秦 嶺，管允粽

(1.赤水市水務局，貴州 赤水 564700；2.貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

0 引 言

根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)的自然和社會服務功能，河流流量可以劃分為環(huán)境流量和水利流量兩部分[1_2]，其中水電站下泄生態(tài)流量是指為滿足維持河道的基本生態(tài)功能和群眾生產、生活及其他用水需求所需要下泄的最小流量[3]。

近年來，我國水利水電工程建設發(fā)展迅速，為促進地方經濟和社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但一些水電站，尤其是小水電站，在日常運行過程中生態(tài)流量下泄不足或沒有下泄生態(tài)流量，造成下游河道出現(xiàn)減水、脫水現(xiàn)象，一定程度上影響了河流的正常生態(tài)功能和群眾的生產、生活用水需求。

2015年4月2日，國務院發(fā)布“水十條”，強調“加強江河湖庫水量調度管理，完善水量調度方案，采取閘壩聯(lián)合調度、生態(tài)補水等措施，合理安排閘壩下泄水量和泄流時段，維持河湖基本生態(tài)用水需求，重點保障枯水期生態(tài)基流[4]?！?/p>

由于河道最小生態(tài)流量對于河道健康的重要性，開展的研究較早，形成的理論和技術也較豐富；但在實際工作中，如何保障河道最小生態(tài)流量的下泄還是一個很大的問題。對于建成投產時間較早且分布密集的小水電站，生態(tài)流量的下泄還存在許多問題，如生態(tài)流量未核定或核定不合理，未開展生態(tài)流量泄流或泄流不合理等；因此針對小水電站生態(tài)流量泄流的核查整改就尤為重要。

1 概 述

赤水市隸屬貴州省遵義市，位于貴州省西北部，赤水河中下游，屬四川臺坳、四川盆地分區(qū)瀘州小區(qū)，全市為中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，冬暖春早，全年日照少，立體氣候和地區(qū)差異顯著。全市境內屬長江水系，包括赤水河流域，大同河流域、習水河流域、楓溪河流域等。

在我國，裝機容量小于5萬kW的為小型水電站，據(jù)此標準，目前赤水市共有68座小水電站，分布于各干流和支流上，總裝機容量9.29萬kW；其中裝機容量在5 000 kW以上的小水電站僅有4座，大多數(shù)小水電站裝機容量在1 000 kW以下。

根據(jù)調查統(tǒng)計，赤水市水電站分布于習水河、大同河、楓溪河等10條河流，3條河(習水河、大同河、楓溪河)小水電站分別為22座、16座、10座，占總量的70.6%；其余7條河流小水電站占比為29.4%。赤水市小水電站主要建于2010年之前，僅有1座電站建于2010年之后。由于建成時間較早，建設時期主要強調發(fā)電、灌溉等，對于生態(tài)流量考慮較少。在調查中發(fā)現(xiàn)，由于引水發(fā)電，多處河流出現(xiàn)減流甚至斷流的情況，脫水河段總計達到31.13 km，對水生生態(tài)造成嚴重破壞。

2 生態(tài)流量核定與泄流改造

2.1 生態(tài)流量核定

目前計算生態(tài)流量的方法比較多，最常用的兩種方法是Tennant法[5]和7Q10法[6]。

2.1.1 Tennant法

Tennant法是指將天然情況下多年平均月徑流從小到大排序，前6個月為少水期，后6個月為多水期，根據(jù)2個時期多年平均流量的百分比和河道內生態(tài)與環(huán)境狀況的對應關系，直接計算維持河道一定功能的生態(tài)與環(huán)境需水量。而對于大多數(shù)水生生命，10%的平均流量是建議支撐短期生存棲息地的最小瞬時流量[7]，因此對水電站取水點以上集雨面積較大或有特殊生態(tài)需要的斷面，采用多年平均流量法，選取多年平均流量的10%比擬核定生態(tài)流量。

2.1.2 7Q10法

7Q10法是指將90%保證率的連續(xù)最枯7 d的平均流量作為最小生態(tài)流量，但由于標準要求高，因此我國在《制定地方水污染物排放標準技術原則和方法》中規(guī)定，將計算方法更改為90%保證率最枯月平均流量。因此，對于電站取水點以上集雨面積較小的，采用此方法，選取每年最枯月平均流量形成最枯月平均流量系列進行頻率分析，選取頻率為90%的最枯月平均流量核定生態(tài)流量。

2.2 泄流改造

根據(jù)赤水市小水電站的具體情況，一般采用改造已建閘門以及改造現(xiàn)有閥門泄放生態(tài)流量。

2.2.1 改造已建閘門泄放生態(tài)流量

采用閘門限位的方式，通過閘門行程控制器或在閘門底部設置控制閘門不完全關閉的水泥墩，利用閘門不完全關閉泄放生態(tài)流量。此方法可以充分利用現(xiàn)有構筑物，不會因新增泄水建筑物而影響壩體結構?？砂凑諏掜斞呱祥l孔出流公式(1)進行計算：

(1)

式中：Q為下泄流量，即核定的最小生態(tài)流量；b為閘孔寬度；e為閘孔開度；g為重力加速度，取9.8 m/s2，H為閘前水深，取閘前最小發(fā)電水深，即閘前最小發(fā)電水位情況下，也可保證生態(tài)流量的泄放；H0為包括行近流速水頭的堰上水頭，一般情況下，行近流速水頭較小，可忽略，此處取閘前水深H；σs為閘孔出流的淹沒系數(shù)，閘孔自由出流時，σs=1，閘孔淹沒出流時，查表取值；μ0為閘孔出流的流量系數(shù)，采用南京水利科學研究院經驗公式計算。

2.2.2 改造已建閥門泄放生態(tài)流量

對設有錐形閥的，可直接利用其泄放；對設有閘閥的，可增設旁通放水管泄放。采用或改造現(xiàn)有閥門泄放生態(tài)流量，方法簡單，改造成本低，具有較好的經濟性。旁通放水管出流可按有壓管流公式(2)進行計算：

(2)

式中：Q為下泄流量，即核定的最小生態(tài)流量；A為管道斷面面積；g為重力加速度，取9.8 m/s2；H0為包括行近流速水頭的作用水頭，一般情況下，行近流速水頭較小，可忽略，自由出流時，取閘前水深H，淹沒出流時，取上下游水面高程差；μc為管道流量系數(shù)；l為管道計算段長度；d為管道內徑；λ為沿程水頭損失系數(shù)；Σζ為管道計算段中各局部水頭損失系數(shù)之和。

3 實例分析

3.1 響水洞水電站

響水洞水電站位于寶源鄉(xiāng)聯(lián)華村，大同河支流寶源河中上游段，為引水式電站；攔水壩為重力壩，最大壩高1.5 m，總裝機容量1 000 kW，目前處于正常運行狀態(tài)。電站攔水壩位于廠房所在河流上游，集水面積為37.1 km2；攔水壩左岸設有引水渠，并設0.9 m×0.9 m泄流閘，用于生態(tài)流量泄放。根據(jù)現(xiàn)場調研，應對泄流閘進行改造，泄流閘改造部位如圖1所示。

圖1 泄流閘改造部位

電站壩址以上集雨面積為37.1 km2，利用水文比擬法以及Tennant法計算確定壩址處需下放的生態(tài)流量值為0.094 m3/s。將其代入式(1)計算可得，閘門開度為0.075 m，即閘門開度不小于75 mm。在泄水閘螺桿安裝控制器，保證閘門開度不小于75 mm，即可滿足下游河道生態(tài)流量要求。

3.2 平華水電站

平華水電站位于寶源鄉(xiāng)聯(lián)華村，大同河支流寶源河中上游河段，為引水式開發(fā)，攔水壩為重力壩，最大壩高1 m，總裝機容量630 kW，目前處于正常運行狀態(tài)。攔水壩位于電站所在河流寶源河的支流，廠壩間河道長度1.5 km。攔水壩已設有DN50的泄流管，根據(jù)核定的生態(tài)流量進行改造。

根據(jù)計算得出水電站核定生態(tài)流量為0.019 m3/s，將其代入式(2)計算可得管道內徑d為0.065 m，即管道內徑不小于65 mm。已有的DN50泄流管內徑過小，導致生態(tài)流量下泄不足，因此需對泄流管進行改造。將原有管道進行封堵，增設DN80泄流管，即可滿足下游河道生態(tài)流量要求；泄流管改造部位如圖2所示。

圖2 泄流管改造部位

4 結 語

赤水市小水電站建成投入使用時間大多較早，對當?shù)氐碾娏l(fā)揮了巨大的作用，對社會經濟發(fā)展也具有一定促進作用，但同時帶來的生態(tài)環(huán)境惡化問題也越發(fā)明顯。按照核定的生態(tài)流量泄放生態(tài)水量后，小水電站下游脫水河段有了明顯改善，河道流量增加，河道納水能力提升，生態(tài)需水得到保障，水生態(tài)系統(tǒng)的功能完整性得到有效恢復和改善；并使周邊生態(tài)環(huán)境、河道景觀產生較大改觀，小型河流生態(tài)系統(tǒng)得到修復，具有較大的生態(tài)效益。同時，通過改善河流生態(tài)環(huán)境，提升了當?shù)厝嗣竦纳钯|量，進一步促進了美麗鄉(xiāng)村以及綠色水電的建設。