邱興春，郭艷娜

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 貴州 貴陽 550081)

生態(tài)流量是控制河湖水資源開發(fā)強(qiáng)度、維持河湖生態(tài)功能的重要指標(biāo)[1]，是河湖保持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)所需的基本水流流量。人類為充分利用水資源在供水、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電等方面帶來的社會經(jīng)濟(jì)效益，水庫大壩工程因此迅速發(fā)展[2-3]。目前，全球正在運(yùn)行的水庫大壩( 壩高15 m以上)約5萬座，規(guī)模較小的水庫大壩約數(shù)百萬個[3-4]。不過，水庫工程在發(fā)揮巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益的同時，對河流生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了不利影響[3，5-6]。至今，人類還不斷加大對水資源的開發(fā)力度，造成水庫大壩下游水文流態(tài)、流量的變化，使得自然河流的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了明顯改變[3,7]，由此引發(fā)了河流的生態(tài)危機(jī)[8-9]。多數(shù)研究學(xué)者逐漸意識到河流生態(tài)流量對河流生態(tài)系統(tǒng)的重要性后，河流生態(tài)流量問題才開始逐漸受到關(guān)注，并成為20世紀(jì)以來全球關(guān)注的重大熱點(diǎn)問題之一[8,10]。隨著河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)理論的逐步發(fā)展，生態(tài)流量計(jì)算方法不斷豐富，目前已經(jīng)提出了200多種生態(tài)流量計(jì)算方法[11-12]。不過，這些方法都是基于如何計(jì)算生態(tài)流量的技術(shù)方法，對河流生態(tài)流量下泄方式方面的研究卻鮮有報(bào)道,然而生態(tài)流量下泄方式卻是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生態(tài)流量如期下泄至河道的重要環(huán)節(jié)，是保證河道生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的關(guān)鍵。水庫大壩工程開發(fā)時，通常需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，如計(jì)算下泄生態(tài)流量進(jìn)行生態(tài)調(diào)度[3,13-15]，但多數(shù)運(yùn)營單位存在追求水庫顯性利益最大化思想，實(shí)際進(jìn)入壩下河道的生態(tài)流量大打折扣，導(dǎo)致河流水環(huán)境問題狀況日趨嚴(yán)重。

我國水利工程建設(shè)如火如荼的今天，水資源利用開發(fā)程度及河流生態(tài)流量的確定與下放已成為重大研究課題。近年來，環(huán)境保護(hù)行政主管部門雖然依據(jù)《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》等法律法規(guī)提出了硬性管理要求，且在項(xiàng)目工程環(huán)境影響評價文件中都對工程運(yùn)行以后，生態(tài)流量的下泄提出了明確要求,不過，實(shí)際情況是大多數(shù)水利工程生態(tài)流量泄放措施僅考慮了泄放能力——“放多少”的要求，對“怎么放”這一要求考慮明顯不足。理論上，生態(tài)流量下泄量既要時時維持下游生態(tài)平衡的最小需水量，又不能影響水利工程正常效益的發(fā)揮。

黨的十八大以來， 習(xí)近平總書記非常重視生態(tài)文明建設(shè)，其中在合理分水方面， 把確定生態(tài)流量作為水資源管理的一項(xiàng)先決性工作[16-17]。近兩年出臺的《水利部關(guān)于做好河湖生態(tài)流量確定和保障工作的指導(dǎo)意見》[18](水資管[2020]67號)、《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)全國重點(diǎn)河湖生態(tài)流量確定工作方案的通知》[19](辦資管〔2020〕151號)、《水利部辦公廳關(guān)于做好2021年重點(diǎn)河湖生態(tài)流量確定與保障工作的通知》[20](辦資管〔2021〕155號)，以及《貴州省水資源保護(hù)條例(2021年修訂)》[21]等國家政策和法規(guī)條例的制訂和頒布無不體現(xiàn)了國家當(dāng)前對河流生態(tài)流量下泄與監(jiān)管的重視，因此，保證生態(tài)流量足額下泄方式的研究具有與時俱進(jìn)的重要意義。

1 貴州水資源及水利工程規(guī)劃概況

1.1 貴州水資源概況

貴州全省多年平均徑流量1 062億m3，其中長江流域678.0 億m3，開發(fā)利用率10.9%；珠江流域382.0 億m3，開發(fā)利用率4.62%。徑流的年內(nèi)分配極不均勻，汛期水量大且集中，枯水期水量小且平緩；多年平均最大連續(xù)4個月占全年徑流量的56%～73%，由東向西遞減；徑流的年際變化相對較小[22]。

1.2 貴州水利工程規(guī)劃概況

貴州位于我國西南腹地，屬于典型的巖溶生態(tài)環(huán)境，生態(tài)環(huán)境脆弱。雖然水資源總量豐富，但因局部石漠化較嚴(yán)重，保水蓄水能力較差，因此成為典型的工程型缺水地區(qū)。為了提高水利工程對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支撐能力，保障城鄉(xiāng)居民生活用水和社會發(fā)展用水需求，促進(jìn)貴州經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展[23]，《貴州省水利建設(shè)生態(tài)建設(shè)石漠化治理綜合規(guī)劃》[24](2010年)提出建設(shè)骨干性水庫工程432座，其中大型水庫4座、中型水庫142 座、?、裥退畮?22座、?、蛐退畮?4 座，分布在貴州全省 411條河流上，覆蓋全省17.62 萬km2國土面積，規(guī)劃水庫總庫容106.4 億m3，占全省年徑流量1 062 億m3的10.02%[22]，因此保證河流生態(tài)流量足額下泄的理念融入水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)之中是很有必要的。

2 貴州水利工程生態(tài)流量下泄方式及特點(diǎn)

2.1 下泄河流生態(tài)流量的常用方式

根據(jù)水利工程所在河段特征和目前成熟的河流生態(tài)流量計(jì)算方法，結(jié)合《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南(試行)》[25](環(huán)評函[2006]4號)、《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》[26](GB/T 35580—2017)、《河湖生態(tài)需水評估導(dǎo)則(試行)》[27](SL/Z 479—2010)等有關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的規(guī)定，計(jì)算河流生態(tài)流量后，通過工程設(shè)計(jì)后安裝生態(tài)流量泄放設(shè)施進(jìn)行下放。目前貴州在建或已建水利工程運(yùn)行期的生態(tài)流量下泄方式，按照水利工程設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，代表性工程及基本情況分別見表1、表2。經(jīng)貴州下泄生態(tài)流量的方式按照生態(tài)流量管與放空管、供水管、取水管的接入方式(無發(fā)電機(jī)組)可分為3種，用發(fā)電機(jī)組下泄的為1種。

表1 無發(fā)電機(jī)組下泄生態(tài)流量的代表性水庫工程及基本情況

表2 發(fā)電機(jī)組下泄生態(tài)流量的代表性水庫工程及基本情況

各種生態(tài)流量下泄方式的工程設(shè)計(jì)思路如下：

(1) 用水庫放空管下泄。根據(jù)水庫工程規(guī)模及樞紐布置特點(diǎn)，并考慮經(jīng)濟(jì)性和大壩安全性，生態(tài)流量管與水庫放空管共用，水庫放空管進(jìn)口高程布置于水庫死水位與水庫淤沙高程之間的適宜位置，放空管管徑依據(jù)水庫工程放空的需要而設(shè)定，放空管至閘閥室時，在管上設(shè)置開關(guān)閘閥。當(dāng)水庫需要放空時，控制閘閥全打開，否則，僅調(diào)整合適的閘閥開度，下泄環(huán)境保護(hù)需求的生態(tài)流量。

(2) 用叉管接于供水設(shè)施上下泄。一般布置于供水管壩面出口適宜位置，其管徑大小因工程河段所需生態(tài)流量而定，生態(tài)流量管上設(shè)置流量控制閘閥來調(diào)整下泄的生態(tài)流量。

(3) 用支管接于取水管上下泄。這一形式是取水鋼管自水庫取水口引水出壩體后，于閘閥室處分支管接供水管、放空管、生態(tài)流量管，閘閥室內(nèi)布置各管道閥門，主要包括放空管、生態(tài)流量管、取水管等設(shè)施的工作閥和檢修閥，生態(tài)流量管設(shè)置的工作閘閥用于調(diào)整流量下泄的大小。

(4) 用發(fā)電機(jī)組下泄。此類電站機(jī)組不承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，水庫主要利用汛期棄水和生態(tài)流量發(fā)電。采取此類下泄生態(tài)流量方式的水利工程一般為大中型水庫，由于下泄水量較大，為了充分利用水資源，將下泄的生態(tài)流量用于發(fā)電。當(dāng)發(fā)電機(jī)組全部檢修時(最不利情況)不發(fā)電時，或引水發(fā)電流量不能滿足河道生態(tài)流量需求時，啟用備用生態(tài)流量管下泄補(bǔ)充。備用生態(tài)流量管接于發(fā)電機(jī)組前的壓力引水鋼管，引水至下游河道，在生態(tài)流量管上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥對下泄的生態(tài)流量進(jìn)行控制。

2.2 生態(tài)流量下泄的特點(diǎn)

上述水利工程運(yùn)行期常采用的4種生態(tài)流量下泄方式中，均設(shè)有控制閘閥，以保證水庫蓄水和生態(tài)流量下放。生態(tài)流量管上安裝閘閥主要目的是在滿足國家硬性要求的最低流量下，盡可能少下放，以增加水利工程的顯性效益。前3種下泄方式，在管徑大小確定的情況下，通過生態(tài)流量管下放的具體流量大小，還與水庫水位動態(tài)變化有關(guān)，水庫水位高程越高，生態(tài)流量管進(jìn)口處壓力越大，進(jìn)而輸入的水量越大，反之，越小。第4種方式，正常情況下，僅與機(jī)組發(fā)電量的輸出大小有關(guān)，電量輸出越大，下泄的水量越大，反之越小。當(dāng)機(jī)組全檢修時(最不利情況)，啟用配備的生態(tài)流量管設(shè)施，此時下泄的水量特點(diǎn)與前3種方式一致。相對來說，第4種下泄方式的生態(tài)流量保障程度更為可靠，因?yàn)樾C(jī)組發(fā)電能給運(yùn)營單位帶來經(jīng)濟(jì)效益，讓其能產(chǎn)生積極性，同時也能滿足環(huán)境保護(hù)要求，是能實(shí)現(xiàn)雙贏的生態(tài)流量下泄方式。

從應(yīng)用范圍上來說，前3種下泄方式普遍應(yīng)用于中小型水利工程，第4種僅能應(yīng)用于大中型水利工程。

3 生態(tài)流量下泄存在的問題

(1) 機(jī)械式閘閥開度一定的情況下，下泄的生態(tài)流量隨水庫水位高程而變化。為了保證生態(tài)流量管出水滿足工程河段所需的最小生態(tài)流量，生態(tài)流量管管徑一般按照水庫死水位進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前這4種河流生態(tài)流量下泄方式，從理論上說，技術(shù)成熟可靠，均可實(shí)現(xiàn)生態(tài)流量足額下泄。但在實(shí)際操作中，由于水庫水位是動態(tài)變化的，而生態(tài)流量控制閥是機(jī)械式非自動的，就存在高水位時，下放的生態(tài)流量滿足生態(tài)需水要求，此時的閘閥開度在水庫水位運(yùn)行至低水位時下泄水量就不能滿足要求的情況。但如果以水庫死水位時的壓力設(shè)置閘閥開度，那么當(dāng)入庫水量小于工程河段生態(tài)需水量時，或水位高于水庫死水位時(水庫水位多數(shù)時段是高于死水位運(yùn)行的)，就會影響水庫正常蓄水，從而影響水庫工程應(yīng)有功能的發(fā)揮。

(2) 運(yùn)營單位追求顯性效益最大化，導(dǎo)致生態(tài)流量下泄不足或關(guān)閘不泄的現(xiàn)象常有發(fā)生。水利工程建設(shè)是為了發(fā)揮社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，如在居民飲水、農(nóng)田灌溉用水等供給方面產(chǎn)生顯性社會經(jīng)濟(jì)效益，是運(yùn)營單位主動需求，而河流生態(tài)流量下泄產(chǎn)生的生態(tài)效益是隱性效益，是被動需求，因此生態(tài)流量的時時足量下泄與水庫興利的社會經(jīng)濟(jì)效益就存在矛盾。在生態(tài)流量下泄的4種方式中，第4種方式相對較為可靠，因?yàn)橄滦股鷳B(tài)流量用于發(fā)電可以帶來顯性經(jīng)濟(jì)效益，可一舉兩得，而前3種方式下泄的生態(tài)流量全為隱性的生態(tài)效益，是運(yùn)營單位的被動需求，在目前生態(tài)流量下泄監(jiān)管機(jī)制不健全的今天，下泄不足或關(guān)閘不泄的現(xiàn)象常有發(fā)生。

(3) 由于非人性化機(jī)械式閘閥設(shè)計(jì)，導(dǎo)致生態(tài)流量實(shí)時足額下泄事實(shí)上就難以保證。另外，前3種下泄方式生態(tài)流量下泄不足還存在一個非主觀原因，就是水庫水位是動態(tài)變化的，而生態(tài)流量管閘閥是機(jī)械式非自動的，如欲確保生態(tài)流量足額下泄，勢必需要實(shí)時調(diào)整流量閘閥開度，這明顯增加了人力物力的投入，而生態(tài)效益又是隱形的，是被動需求的，那么長期如此頻繁開關(guān)的操作模式，運(yùn)營單位難免有“偷懶”的行為，生態(tài)流量時時足額下泄事實(shí)上就難以保證，也就是說，從保證生態(tài)流量足額下泄的方面來看，除了流量監(jiān)控管理方面有待進(jìn)一步完善外，目前的中小型水庫工程還存在工程設(shè)計(jì)缺陷的一面。

4 保障生態(tài)流量下泄的對策舉措

4.1 加強(qiáng)恒流量自動控制閥在水利工程中的應(yīng)用研究與應(yīng)用

加強(qiáng)恒流量自動控制閥在中小型水利工程運(yùn)行期生態(tài)流量下泄方面的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)閘閥隨水庫水位變化而自動控制生態(tài)流量恒定下泄，取消機(jī)械式非自動控制閥，可為人性化管理生態(tài)流量下泄提供技術(shù)保障。

4.2 推動智慧水利平臺建設(shè)

為了便于下泄生態(tài)流量的智能化管理，在生態(tài)流量采用合理方法計(jì)算確定后，充分運(yùn)用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)測感知、智能識別、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)水庫水位數(shù)據(jù)計(jì)算生態(tài)流量管高程處的壓力自動調(diào)整生態(tài)流量管控制閘閥開度，確保生態(tài)流量時時足額下泄。

4.3 加強(qiáng)水庫調(diào)度運(yùn)行管理

生態(tài)用水調(diào)度應(yīng)納入水庫工程運(yùn)行調(diào)度規(guī)程[29]，確保生態(tài)流量實(shí)時能足額下放。

4.4 對已建工程，在水利工程壩下安裝實(shí)時在線監(jiān)測和視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在水庫工程投入運(yùn)行前，壩下應(yīng)建設(shè)完成生態(tài)流量實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，并與相關(guān)監(jiān)管部門聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時了解運(yùn)行期壩址下游河道的流量情況，當(dāng)下泄流量低于生態(tài)流量設(shè)計(jì)要求的最低流量時，及時報(bào)警。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控的功能，將實(shí)時流量數(shù)據(jù)傳輸至集控中心，并結(jié)合管理需要將數(shù)據(jù)同時傳輸至環(huán)境保護(hù)行政部門和水行政主管部門的有關(guān)監(jiān)控平臺[18]，以此對水利工程的生態(tài)流量下泄情況實(shí)施遠(yuǎn)程自動監(jiān)控[30]，對暫時還不能實(shí)時監(jiān)測或視頻監(jiān)視的，運(yùn)營單位應(yīng)當(dāng)保存生態(tài)流量連續(xù)泄放的圖片、視頻或監(jiān)測數(shù)據(jù)備查，并定期報(bào)送至縣級水行政主管部門和生態(tài)環(huán)境主管部門[31]。

4.5 進(jìn)一步推進(jìn)納入河流生態(tài)流量保障目標(biāo)的河流，提升河流生態(tài)流量監(jiān)管能力和水平

2019年底，貴州省完成全省50 km2以上河流的行政控制斷面、重要生態(tài)敏感區(qū)斷面、小(二)型以上水庫等4 978個斷面生態(tài)流量目標(biāo)核定，2020年制定出臺了全省重點(diǎn)河湖生態(tài)流量確定和保障實(shí)施工作方案，確定了43條省級重點(diǎn)河流，明確生態(tài)流量目標(biāo)確定的責(zé)任單位和完成時間[32]。《貴州省水利建設(shè)生態(tài)建設(shè)石漠化建設(shè)綜合規(guī)劃》(2010年)提出的水利工程規(guī)劃涉及400余條河流，相對于這些河流來說，目前只是大約10%的河流納入了生態(tài)流量監(jiān)管。應(yīng)進(jìn)一步加大河流生態(tài)流量監(jiān)管的覆蓋面，提升河流生態(tài)流量監(jiān)管能力和水平，促進(jìn)全省河流生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展。

5 結(jié) 語

河流生態(tài)流量是否足額下泄，關(guān)系到河流生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展，尤其是水生生物的正常生存與繁衍。本文通過分析現(xiàn)階段水利工程生態(tài)流量下泄方式的可靠性，認(rèn)為水利工程采取“發(fā)電機(jī)組+生態(tài)流量管”的方式下泄生態(tài)流量最為可靠，但基于河流自身來水量及工程規(guī)模的原因，僅適用于大中型水利工程。從河流水資源開發(fā)水利工程的數(shù)量上來說，眾多的還是中小型規(guī)模水利工程，涉及河流多，范圍廣，如果生態(tài)流量不能足額下泄，甚至關(guān)閘不泄，固然對河流生態(tài)系統(tǒng)影響最大，故關(guān)注中小型水利工程的生態(tài)流量是否足額下泄尤為重要。目前頒布的《中華人民共和國長江保護(hù)法》[29](2020年)、《水利部關(guān)于做好河湖生態(tài)流量確定和保障工作的指導(dǎo)意見》[18](水資管〔2020〕67號)，以及《貴州水資源保護(hù)條例》[21](2021年)等等，都強(qiáng)調(diào)了生態(tài)流量的足額下泄，讓有關(guān)行政主管部門對水利工程生態(tài)流量下泄的加強(qiáng)管理有法可依，但工程設(shè)計(jì)上存在的設(shè)計(jì)缺陷應(yīng)盡早完善解決，同時推動智慧水利平臺建設(shè)，生態(tài)流量的足額時時下泄才更加得以保障。為了實(shí)現(xiàn)中小型水利工程運(yùn)行期能實(shí)時足額下泄生態(tài)流量，且方便管理，恒流量自動控制閥在水利工程中的應(yīng)用與研究是未來發(fā)展方向，完善管理部門的監(jiān)控平臺和工程河段在線監(jiān)測和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、加強(qiáng)水庫運(yùn)行管理等方面是重要管理手段，再以有關(guān)生態(tài)流量下泄的現(xiàn)行法律法規(guī)為抓手，可保障水利工程河段生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展，維持河流生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)河流水資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。