（永州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南永州 425000）

1 項(xiàng)目背景

藍(lán)山縣小水電清理整改工作是在為全面貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記生態(tài)文明思想和黨的十九大精神，堅(jiān)決糾正在中央環(huán)境保護(hù)督察、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)情況審計(jì)等檢查中發(fā)現(xiàn)的小水電違規(guī)建設(shè)、影響生態(tài)環(huán)境等突出問(wèn)題的背景下進(jìn)行的。藍(lán)山縣共清理整改170 座小水電站，均為引水式電站，減脫水段長(zhǎng)度從0.12 km 至4.4 km 不等。其中退出類3 座，整改類167座，保留類0 座。

2 基本情況

2.1 自然概況

藍(lán)山縣位于湖南省南部邊陲，地處楚尾粵頭，南嶺山脈中段，為瀟水發(fā)源之地，屬湘江之源頭。縣境內(nèi)有湘江源國(guó)家森林公園，森林資源豐富，享有“薈蔚蒼翠，浮空如藍(lán)，百里森林，封殖廣遠(yuǎn)”，“樵富竹林”之美譽(yù)。目前境內(nèi)盛產(chǎn)松、楠竹、桉樹(shù)，有水杉、銀杏、黃杉、斑竹、龍竹等38 種珍稀植物，現(xiàn)全縣林地總面積215.7萬(wàn)畝，占全縣總面積的79%，森林覆蓋率達(dá)69.01%，是湖南省重點(diǎn)林區(qū)縣。藍(lán)山是地跨長(zhǎng)江、珠江兩大流域的發(fā)源地，多年平均降水量1 660 mm，境內(nèi)有舂陵水系和湘江東源（原瀟水）水系兩大水系，水系發(fā)達(dá)。

2.2 藍(lán)山縣小水電的社會(huì)貢獻(xiàn)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展要求

經(jīng)過(guò)50 多年的發(fā)展，藍(lán)山縣建設(shè)了一批具有一定規(guī)模的水電站。1983 年，藍(lán)山縣被列入全國(guó)首批100個(gè)實(shí)施農(nóng)村水電初級(jí)電氣化縣之一，1989 年藍(lán)山縣初級(jí)電氣化縣建設(shè)順利通過(guò)國(guó)家達(dá)標(biāo)驗(yàn)收。農(nóng)村小水電的建設(shè)不僅可提供清潔可再生能源，還在解決無(wú)電缺電地區(qū)用電、保障應(yīng)急供電和促進(jìn)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面作出了重要貢獻(xiàn)。但同時(shí)也應(yīng)看到，絕大部分小水電站建設(shè)年代久遠(yuǎn)，在設(shè)計(jì)、建設(shè)之初未考慮水電站對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。因此，對(duì)小水電站進(jìn)行生態(tài)改造、發(fā)展綠色小水電，是貫徹“綠水青山就是金山銀山”和“山水林田湖是生命共同體”發(fā)展理念、落實(shí)中央能源戰(zhàn)略的迫切需要，是堅(jiān)持人水和諧、推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)的必然選擇，是加快轉(zhuǎn)變小水電發(fā)展方式、在新時(shí)期下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。

3 整改類小水電站總體目標(biāo)

按照黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的決策部署，圍繞小水電清理整改《綜合評(píng)估》核查的問(wèn)題，統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、能源需求、社會(huì)穩(wěn)定、生態(tài)環(huán)境影響、整改修復(fù)可行性、電站實(shí)際情況等因素，對(duì)于整改類電站提出“一站一策”方案。梳理并明確合法合規(guī)性、生態(tài)流量核定、生態(tài)泄流設(shè)施、生態(tài)流量監(jiān)測(cè)與監(jiān)管、水環(huán)境與生態(tài)修復(fù)、用水協(xié)調(diào)、安全隱患消除等主要整改任務(wù)的共性原則與方法；匯總分析各水電站整改方案；匡算總體投資，合理妥善安排實(shí)施進(jìn)度；分析整改效益；提出保障措施與政策建議。

通過(guò)小水電“一站一策”方案的實(shí)施，使壩（閘）下游河道生態(tài)需水得到保障，枯水季節(jié)減水程度緩和，脫水問(wèn)題得到有效解決。下游河道水面域增加，河流連通性得到恢復(fù)，水質(zhì)得到保護(hù)，重點(diǎn)生物及其生態(tài)環(huán)境得到有效修復(fù)和保護(hù)，生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)。

4 整改類電站“一站一策”生態(tài)流量泄放方案設(shè)計(jì)

4.1 生態(tài)流量核定

4.1.1 計(jì)算方法選用

依據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》（SL/Z 712-2014）以及《水利水電建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》（SL 525-2011）、《河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則》（SL/Z 479-2010）、《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》（DB/T 35580-2017）等，選用多年平均流量的10%（簡(jiǎn)稱“多年平均流量法”）作為農(nóng)村水電站斷面生態(tài)流量核定的計(jì)算方法。

有特殊生態(tài)需求的斷面是指位于國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、城鎮(zhèn)及重要鄉(xiāng)村、省級(jí)以上風(fēng)景名勝區(qū)、省市級(jí)河流、重要交通公路沿線等的斷面，其他重要特殊生態(tài)需求斷面參照相關(guān)規(guī)范另行核定。

4.1.2 生態(tài)流量核定

1）利用參證水文站核定生態(tài)流量。電站所處河流的流量資料無(wú)法直接獲取的，選取與核定斷面所在河流同一流域、相近流域或自然地理特征相似的水文站作為參證水文站，采用水文比擬法用參證水文站的生態(tài)流量計(jì)算得出。

參證水文站根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料，按照多年平均流量法計(jì)算出生態(tài)流量。多年平均流量法根據(jù)歷年各月平均流量資料系列，計(jì)算多年平均流量，選取多年平均流量的10%作為生態(tài)流量。

2）利用已有數(shù)據(jù)直接核定。小水電站的生態(tài)流量在流域綜合規(guī)劃、水能資源開(kāi)發(fā)規(guī)劃等規(guī)劃及規(guī)劃環(huán)評(píng)、項(xiàng)目取水許可、項(xiàng)目環(huán)評(píng)等文件中有明確規(guī)定的，按規(guī)定執(zhí)行。

3）生態(tài)流量核定及修正：

①生態(tài)流量計(jì)算采用多年平均流量法，且該電站取水口所在河流與比擬水文站相似性不高的，采用取水口所在河流的徑流深計(jì)算多年平均流量，用參證實(shí)測(cè)水文資料修正。

②該電站設(shè)計(jì)報(bào)告中有取水口所在河流多年平均流量的，按照多年平均流量，否則按照集水面積作為比擬參數(shù)計(jì)算生態(tài)流量。

③對(duì)計(jì)算出的生態(tài)流量進(jìn)行合理性分析，初步確定斷面的生態(tài)流量。

④以河流為單元，對(duì)初步核定的各斷面生態(tài)流量進(jìn)行統(tǒng)籌分析，最終確定斷面的生態(tài)流量。

4.1.3 生態(tài)流量泄放原則

1）農(nóng)村水電站應(yīng)按照“興利服從防洪、區(qū)域服從流域、電調(diào)服從水調(diào)”的原則進(jìn)行水量生態(tài)調(diào)度。

2）壩址處天然來(lái)水流量小于等于核定生態(tài)流量時(shí)，按天然來(lái)水流量泄放。

3）生態(tài)流量應(yīng)保證連續(xù)泄放。防洪、抗旱、應(yīng)急調(diào)度等特殊情況下可根據(jù)相關(guān)要求暫停泄放或分時(shí)段泄放。無(wú)脫水段河道電站可根據(jù)總量控制原則分時(shí)段泄放。

4）對(duì)于以供水、灌溉功能為主的電站水庫(kù)，生態(tài)流量泄放應(yīng)優(yōu)先滿足供水、灌溉需求。

5）對(duì)于流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站，應(yīng)根據(jù)首站統(tǒng)籌調(diào)度原則，重點(diǎn)保證流域首站生態(tài)流量泄放。當(dāng)首站生態(tài)流量泄放小于泄放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，流域下游的農(nóng)村水電站生態(tài)流量泄放可根據(jù)首站生態(tài)流量泄放量和集水面積調(diào)整。

4.1.4 參證水文站的生態(tài)流量

藍(lán)山縣（整改類）小水電站分布在舂陵水和湘江東源（原瀟水）兩大水系，其中位于鐘水河上的7 座水電站采用本流域下游的嘉禾水文站49 年（1957—2005年）實(shí)測(cè)資料，壩址年月徑流采用嘉禾站年月徑流面積比一次搬移；其它小水電站以毛俊水文站作為參證站，利用31 年（1973—2003 年）實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)參數(shù)并根據(jù)下墊面條件、地理位置不同，采用面雨量和流域面積進(jìn)行修正。

4.2 生態(tài)流量泄放設(shè)施設(shè)計(jì)

生態(tài)流量泄放設(shè)施，須符合國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)運(yùn)營(yíng)等不得對(duì)主體工程造成不利影響。按照“因地制宜、安全可靠、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)適用”的原則，本次根據(jù)藍(lán)山縣整改類水電站現(xiàn)有的擋水建筑物主要類型和現(xiàn)狀，主要采用下列三種方案，給出泄流閘和泄流孔等類型的泄流設(shè)施適用范圍、下泄流量計(jì)算方法，確保小水電站穩(wěn)定足額下泄生態(tài)流量。

4.2.1 調(diào)度控制閘門(mén)開(kāi)度泄放

1）適用類型。攔水壩為設(shè)有沖砂閘的堰壩引水式電站或引水渠道進(jìn)口段設(shè)有沖砂閘的引水式電站，閘門(mén)有手搖或電動(dòng)螺桿啟閉設(shè)備、操作方便的，可采用人工調(diào)度控制閘門(mén)底部開(kāi)度，并通過(guò)閘位計(jì)和水位計(jì)監(jiān)測(cè)流量的方式泄放生態(tài)流量。此方式的優(yōu)點(diǎn)有技術(shù)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于實(shí)施。

2）計(jì)算方法：

式中 Q——下泄流量（m3/s）；

H0——包括行進(jìn)流速水頭的閘前水頭（m）；

e——閘門(mén)開(kāi)啟高度；

b——閘門(mén)凈寬（m）；

μ——閘孔自由出流系數(shù)，采用南京水利科學(xué)研究院經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

H——閘前水深取閘前最小發(fā)電水深，即閘前最小發(fā)電水位情況下也可保證核定的生態(tài)流量泄放（m）；

σs——閘孔出流的淹沒(méi)系數(shù)；閘孔自由出流時(shí)，σs=1。閘孔淹沒(méi)出流時(shí)，σs按圖1 取值。

圖1 淹沒(méi)系數(shù)σs取值圖

根據(jù)生態(tài)泄放流量及閘門(mén)尺寸參數(shù)等，計(jì)算求得閘門(mén)開(kāi)度，從而確定生態(tài)泄放設(shè)施改造方案。見(jiàn)圖2。

圖2 調(diào)度閘門(mén)開(kāi)度出流示意圖

4.2.2 引水壩體或引水渠道首部增設(shè)泄流管

1）適用類型。電站大壩或引水系統(tǒng)設(shè)有泄流閘門(mén)或溢洪道閘門(mén)，但由于控制設(shè)備不完善，通過(guò)調(diào)整閘門(mén)開(kāi)度泄放流量存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)；或者閘門(mén)尺寸較大，通過(guò)現(xiàn)有閘門(mén)泄放流量較大，無(wú)法較準(zhǔn)確泄放生態(tài)流量時(shí)，可在現(xiàn)有閘門(mén)上開(kāi)孔增設(shè)管道，或在引水渠道首部增設(shè)泄流管來(lái)泄放核定生態(tài)流量。

2）計(jì)算方法。通過(guò)管道泄放生態(tài)流量，可按有壓管流公式計(jì)算：

式中 Q——實(shí)際下泄流量（m3/s）；

A——管道的過(guò)流面積（m2）；

H0——包括行近流速水頭的作用水頭（m）；一般情況下，行近流速水頭較小，可忽略，自由出流時(shí)，H0取H；淹沒(méi)出流時(shí)，H0取Z；

H——壩前水深至管道中心線高程的水頭（m）；

Z——管道上下游水面高程差（m）；

μ——管道的流量系數(shù)，對(duì)于圓形小孔口，μ 取0.60～0.62；

有壓管道出流示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 有壓管道出流示意圖

4.2.3 通過(guò)無(wú)節(jié)制溢流堰泄放

低水頭大流量的電站可采取引水壩壩頂開(kāi)設(shè)無(wú)節(jié)制溢流堰的方式，本身引水壩不高堰頂全年過(guò)流的電站，對(duì)其按寬頂堰出流復(fù)核其過(guò)流能力，泄流計(jì)算公式如下：

式中 Q──下泄流量（m3/s）；

σ──淹沒(méi)系數(shù)，σ=1；

m──流量系數(shù)，查《水力學(xué)》公式（11.18），取m=0.335，已包括側(cè)收縮影響；

B──溢流堰過(guò)流寬度（m）；

H0──包括行近流速在內(nèi)的堰上水頭，H0=H+

設(shè)無(wú)節(jié)制溢流堰出流示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 設(shè)無(wú)節(jié)制溢流堰出流示意圖

5 探討與建議

1）不宜在已建的水工建筑物上大興土木。藍(lán)山縣小水電站均為引水式，根據(jù)各電站實(shí)際情況采用控制閘門(mén)開(kāi)度泄放、管道泄放、壩頂開(kāi)設(shè)溢流堰泄放等三種泄放方式，基于對(duì)大壩的安全考慮，應(yīng)因地制宜，科學(xué)地選擇簡(jiǎn)單易行的生態(tài)流量泄放設(shè)施方案，且泄放設(shè)施應(yīng)采取相應(yīng)措施避免造成對(duì)現(xiàn)有建筑物的沖刷和破壞。

2）除壩頂開(kāi)設(shè)溢流堰泄放方式外的其他泄放設(shè)施應(yīng)具備可節(jié)制功能，安裝相應(yīng)節(jié)制裝置?？菟趬沃诽幪烊粊?lái)水流量小于等于核定生態(tài)流量時(shí)，按天然來(lái)水流量泄放，節(jié)制裝置應(yīng)全部打開(kāi)。平水期或豐水期壩址處天然來(lái)水流量大于核定生態(tài)流量時(shí)，應(yīng)根據(jù)泄放設(shè)施監(jiān)測(cè)斷面處水位變化，調(diào)節(jié)節(jié)制裝置開(kāi)度來(lái)下泄生態(tài)流量，節(jié)制裝置開(kāi)度通過(guò)相應(yīng)計(jì)算成果或監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，由監(jiān)管平臺(tái)來(lái)實(shí)行強(qiáng)制性監(jiān)管，這樣即能保證生態(tài)流量的足額下泄，又能實(shí)現(xiàn)最大限度下科學(xué)地將水資源轉(zhuǎn)換成電能，發(fā)揮小水電站的綠色稟賦優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)電站業(yè)主執(zhí)行政策的積極性。

3）加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，營(yíng)造濃厚氛圍。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣級(jí)有關(guān)單位要加強(qiáng)對(duì)生態(tài)下泄流量泄放設(shè)施改造和在線監(jiān)控裝置安裝必要性的宣傳，營(yíng)造良好的社會(huì)輿論氛圍；要及時(shí)將上級(jí)有關(guān)精神傳達(dá)到各電站業(yè)主，傳導(dǎo)壓力，讓電站業(yè)主充分認(rèn)清形勢(shì)，轉(zhuǎn)變觀念，主動(dòng)開(kāi)展整改工作，切實(shí)把整改責(zé)任壓緊壓實(shí)壓到位，認(rèn)真履職，確保完成整改任務(wù)。

4）完善相關(guān)政策，建立長(zhǎng)效機(jī)制。為充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮小水電在治理河流生態(tài)環(huán)境中的積極性，穩(wěn)定電力能源供應(yīng)，推動(dòng)和全面完成小水電清理整改，實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)發(fā)展要求轉(zhuǎn)化為小水電企業(yè)自覺(jué)行動(dòng)與責(zé)任擔(dān)當(dāng)，應(yīng)建立健全小水電綠色可持續(xù)評(píng)價(jià)管理制度，研究制定充分反映生態(tài)保護(hù)和修復(fù)治理成本的小水電優(yōu)先上網(wǎng)及電價(jià)政策，建立小水電下泄生態(tài)流量發(fā)電損益補(bǔ)償機(jī)制，確保藍(lán)山縣小水電走上綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展之路。