贛州市蔡坊水電站下泄生態(tài)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(xiāng)，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(fā)任務以發(fā)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(jié)性能。工程規(guī)模屬Ⅲ等中型水庫，電站建筑物主要由大壩、引水系統(tǒng)、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(tài)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(jiān)測，可使用生態(tài)流量這一算方法，并采取工程措施后下泄一定量的生態(tài)流量，以減少壩址下游至廠房減水河段對生態(tài)環(huán)境的影響。

2.1 最小生態(tài)流量計算方法

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

當前，對于河流生態(tài)流量的計算方法有多種，但目前尚無統(tǒng)一的方法和標準，根據(jù)工程所處流域自然地理條件，結合長江流域水資源綜合規(guī)劃的要求，長江流域生態(tài)基流一般采用90%或95%保證率最枯月平均流量。另據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)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(tài)需水量的規(guī)定，維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)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(tài)流量

（1）最枯月平均流量法。該方法以節(jié)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(tài)流量的最小值。本工程所需的生態(tài)流量根據(jù)流域水資源開發(fā)利用程度、規(guī)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(jù)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(jù)水文資料以年平均流量百分數(shù)來描述河道內流量狀態(tài)，適用于河流進行最初目標管理及戰(zhàn)略性管理的方法。一般來說，Tennant法必須要具體分析不同區(qū)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(jié)去確定河段合適的生態(tài)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(qū)間無居民、農業(yè)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(tài)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(tài)流量為0.32m3/s。

2.3 生態(tài)流量的選擇

根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》中對于生態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)流量。目前該方法計算河道生態(tài)流量的也是贛州市電站生態(tài)流量計算中最為普遍的方法。

3.下泄生態(tài)流量改造工程措施

因本工程為已建電站，根據(jù)蔡坊電站樞紐布置和下游環(huán)境特點，考慮到在已封堵度汛底孔內設置生態(tài)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(tài)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(xiàn)有發(fā)電引水隧洞明管段取水，新建壓力鋼管引水下泄生態(tài)流量。

方案二：新建“無壓支洞+有壓鋼管”型式引水下泄生態(tài)流量。

方案三：大壩壩內開孔后埋鋼管下泄生態(tài)流量。

4.下泄生態(tài)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(xiàn)有發(fā)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(fā)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(jiān)控設施，以實現(xiàn)對下泄流量的實時監(jiān)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(tài)流量≥0.32m3/s。

（3）對生態(tài)流量下泄進行管理方面規(guī)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(shù)據(jù)的存儲、分析、統(tǒng)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(xiàn)象、維持該河段原有的河道水生生態(tài)環(huán)境，提出一些工程措施建議，希望能為相關項目提供參考。