小水電環(huán)評(píng)中最小生態(tài)流量的確定
——以某二級(jí)水電站項(xiàng)目為例

尹華金 許君 李友鵬 秦永亮

小水電環(huán)評(píng)中最小生態(tài)流量的確定
——以某二級(jí)水電站項(xiàng)目為例

尹華金 許君 李友鵬 秦永亮

重慶市豐富的水資源為開發(fā)小水電提供了良好的條件，但小水電站的建設(shè)對(duì)下游生態(tài)環(huán)境造成一定影響，甚至導(dǎo)致壩址下游出現(xiàn)減脫水段。為滿足下游生態(tài)環(huán)境需水量的要求，小水電站的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中需要計(jì)算出科學(xué)合理的最小生態(tài)流量并提出保障措施。以重慶市某二級(jí)水電站為例，對(duì)小水電站環(huán)評(píng)中最小生態(tài)流量不同計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出的生態(tài)流量單從數(shù)值上看，Tennant法枯水期最小，豐水期最大，R2-CROSS、最枯月平均流量法居于之間。

小水電；環(huán)評(píng)；生態(tài)流量

重慶市位于長(zhǎng)江中上游，過境河流較多，主要有長(zhǎng)江、嘉陵江、烏江、涪江、酉水河及其支流，其中水能資源理論儲(chǔ)量1萬(wàn)千瓦以上的河流和支流約有100余條，豐富的水力資源為開發(fā)小水電提供了良好的條件[1]。在小型河流上建設(shè)小水電站，會(huì)對(duì)所在河流水文、水力條件產(chǎn)生干擾，情況嚴(yán)重的將導(dǎo)致壩址下游出現(xiàn)減脫水段，對(duì)下游生態(tài)環(huán)境帶來不利影響，因此在小水電站的建設(shè)中需要設(shè)置設(shè)施下泄一定的水量，即生態(tài)流量，以滿足下游生態(tài)環(huán)境需水量的最低要求。

1 確定生態(tài)流量的一般方法

目前，水電站項(xiàng)目環(huán)評(píng)中最小生態(tài)流量的確定一般參考以下幾種方法。

1.1 學(xué)術(shù)計(jì)算方法

目前還沒有統(tǒng)一的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的衡量標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者提出了多種生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法，如濕周法、Montana 法、Tennant法、R2-CROSS 法、最枯月平均流量法等。

（1）濕周法是水力學(xué)法中常用的一種方法，該方法以濕周作為生態(tài)系統(tǒng)棲息地指標(biāo)，把濕周～流量關(guān)系曲線上某一臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量作為生態(tài)流量。確定臨界點(diǎn)的傳統(tǒng)方法有曲率法和斜率法。研究表明，不同斷面下斜率法得到的流量和濕周均大于曲率法，曲率法在某些斷面情況下得到的相對(duì)濕周偏小[2]，斜率法計(jì)算結(jié)果存在較大的不確定性，在難以確定斜率臨界值時(shí)可采用曲率法。

（2）Montana 法是以水質(zhì)目標(biāo)為約束的生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法，是一種綜合計(jì)算方法，河流流量推薦值是以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)。該法可利用水文站的年平均流量計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量。在沒有水文資料的河流，可通過水文分析與計(jì)算技術(shù)求得。

（3）Tennant法將全年分為多水期和少水期兩個(gè)時(shí)段，按河道內(nèi)生境狀況，取多年平均流量的不同比例計(jì)算生態(tài)需水量。

（4）R2-CROSS 法以曼寧公式為基礎(chǔ)，根據(jù)河流特定位置處的水力學(xué)參數(shù)推算相應(yīng)的水位流量。計(jì)算公式為：，式中：n是曼寧系數(shù)，是綜合反映管渠壁面粗糙情況對(duì)水流影響的一個(gè)系數(shù)。其值一般由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得，使用時(shí)可查表選用；Q為流量；A為過水?dāng)嗝婷娣e；χ為濕周；J為水力坡度。該法最小流量評(píng)判指標(biāo)見表1[3]。

表1 R2-CROSS 法確定最小流量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

（5）國(guó)內(nèi)估算河流生態(tài)環(huán)境用水的主要方法是最枯月平均流量法，一般河流采用近10 年最枯月平均流量的90 %作為最小生態(tài)流量。使用該方法時(shí)應(yīng)注意所選資料的代表性：調(diào)查周期足夠長(zhǎng)，能反映河流豐、平、枯水期特性；生態(tài)系統(tǒng)健康。對(duì)河道外用水量較大、河道斷流頻繁的河流不宜采用。

1.2 技術(shù)規(guī)范文件推薦方法

（1）《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則（試行）》（SL/Z322—2005）

該導(dǎo)則規(guī)定：建設(shè)項(xiàng)目取水應(yīng)保證河流生態(tài)水量的基本要求，生態(tài)脆弱地區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目取水不得進(jìn)一步加劇生態(tài)系統(tǒng)的惡化趨勢(shì)。但該導(dǎo)則沒有規(guī)定計(jì)算方法，對(duì)取值標(biāo)準(zhǔn)在條文中做出了說明：①北方河流生態(tài)基流指標(biāo)原則上不應(yīng)小于多年平均流量的10 %，枯水時(shí)段不應(yīng)低于同期流量均值的20 %；②對(duì)生態(tài)需水量的確定，原則上按多年平均流量的10 %～20 %確定；③季節(jié)性河流或干旱地區(qū)應(yīng)在保護(hù)現(xiàn)狀生態(tài)用水量的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加用水量[4]。

（2）《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(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》（環(huán)評(píng)函〔2006〕4號(hào)）

該文件介紹了維持水生生態(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(xué)法、水力學(xué)法、組合法、生境模擬法、綜合法及生態(tài)水力學(xué)法等，并推薦了相應(yīng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。如水文學(xué)法中的Tennant法，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)見表2[5]。

表2 保護(hù)魚類、野生動(dòng)物、娛樂和有關(guān)環(huán)境資源的河流流量狀況

目前重慶市小水電站項(xiàng)目環(huán)評(píng)中，一般取統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)河流多年平均流量的10 %作為生態(tài)流量。

2 某二級(jí)水電站項(xiàng)目

2.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目所在流域規(guī)劃有四級(jí)電站，項(xiàng)目為流域開發(fā)規(guī)劃的第二級(jí)電站，利用三級(jí)電站水庫(kù)發(fā)電，發(fā)電尾水直接進(jìn)入三級(jí)電站原有引水明渠，相對(duì)位置見圖1。建設(shè)內(nèi)容包括：增高三級(jí)電站水庫(kù)原有大壩至55 m（增加12.5 m），庫(kù)容增加至625萬(wàn)m3（增加324萬(wàn)m3），同時(shí)在水庫(kù)庫(kù)壩下游100 m處新建發(fā)電廠房等配套設(shè)施，裝機(jī)容量1960 kW。根據(jù)調(diào)查資料，項(xiàng)目上游河段分布有齊口裂腹魚，下游河段有大鯢，壩后減水河段兩側(cè)無工礦企業(yè)，無生活和農(nóng)業(yè)取水需求。

圖1 流域四級(jí)電站位置關(guān)系示意圖

2.2 水庫(kù)運(yùn)行方式

三級(jí)站水庫(kù)具體調(diào)度方式為：枯水期（11～2月）來水量小于機(jī)組額定流量（q=8.872 m3/s）時(shí)，水庫(kù)水位逐漸降低，當(dāng)水庫(kù)水位降至483.86 m（設(shè)計(jì)水頭28.1 m）以后，項(xiàng)目電站降低負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)水庫(kù)水位降至468.76 m（水頭為13 m）以下后，項(xiàng)目電站停止發(fā)電，三級(jí)站水庫(kù)繼續(xù)放水，通過本項(xiàng)目電站的旁路閥門直接供給三級(jí)電站引水渠，三級(jí)電站逐漸降負(fù)荷運(yùn)行。平水期、豐水期來水流量大于8.872 m3/s時(shí)，水庫(kù)水位上升，直至達(dá)到485.76 m，通過壩頂泄水孔泄流，項(xiàng)目電站正常發(fā)電。

2.3 項(xiàng)目建設(shè)對(duì)流域水文情勢(shì)及生態(tài)環(huán)境的影響

根據(jù)項(xiàng)目所在河流水文站的觀測(cè)資料，河流平均流量數(shù)據(jù)見表3。

根據(jù)項(xiàng)目水庫(kù)運(yùn)行方式及項(xiàng)目建設(shè)前后水文情勢(shì)分析：項(xiàng)目建設(shè)后，三級(jí)站水庫(kù)庫(kù)容增加324萬(wàn)m3，水位抬高12.5 m，回水增長(zhǎng)620 m。項(xiàng)目建設(shè)前，壩址下游存在2.1 km脫水段、4.1 km減水段，脫水段分布時(shí)間為11月至下一年4月13日；項(xiàng)目建設(shè)后，下游2.1 km脫水段分布時(shí)間為11月至下一年4月28日。即項(xiàng)目建設(shè)后脫水段存在時(shí)間增長(zhǎng)了15 d。

表3 河流歷年月平均流量表 單位：m3/s

預(yù)測(cè)水庫(kù)不會(huì)發(fā)生溫度分層現(xiàn)象；回水淹沒上游河段為一級(jí)電站的減水段，不屬于齊口裂腹魚生存棲息的急流淺灘環(huán)境，即項(xiàng)目運(yùn)行不會(huì)對(duì)上游水生生態(tài)環(huán)境造成明顯影響；項(xiàng)目造成下游脫水段存在時(shí)間增加約15 d，水文情勢(shì)變化雖較小，仍然有可能對(duì)下游水生生態(tài)環(huán)境造成影響，但大鯢分布于四級(jí)電站下游河段，受項(xiàng)目直接影響小。

2.4 項(xiàng)目環(huán)評(píng)提出的生態(tài)保護(hù)措施

三級(jí)電站僅留有排沙管，從水庫(kù)引水較困難，環(huán)評(píng)提出在枯水期（11～4月）從項(xiàng)目尾水池抽取0.9 m3/s（即河流多年平均流量的10 %）尾水排入脫水河段（河寬1.5～5.0 m，河床多為礫石），改善原有脫水段不利水生環(huán)境；由于攔水壩已建成，不易新增設(shè)過魚通道，環(huán)評(píng)提出在減水河段增殖放流齊口裂腹魚、黃顙魚等當(dāng)?shù)佤~種，使脫水段生態(tài)系統(tǒng)盡快穩(wěn)定。

3 對(duì)項(xiàng)目環(huán)評(píng)確定生態(tài)流量的校核

針對(duì)項(xiàng)目所在河流特點(diǎn)及計(jì)算方法的適用條件，選取以下幾種實(shí)用的計(jì)算方法對(duì)項(xiàng)目環(huán)評(píng)確定的生態(tài)流量進(jìn)行校核。

3.1 不同方法計(jì)算得到的生態(tài)流量

（1）R2-CROSS 法

（2）環(huán)評(píng)函〔2006〕4號(hào)文件推薦的Tennant法

根據(jù)表2，取良好狀況下的推薦基流量，即10月至下一年3月取平均流量的20 %，4～9月取平均流量的40 %；根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)資料，河流10月至下一年3月多年平均流量為4.792 m3/s，4～9月多年平均流量為13.108 m3/s。則根據(jù)該方法，枯水期（10～3月）取生態(tài)流量0.958 m3/s，豐水期（4～9月）取生態(tài)流量5.243 m3/s。

（3）最枯月平均流量法

根據(jù)表1，統(tǒng)計(jì)年限內(nèi)河流最枯流量月出現(xiàn)在1月，平均流量2.47 m3/s。則根據(jù)該方法，取生態(tài)流量2.223 m3/s。

3.2 校核結(jié)果

以上各方法核算的生態(tài)流量均較環(huán)評(píng)確定的0.9 m3/s（即河流多年平均流量的10 %）大。此外，不同方法計(jì)算出的生態(tài)流量，單從數(shù)值上看，Tennant法枯水期最小，豐水期最大，R2-CROSS、最枯月平均流量法居于之間。

4 結(jié)論與建議

重慶市的小水電工程多位于喀斯特地貌山區(qū)，河流流量一般較小，河床多亂石堆積，某些河段有魚泉分布，出產(chǎn)齊口裂腹魚等冷水魚，甚至有大鯢等國(guó)家保護(hù)動(dòng)物分布，生態(tài)環(huán)境較敏感。目前重慶市小水電項(xiàng)目環(huán)評(píng)中，一般參考環(huán)評(píng)函〔2006〕4號(hào)文件中推薦的Tennant法，取表2中最小推薦流量，即河流多年平均流量的10 %作為生態(tài)流量，難以滿足減脫水河段基本的生態(tài)用水需求。

適宜的生態(tài)流量應(yīng)充分考慮河道中水生、岸生各類動(dòng)植物、浮游生物等的生態(tài)用水，地下水補(bǔ)給，所處河流水域水文、水力特性以及農(nóng)灌、工業(yè)用水等各方面因素。在小水電項(xiàng)目的環(huán)評(píng)階段，需結(jié)合河流所處流域特點(diǎn)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，科學(xué)確定最小生態(tài)流量。對(duì)于重慶類似的喀斯特地質(zhì)結(jié)構(gòu)地區(qū)，建議取多年平均流量的20 %（或多種方法理論計(jì)算值的最大值）作為生態(tài)流量。同時(shí)，環(huán)評(píng)中還應(yīng)提出設(shè)置生態(tài)放水管道、安裝流量計(jì)等保證措施，以便后期監(jiān)管，對(duì)于河道內(nèi)存在珍稀保護(hù)魚類等水生生物的情況，還應(yīng)設(shè)置過魚設(shè)施或制定合理的增殖放流計(jì)劃。

［1］李影.淺談重慶小水電的發(fā)展[J].價(jià)值工程,2010(8):55.

［2］吉利娜,劉蘇峽,呂宏興,等.濕周法估算河道內(nèi)最小生態(tài)需水量的理論分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,34(2):124-130.

［3］董福平,管儀慶,周黔生,余俊.河流生態(tài)用水流量確定新方法研究[J].水利學(xué)報(bào),2007(10),增刊:547.

［4］向芳,黃川友.三巖龍水電站下泄生態(tài)流量的確定及措施[J].吉林水利,2011(08):10.

［5］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局辦公廳.關(guān)于印發(fā)《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(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》的函(環(huán)評(píng)函〔2006〕4號(hào))［R］.北京,2006.

X828

A

2095-6444-2014(01)-0053-03

尹華金、許君、李友鵬、秦永亮，重慶市環(huán)境工程評(píng)估中心。