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）

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(shè)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

1　背景

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(dǎo)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。

2　石泉電站及控制流域水文特性

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(shè)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。

3　漢江石泉斷面合理流量的不同推算方法及對比［2　，3?。?/h2>

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(xué)法、水力學(xué)法、生態(tài)模擬法和整體法四大類，下文就常用的水文學(xué)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(xué)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(shè)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?？紤]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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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)?；鳎帜苁瓜掠坞娬舅畮炀哂谐掷m(xù)的水量調(diào)節(jié)，使得梯級電站間效益最大化。

4　生態(tài)基流計算應(yīng)注意的問題

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(dāng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(biāo)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

5　結(jié)語

在上述運用水文學(xué)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(yīng)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(dān)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(dān)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(dāng)前及未來石泉電站生態(tài)小機組的建設(shè)，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(zé)任編輯：暢妮）

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