法”適用于采用的長系列水文資料N≥30年的河流、湖泊等、“Tennant法”適用于長系列水文資料，適用于水量較大的常年性河流。按“最枯月平均流量法”計算得蔡坊壩址下游生態流量為0.78m3/s，按“Tennant法”計算的多年平均天然徑流量的10%計算得蔡坊壩址下游生態流量為0.32m3/s。

本工程所處大腦河屬小流域，所采用的長系列水文資料大于30年，且蔡坊電站所處的大腦河流域常年來水量豐富，徑流深達871mm，選擇按“Tennant”法計算0.32m3/s作為蔡坊電站河道內生態流量。目前該方法計算河道生態流量的也是贛州市電站生態流量計算中最為普遍的方法。

3.下泄生態流量改造工程措施

因本工程為已建電站，根據蔡坊電站樞紐布置和下游環境特點，考慮到在已封堵度汛底孔內設置生態流量放水管的措施，施工操作難度大，及在壩頂設虹吸管方案，由于虹吸管受最大真空度限制，取水高度受限，故該兩方案不予考慮。結合蔡坊電站實際情況下泄生態流量改造工程措施考慮以下三種方案，各方案具體布置見圖1。

圖1 方案設計總體平面布置圖

方案一：從現有發電引水隧洞明管段取水，新建壓力鋼管引水下泄生態流量。

方案二：新建“無壓支洞+有壓鋼管”型式引水下泄生態流量。

方案三：大壩壩內開孔后埋鋼管下泄生態流量。

4.下泄生態流量工程措施方案比選

方案一需引水至壩下，新建壓力引水鋼管路線較長且沿岸坡敷設管道施工條件比較差，該方案工程投資較大；方案二取水點位于現有發電隧洞的起始段，引水后對洞內水的流速、水頭影響較小，引水管線線路相對較短，且施工相對較容易，投資相對不大，在技術上經濟、可行；方案三設置一根直徑0.4m圓形放水管，相應的孔口應力由混凝土自身結構承擔，而放水管所需承擔的是內水壓力，負責庫水位325～348m范圍內的放水任務，其運行最大水頭為23m，400mm直徑最大工作水頭23m的閥門正常使用是有保證的。閥門布置在壩后，其開啟及關閉操作為手工或電動均可。缺點為施工期水位需降至死水位，對電站發電損失較大，壩內開孔對拱壩應力略有影響，壩內開孔及埋設鋼管后，灌漿處理施工要求非常高。

綜合分析比較，方案二較為符合本工程的實際情況。

5.下泄流量保障和管理措施

（1）安裝在線流量檢測儀及視頻監控設施，以實現對下泄流量的實時監控。

（2）以率定該斷面水位流量關系為前提，從而進一步確保該壩下河段生態流量≥0.32m3/s。

（3）對生態流量下泄進行管理方面規定，安排相關人員來檢測水庫蓄水、電站運行期的下泄流量情況，并做好對數據的存儲、分析、統計和整理，同時要定期向上級部門上報。

6.結束語

綜上所述，本文以蔡坊電站為例，為解決其下游河段減脫水現象、維持該河段原有的河道水生生態環境，提出一些工程措施建議，希望能為相關項目提供參考。