小型水電站減脫水河段治理措施的探討

張　揚(yáng)　李　婕　姜云鵬　俞云飛

小型水電站減脫水河段治理措施的探討

張揚(yáng)李婕姜云鵬俞云飛

我國有著豐富的、分布極為廣泛的小水電資源，由于小水電過快、過度開發(fā)帶來一定的環(huán)境和生態(tài)問題，主要表現(xiàn)為部分河段枯水期脫流斷水、河段片段化以及引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等問題。結(jié)合我國小型水電站開發(fā)導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題，重點(diǎn)介紹了關(guān)于小水電減脫水河段治理措施的研究和實(shí)踐，并借鑒國內(nèi)有效的工程實(shí)例，對(duì)綠色小水電發(fā)展提出建議，以推動(dòng)我國河流生態(tài)文明的建設(shè)進(jìn)程。

小水電減脫水河段治理措施綠色小水電

小水電指裝機(jī)容量在25 MW及以下的水力發(fā)電站和以小水電為主的地方小電網(wǎng)。我國有著豐富的分布極為廣泛的小水電資源，可開發(fā)量為1.28 億kW，截止2009年底已開發(fā)5.5萬MW，開發(fā)率為43%，年發(fā)電量1 600多億kW·h，居世界之首。我國的小水電在帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善農(nóng)民生活水平、促進(jìn)節(jié)能減排等方面發(fā)揮了重要作用，被公認(rèn)為清潔、綠色的可再生資源。

2013年 《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》，明確提出要建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系，并將水環(huán)境保護(hù)、水生態(tài)修復(fù)等納入生態(tài)文明制度建設(shè)的重要內(nèi)容。2011年水利部頒布《“十二五”全國水電新農(nóng)村電氣化規(guī)劃》，也提出從保護(hù)水生態(tài)的角度出發(fā)，兼顧發(fā)電對(duì)水量的需求，根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活、生態(tài)和景觀需水要求，統(tǒng)籌確定合理的生態(tài)流量，落實(shí)相關(guān)工程和管理措施，避免造成下游河段脫水，保證下游用水需求，最大限度地減輕對(duì)水環(huán)境和水生態(tài)的不利影響。

1　我國小水電存在的問題

我國2/3的小水電站是引水式電站，這種開發(fā)方式對(duì)生態(tài)景觀影響小，建設(shè)成本低，但會(huì)改變電站上下游的水文情勢。如不加強(qiáng)監(jiān)督保障下游生態(tài)下泄水量，極易造成下游一定距離的河段脫流斷水，從而影響流域內(nèi)生產(chǎn)、生活及生態(tài)用水安全。目前我國不少流域已經(jīng)發(fā)生的小水電過快、過度開發(fā)帶來的環(huán)境、生態(tài)問題，主要表現(xiàn)為部分河段枯水期脫流斷水、河段片段化以及引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等問題。

此外，建在河流支流下游及河口處的小水電工程，對(duì)在支流上游產(chǎn)卵的魚類會(huì)產(chǎn)生阻隔作用，導(dǎo)致魚類生境的破碎和魚類生物量的減少。這種不利影響制約了農(nóng)村水電的可持續(xù)發(fā)展，并在社會(huì)上引起一定爭議；因此，亟需加強(qiáng)小型水電站河道減脫水河段治理工作。

2　國內(nèi)外減脫水河段治理及研究情況

盡管目前國內(nèi)外還沒有小型水電站下游河道減脫水河段防治的整套成熟經(jīng)驗(yàn)，但近年來國外水電比重很高的國家己開展了大量的實(shí)踐，從河流棲息地模擬的角度出發(fā)，采用了增加河流彎道、設(shè)置水流擋板、在河床堆石成堰或修筑低壩等技術(shù)，開展了許多專題研究與實(shí)踐，在河流健康評(píng)價(jià)體系、生態(tài)護(hù)坡技術(shù)等方面取得了一系列研究成果。比較有代表性的有德國的 “河流生態(tài)自然工法”，澳大利亞的 “綠植被技術(shù)”，日本的 “近自然工事”，美國的 “自然河道設(shè)計(jì)技術(shù)”，挪威的生態(tài)過水壩 （滾水壩）等。

隨著打造生態(tài)綠色小水電理念的發(fā)展，國內(nèi)在最小流量泄放設(shè)施、人工階梯-深潭、河道縱向設(shè)置深槽以及縱向上間隔設(shè)置擋水堰等工程措施的探索研究也在減水河段治理中取得了一定的改善效果，這些都可為小型水電站減脫水防治技術(shù)提供參考和借鑒。

3　治理措施特點(diǎn)及效果分析

3.1生態(tài)過水壩 （滾水壩/溢流堰）

對(duì)于坡度較大、水流流速較快的河段，可在縱向上每隔一定的距離設(shè)置擋水堰，使上游局部水位壅高形成深潭。擋水堰的砌筑材料可就地取材，選用因減水而露出水面的大塊卵石。

對(duì)于河道平緩河段，可考慮采取措施增加水面率。利用天然石料布置小型滾水堰，在多股水流匯合處設(shè)置拋物線深槽。河道斷面較寬、水位變幅較大時(shí)，可結(jié)合景觀、親水要求考慮河灘地的利用。治理后的過水?dāng)嗝娌恍∮诂F(xiàn)有過水?dāng)嗝妗?/p>

生態(tài)過水壩 （滾水壩/溢流堰）在水利水電工程建設(shè)、城市河道治理和污水處理等方面均有廣泛的運(yùn)用。對(duì)于水電站工程而言，從電站下游減脫水河道生態(tài)治理的角度出發(fā)，除了可在該段河道設(shè)置一級(jí)或多級(jí)滾水壩外，對(duì)于一些低水頭的電站，電站攔河壩本身也可采用。目前，壩工建設(shè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，實(shí)際應(yīng)用中不泛有攔河閘、土石壩、橡膠壩、混凝土重力壩、漿砌石壩等多種形式以及更加生態(tài)的改良類型，在電站下游減脫水河道中的應(yīng)用也有不少實(shí)例，如貴州大花水水電站在廠壩間支流匯入口下游側(cè)修建了生態(tài)過水壩，最大限度地降低了廠壩間長6 km河段減水問題；四川省火溪河水牛家水電站工程為了解決磨房溝口—廠址之間減水河段河面變窄、視覺景觀受影響問題，建設(shè)單位在工程減水河段修建65座滾水壩的替代措施，該措施在保證沿岸居民生產(chǎn)用水、河岸生態(tài)功能與自然景觀等方面均取得了一定的效果；甘肅舟曲大年二級(jí)水電站的減水河段修建堤壩，形成兩個(gè)梯級(jí)水潭，根據(jù)投放減水河段上游魚類措施研究表明，能有效恢復(fù)減水河段水生生物的生境；因此，生態(tài)過水壩技術(shù)完全適用于電站下游減脫水河道的生態(tài)治理，不存在技術(shù)障礙。

3.2人工階梯-深潭系統(tǒng)

我國一些地區(qū)采用人工階梯系統(tǒng)，實(shí)際效果表明，人工階梯-深潭布置后，隨著水生棲息地多樣性上升，單位面積水生生物密度、物種豐度及生物群落多樣性指數(shù)均呈上升趨勢，河流生態(tài)得到改善。

利用階梯-深潭系統(tǒng)治理山區(qū)河流，既能保持河道穩(wěn)定，又能維持較高的生物多樣性，保持健康的河流生態(tài)系統(tǒng)。目前，一些國家已經(jīng)開始利用階梯-深潭系統(tǒng) （見圖1）對(duì)河流進(jìn)行治理，在保持河床穩(wěn)定的同時(shí)，使河流重現(xiàn)自然風(fēng)貌，并使河岸生態(tài)系統(tǒng)得到保護(hù)。

圖1　淺灘深潭設(shè)計(jì)布置圖

3.3河道復(fù)式斷面

由于減水河段流量減少，河道絕大部分時(shí)間處于低流量狀態(tài)。在低流量下過水?dāng)嗝娴膶挾扰c深度比值較大，呈非常寬淺的形式，對(duì)魚類生存極為不利。在河流橫斷面上進(jìn)行局部深挖形成深槽，構(gòu)建復(fù)式斷面 （見圖2），深槽內(nèi)將具有較大的水深，有利于魚類生存。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于河道生態(tài)修復(fù)與治理方面，效果良好，可以推廣用于電站下游減脫水河道的生態(tài)治理。

圖2　復(fù)式斷面設(shè)計(jì)斷面圖

3.4河岸生態(tài)護(hù)坡 （護(hù)岸）

生態(tài)護(hù)坡 （護(hù)岸）指護(hù)坡 （護(hù)岸）具有河岸土體中地下水與河道水體之間的交換和調(diào)節(jié)功能，并能提供有利于濕生、水生植物為主體的岸棲生物共生環(huán)境的護(hù)岸。

常見的生態(tài)護(hù)坡類型有生態(tài)混凝土球護(hù)岸、生態(tài)袋護(hù)坡、石籠護(hù)坡和景觀石護(hù)岸。隨著新型生態(tài)護(hù)岸材料的出現(xiàn)，將有更多的生態(tài)護(hù)坡形式應(yīng)用于河道生態(tài)治理中 （見圖3～6）。

圖3　生態(tài)混凝土球護(hù)岸示意圖

圖4　生態(tài)袋護(hù)坡示意圖

圖5　石籠生態(tài)型護(hù)坡示意圖

圖6　景觀石生態(tài)護(hù)岸示意圖

此外，對(duì)于一些豐水期下泄流量加大的中型河流，減水河段河岸生態(tài)護(hù)坡方面還可修建丁壩，以減弱洪水對(duì)河岸的沖擊。目前在杭州、上海等城市的河道生態(tài)治理中已有實(shí)際應(yīng)用，景觀與生態(tài)修復(fù)效果顯著。

4　結(jié)語

近年來，水利部明確提出了今后農(nóng)村水電工作將努力做到4個(gè)轉(zhuǎn)變，其中的 “從強(qiáng)調(diào)發(fā)電功能轉(zhuǎn)變?yōu)楦又匾暫恿魃鷳B(tài)和環(huán)境”體現(xiàn)了要維護(hù)河流生態(tài)環(huán)境的小水電發(fā)展思路的調(diào)整。同時(shí)，提出要建設(shè) “民生水電、綠色水電、平安水電、和諧水電”，其中強(qiáng)調(diào)了建設(shè)小水電要以生態(tài)文明為前提。

2012年中國水利水電科學(xué)研究院和國際小水電中心等有關(guān)專家，對(duì)浙江省 5座小型水電站工程按照 “綠色小水電評(píng)價(jià)指標(biāo)體系”開展了現(xiàn)場評(píng)價(jià)，標(biāo)志著我國 “綠色水電”評(píng)價(jià)試點(diǎn)工作正式啟動(dòng)。開展小水電減脫水河段的治理措施的創(chuàng)新與研究對(duì)于我國發(fā)展綠色小水電、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有積極意義。

為了保障小水電減脫水河段的治理效果，提出以下建議以供參考：

（1）堅(jiān)持“自然恢復(fù)為主，人工修復(fù)為輔”的原則，鼓勵(lì)各地開展小水電減脫水河段治理的研究與試點(diǎn)，探索各地區(qū)減脫水河段治理措施的實(shí)效性。

（2）繼續(xù)開展綠色小水電評(píng)比工作，制定農(nóng)村小水電的技術(shù)改造和增效擴(kuò)容的評(píng)比指標(biāo)，促進(jìn)生態(tài)文明制度的建設(shè)。

（3）對(duì)已有的生態(tài)治理導(dǎo)則、規(guī)范和文件進(jìn)行梳理，借鑒已實(shí)施的有效的生態(tài)治理措施，創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)治理的新思路、新材料和新方法。

張揚(yáng)女工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

李婕女工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

姜云鵬男工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

俞云飛男工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

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