漢江石泉水庫控制斷面生態基流的計算探討

鞏祥照（大唐石泉水力發電廠　陜西　石泉　725200）

漢江石泉水庫控制斷面生態基流的計算探討

鞏祥照
（大唐石泉水力發電廠陜西石泉725200）

本文運用國內外常見的生態基流計算方法，就石泉水庫控制斷面生態流量的大小進行對比計算分析，以滿足河段不同環保要求的生態流量，合理的生態基流為石泉電站未來開發建設生態小機組所選定引水流量具有借鑒意義。

漢江；石泉水庫；生態基流

1　背景

目前一些大型水電站在進行調峰調度運行時以及支流開發的引水式電站，往往只重視發電效益，忽略了壩下生態保護的要求，如電站在調峰運行和引水發電時，導致壩下游出現減水河段，甚至脫水河段，使壩下游水生物的生存環境遭受極大破壞，減水和脫水河段的生物多樣性遭受嚴重破壞，威脅壩下游水生態的安全。受水庫調度運行的影響，也引發庫區局部緩流區域或直流回水區域出現水體富營養化，甚至“水華”現象的發生。缺乏對水資源的統一調度與管理［1］。

石泉水電站作為漢江干流上游梯級開發的首座中型電站，充分利用天然徑流進行調蓄分配，參與陜西電網的調峰、調頻及事故備用，以取得經濟效益，其斷面泄量直接關系著下游群眾的生活、養殖、船舶旅游等以及下游電站的庫區蓄水問題。目前對于漢江梯級開發河流，石泉電站主要靠機組發電流量維持下游河道流量，維持多大河道生態基流必須經過嚴格的調查論證，獲悉資料進行分析，這既是我國水資源生態環境保護的要求，又是國民用水可持續發展的要求。

2　石泉電站及控制流域水文特性

石泉電站位于陜西省石泉縣城城西峽谷峽口1km處，以發電為主，兼有灌溉、養殖等綜合效益的大Ⅱ型水利樞紐，控制流域面積23400km2，水庫正常蓄水位410m，死水位400m，最低死水位393m，總庫容3.98億m3，其中死庫容為0.97億m3，有效調節庫容為2.27億m3；電站總裝機容量225MW（5×45 MW），多年平均發電量6.34×108kWh，石泉控制流域多年平均降水量796mm，降水呈現南多北少，降水量年內分配不均且年際變化較大，屬于降水相對豐沛地區，汛期徑流約全年徑流的60%～70%，近年來由于漢江上游大小水利樞紐增多、氣候及引漢濟渭工程等影響，庫區來水偏少，多年平均入庫水量由設計初的108億m3減少到現在的97.2億m3（1954年～2013年），徑流的年內時程變化和年際時程變化明顯。

3　漢江石泉斷面合理流量的不同推算方法及對比［2　，3　］

目前國內外生態基流的計算方法較多，常用的有水文學法、水力學法、生態模擬法和整體法四大類，下文就常用的水文學法對漢江石泉斷面生態流量的率定運用，進行簡單介紹計算，實測資料系列為1975年～2014年。

3.1Tennant法

Tennant法屬于水文學計算方法的一種，也稱為蒙大拿（Montanamethod），是Tennant，D.L等人于1976年提出。取多年平均天然徑流量的10%是保持河流生態系統健康的最小流量，多年平均天然徑流量的30%為大多數水生生物提供較好的棲息地條件。

石泉水庫設計多年平均徑流量108億m3，多年平均徑流342m3/s，隨著水庫實測資料系列的增加，現多年平均徑流量97.22億m3，徑流307m3/s，取多年平均徑流的10%～30%，即石泉斷面生態基流范圍在30.7m3/s～92m3/s之間。

該法適用于流量比較大且水文資料系列較長的河流。考慮到不同河流河道內環境和生態功能有差異，同一河流的不同河段也有區別，因此必須根據實際情況選取合理的環境和生態目標來確定流量百分比。但是沒有考慮河流的寬度、水深、流速以及形狀等水文參數，沒有區分標準年、枯水年和豐水年之間的差異，對于流量較小的河流，該法的使用具有一定的局限性。

3.2保證率法

保證率法屬水文學計算法的一種，一般采用90%或95%保證率下最枯月平均流量作為生態基流。根據石泉電站（1975年～2014年）歷年最枯月平均流量，將流量從大至小序列進行排序，采用PⅢ型曲線計算得90%保證率下的最枯月平均流量為28m3/s.即可以作為石泉壩址段最小出庫生態基流。

3.3最枯月流量法

最枯月流量法屬水文學計算法的一種，通常采用最近10年最枯月平均流量作為生態基流。依據石泉電站近十年（2005年～2014年）歷史資料，算得近十年最枯月平均流量為58m3/s，即可以作為石泉壩址段最小出庫生態基流。

3.47Q10法

7Q10法屬水文學計算法的一種，即將90%保證率下，連續最枯7天的平均流量作為生態基流。計算過程如表1所示。

根據上表1歷年實測資料，去掉流量不合理值（負值），將連續最枯7天的平均流量由大到小排序，采用PⅢ型曲線進行頻率計算，在90%保證率下流量為36m3/s，即作為石泉壩址段最小出庫生態基流。

通過表2可以看出，在上述運用水文學法計算石泉斷面生態基流的過程中，不同的計算方法得出的石泉斷面生態基流數值略有差異，各種方法的運用，都有其使用條件和優缺點。根據陜西省交通廳要求，長江水利委員會編制了《長江流域綜合規劃》和《漢江流域水量分配方案》，要求石泉生態流量按照40.0m3/s執行，可以看出這個流量最接近于7Q10法計算結果。因此可以將該種方法適用于計算石泉水庫控制斷面的最小泄量，既能滿足生態環保基流，又能使下游電站水庫具有持續的水量調節，使得梯級電站間效益最大化。

4　生態基流計算應注意的問題

河流的生態基流不僅與河流生態系統的結構和功能有關，而且與流域的氣候、土壤、水文、地質和其他諸多因素有關。當前階段進行河流生態基流的深入研究還存在各種困難，不完善，主要限制于各種生物資料的獲取，文中介紹的水文學計算方法在確定河流生態基流方面具有一定的優勢和可操作性，但還不夠完善，須進一步研究。

由于各流域水資源量及其時空分布不均、水資源開發利用程度以及水環境狀況差異較大，生態基流一般需要分區域、運用不同的方法來進行計算。漢江生態基流應分為汛期和非汛期兩個水期分別進行計算，在條件允許的情況下，盡量采用多種方法，一般情況下，非汛期生態基流不可低于多年平均天然凈流量的10%，汛期生態基流應達到多年平均天然凈流量的20%～30%為宜。在區域經濟不受較大損害的前提下，應選擇最大的計算結果作為生態基流，非汛期生態基流必須能滿足水功能區達標對流量的需求。

表1　　石泉水庫歷年逐月連續最枯7日流量　　單位：m3/s

表2　　不同方法計算結果的對比

5　結語

在上述運用水文學法計算石泉斷面生態基流中，大多采用枯水徑流特征值進行分析論證，要求的實測資料系列較長（達20年以上）；目前，石泉電站實測資料系列長達40年，資料充分，可靠性、代表性強，不同環保要求和影響因素使計算的結果略有不同，具有一定的應用性。

通過收集喜河水電站近三年水庫運行的日平均庫水位，結合石泉電站出庫流量進行分析，石泉水庫下游河段斷流率為1.36%。為了滿足石喜河道生態需要；汛期充分利用水量多而發電，承擔系統基荷，下泄流量不小于130m3/s，石泉庫水位在死水位（400.0m）以下運行且入庫水量小于40 m3/s時，按來水發電。在平、枯水期，喜河電站因工程要求水位低于361.10m運行時，石泉水庫利用調節庫容，可承擔系統調峰日發電計劃不小于35萬kW，下泄流量不小于40m3/s，以滿足河道生態要求。因此這個最小生態流量對當前及未來石泉電站生態小機組的建設，選取合理的引水流量具有參考價值。陜西水利

［1］陳森林.水電站水庫運行與調度［M］.中國電力出版社.2008

［2］羅小勇，邱瓊.漢江流域控制斷面生態基流量的確定［J］.人民長江人民長江，2011.1，第42卷，第2期.

［3］孟慧穎.河流生態基流的計算方法及其適用性分析［J］.科技傳播.2013.5

（責任編輯：暢妮）

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