基于生態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

隨著我國對生態環境問題的日益重視，流域水生態系統健康逐漸深入人心，河流生態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、科學開展水資源規劃、實現水利水電工程合理建設管理等方面發揮著重要的作用。文章主要圍繞生態流量視閾下的水電廠運行管理展開詳細分析。

1 河流生態流量問題分析

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

河流生態流量，直接關系河流水生態系統健康，也是流域社會經濟穩定發展的重要前提，目前這一問題已成為國內外河流生態研究熱點，其主要意義可歸納如下：

1)生態流量的計算與確定，可為流域生態恢復提供可靠依據。

2)根據生態流量合理設計水電站生態流量機組，規范水利工程建設與管理。

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

2 龍河流域石板水電廠生態流量的確定

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，主要任務包括發電、養殖、防洪等，壩址位于豐都縣龍河鎮上游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 生態流量的確定

2.2.1 生態需水計算方法選擇

生態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。

本次結合龍河流域實際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基流計算。

2.2.2 生態基流計算

1)Tennant法：根據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，下泄生態基流3.18m3/s。

2)90%保證率法：經計算，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 生態流量的確定

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

3 基于生態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電、防洪、養殖等任務，電站調度原則是在保證石板水大壩以及下游場鎮防洪安全的前提下，優先保證下游河道生態環境用水要求，再結合梯級優化調度進行發電[1]。

根據電站調度原則，石板水電廠生態調度方案為：通過工程措施優先保證壩下下放最小生態流量3.18m3/s，再根據入庫流量及庫水位的變化進行發電。當生態放水設施檢修或出現故障時，臨時開啟中孔放水閘門放水保證下泄最小生態流量3.18m3/s。

3.2 管理措施

由于梯級建設持續多年，過去長期缺乏對生態系統特性的考慮，單純注重經濟的調度和運行，導致下游減水河段生態系統長期甚至不可逆的影響。石板水電廠引水發電后，具有季調節能力，河道內天然徑流的年際年內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，一直承擔電網的調峰任務，也都更多的側重于興利和防洪，對于下游水生態環境的關注較少，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文明建設，積極響應流域統一管理，龍河流域梯級應該加強梯級聯合調度水平，盡可能恢復河流水流的完整性和連續性，保證河流生態健康。

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

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，是重慶市境內重要的次級河流，加強流域統一管理是提高流域內生態文明建設的重要重要途徑。各區縣政府和水利主管部門要切實提高對生態調度的認識，從流域管理體系建設制度建設方面，保證流域個梯級生態調度目標的有效達成。

1)基于生態調度階段性特征，應制定適合流域實際情況的近遠期生態保障目標，開展合適的流域梯級調度規程、管理辦法和技術手段，逐步建立起面向全流域生態健康保障的長效機制。

2)基于豐都縣轄區內的河流生態調度保障要求，應完善監督檢查制度，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督檢查，提供真實有效的數據信息，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放流設施之后，能夠產生十分顯著的生態效益和社會效益。

3.3.1 生態效益

1)顯著提高減水河段水環境容量：保證了足量的生態流量之后，能夠顯著增加減水河段的水環境容量，顯著提高河道內水質指標，同時顯著改善河道內的水力學條件，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的生態流量之后，減水河段水體的納污能力得以提高，對水生態環境有一定改善作用。

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流量的下放，持續且相對豐沛的水量，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，不再出現河道水流干枯的現象，確保電站下游河段水生態環境的基本保障，以維系河段生物多樣性的持續穩定[4]。

3.3.2 社會效益

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

工程建設產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電、防洪任務，向兼具河道內生態供水任務的綜合利用模式轉變，實現流域水資源統一管理。

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

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

3.3.3 經濟效益

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

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，根據其調度運行方式，考慮蒸發及庫損等水量損失后計算其下泄水量過程，再加上藤子溝—石板水區間來水求得石板水入庫流量，經水庫調節求得石板水電廠出力和發電過程。

徑流調節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、發電量分別減少0.76億m3、0.60億kW·h。補充下泄生態水量后裝機容量115MW不變，多年平均發電量減少0.42億kW·h，影響電量占下泄前年發電量的9.1%。

4 結 語

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