鞏祥照(大唐石泉水力發(fā)電廠 陜西 石泉 725200)
漢江石泉水庫控制斷面生態(tài)基流的計算探討
鞏祥照
(大唐石泉水力發(fā)電廠陜西石泉725200)
本文運用國內(nèi)外常見的生態(tài)基流計算方法,就石泉水庫控制斷面生態(tài)流量的大小進行對比計算分析,以滿足河段不同環(huán)保要求的生態(tài)流量,合理的生態(tài)基流為石泉電站未來開發(fā)建設生態(tài)小機組所選定引水流量具有借鑒意義。
漢江;石泉水庫;生態(tài)基流
目前一些大型水電站在進行調(diào)峰調(diào)度運行時以及支流開發(fā)的引水式電站,往往只重視發(fā)電效益,忽略了壩下生態(tài)保護的要求,如電站在調(diào)峰運行和引水發(fā)電時,導致壩下游出現(xiàn)減水河段,甚至脫水河段,使壩下游水生物的生存環(huán)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(tài)的安全。受水庫調(diào)度運行的影響,也引發(fā)庫區(qū)局部緩流區(qū)域或直流回水區(qū)域出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化,甚至“水華”現(xiàn)象的發(fā)生。缺乏對水資源的統(tǒng)一調(diào)度與管理[1]。
石泉水電站作為漢江干流上游梯級開發(fā)的首座中型電站,充分利用天然徑流進行調(diào)蓄分配,參與陜西電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用,以取得經(jīng)濟效益,其斷面泄量直接關(guān)系著下游群眾的生活、養(yǎng)殖、船舶旅游等以及下游電站的庫區(qū)蓄水問題。目前對于漢江梯級開發(fā)河流,石泉電站主要靠機組發(fā)電流量維持下游河道流量,維持多大河道生態(tài)基流必須經(jīng)過嚴格的調(diào)查論證,獲悉資料進行分析,這既是我國水資源生態(tài)環(huán)境保護的要求,又是國民用水可持續(xù)發(fā)展的要求。
石泉電站位于陜西省石泉縣城城西峽谷峽口1km處,以發(fā)電為主,兼有灌溉、養(yǎng)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(diào)節(jié)庫容為2.27億m3;電站總裝機容量225MW(5×45 MW),多年平均發(fā)電量6.34×108kWh,石泉控制流域多年平均降水量796mm,降水呈現(xiàn)南多北少,降水量年內(nèi)分配不均且年際變化較大,屬于降水相對豐沛地區(qū),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(qū)來水偏少,多年平均入庫水量由設計初的108億m3減少到現(xiàn)在的97.2億m3(1954年~2013年),徑流的年內(nèi)時程變化和年際時程變化明顯。
目前國內(nèi)外生態(tài)基流的計算方法較多,常用的有水文學法、水力學法、生態(tài)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(tài)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(tài)系統(tǒng)健康的最小流量,多年平均天然徑流量的30%為大多數(shù)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(xiàn)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(tài)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(nèi)環(huán)境和生態(tài)功能有差異,同一河流的不同河段也有區(qū)別,因此必須根據(jù)實際情況選取合理的環(huán)境和生態(tài)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(shù),沒有區(qū)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(tài)基流。根據(jù)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(tài)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(tài)基流。依據(jù)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(tài)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(xù)最枯7天的平均流量作為生態(tài)基流。計算過程如表1所示。
根據(jù)上表1歷年實測資料,去掉流量不合理值(負值),將連續(xù)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(tài)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(tài)基流的過程中,不同的計算方法得出的石泉斷面生態(tài)基流數(shù)值略有差異,各種方法的運用,都有其使用條件和優(yōu)缺點。根據(jù)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(guī)劃》和《漢江流域水量分配方案》,要求石泉生態(tài)流量按照40.0m3/s執(zhí)行,可以看出這個流量最接近于7Q10法計算結(jié)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(tài)環(huán)?;?,又能使下游電站水庫具有持續(xù)的水量調(diào)節(jié),使得梯級電站間效益最大化。
河流的生態(tài)基流不僅與河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有關(guān),而且與流域的氣候、土壤、水文、地質(zhì)和其他諸多因素有關(guān)。當前階段進行河流生態(tài)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(tài)基流方面具有一定的優(yōu)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(fā)利用程度以及水環(huán)境狀況差異較大,生態(tài)基流一般需要分區(qū)域、運用不同的方法來進行計算。漢江生態(tài)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(tài)基流不可低于多年平均天然凈流量的10%,汛期生態(tài)基流應達到多年平均天然凈流量的20%~30%為宜。在區(qū)域經(jīng)濟不受較大損害的前提下,應選擇最大的計算結(jié)果作為生態(tài)基流,非汛期生態(tài)基流必須能滿足水功能區(qū)達標對流量的需求。
表1 石泉水庫歷年逐月連續(xù)最枯7日流量 單位:m3/s
表2 不同方法計算結(jié)果的對比
在上述運用水文學法計算石泉斷面生態(tài)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(huán)保要求和影響因素使計算的結(jié)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(jié)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(tài)需要;汛期充分利用水量多而發(fā)電,承擔系統(tǒng)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(fā)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(diào)節(jié)庫容,可承擔系統(tǒng)調(diào)峰日發(fā)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(tài)要求。因此這個最小生態(tài)流量對當前及未來石泉電站生態(tài)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(diào)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(tài)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(tài)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)
TV213
A