已建攔河工程生態(tài)流量下泄方式研究

李麗華 陳立強(qiáng) 喻光曄 周亞群

針對已建攔河工程缺乏專用的生態(tài)流量泄放設(shè)施問題，以水陽江上中游河段為例，依據(jù)水庫、水電站和橡膠壩等工程的特性，提出了四種適用的泄流方式。結(jié)果表明，四種泄流方式均可作為不同類型攔河工程泄放生態(tài)流量的保障措施，對改善河道生態(tài)具有重要意義。

一、研究概況

水陽江為長江南岸支流，發(fā)源于安徽省績溪縣和寧國市南部山區(qū)，上游有東津、中津、西津三條主要支流在河瀝溪附近匯合，河瀝溪以上為上游。其中，西津河為水陽江的正源。干流經(jīng)宣城后即進(jìn)入圩區(qū)，經(jīng)新河莊后進(jìn)入下游水網(wǎng)區(qū)。水陽江干流長286km，流域面積10305km2。

經(jīng)過沿河調(diào)查，水陽江上中游河段已建成9座攔河工程，地理位置分布調(diào)查結(jié)果詳見圖1。港口灣水庫建成后，通過水庫水資源調(diào)度，使水陽江和西津河水資源在空間上進(jìn)行了均勻分配，為水庫壩址下游水資源開發(fā)提供了必要條件；之后又相續(xù)建成了東風(fēng)壩、月亮灣水電站和楊村電站三座中小型水電站。

圖1 研究區(qū)域水陽江水系攔河工程地理位置分布調(diào)查結(jié)果

上述攔河工程建設(shè)時(shí)期均未考慮生態(tài)流量泄放措施，使西津河、水陽江生態(tài)通道、水生態(tài)環(huán)境破碎化、片段化，河道生態(tài)流量得不到保證。為改善現(xiàn)有河道生態(tài)惡化現(xiàn)狀，需采取適用的生態(tài)流量泄放方式，以確保下游生態(tài)環(huán)境健康穩(wěn)定。

二、生態(tài)流量的確定

采取流量泄放措施首先要明確下泄流量。估算方法采用水文學(xué)法中的歷時(shí)曲線法、Tennant法，同時(shí)根據(jù)研究河段內(nèi)水生生態(tài)環(huán)境漁業(yè)資源及生境調(diào)查結(jié)果，主要保護(hù)魚類和特有種光倒刺鲃4～6月產(chǎn)粘性卵，光唇魚5～7月產(chǎn)沉性、弱粘性卵，黃顙魚4～5月產(chǎn)粘性卵，細(xì)鱗鲴4～6月產(chǎn)粘性卵。因此，為利于下游魚類的繁殖，河流魚類集中產(chǎn)卵育幼期4～7月按30%的多年平均流量標(biāo)準(zhǔn)估算河道基流水量。

為利于水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，生態(tài)流量取上述計(jì)算結(jié)果的外包值，由于研究河道較長，各節(jié)點(diǎn)生態(tài)流量差別較大，分不同節(jié)點(diǎn)分析各工程壩下斷面的生態(tài)流量，生態(tài)流量建議值過程控制詳見表1。

表1 各節(jié)點(diǎn)生態(tài)流量建議值及電站基本情況表

三、生態(tài)流量泄流方式設(shè)計(jì)思路

由于該河段各攔河工程均無專用的泄放設(shè)施，必須充分依托現(xiàn)有的泄水建筑物或新建泄放設(shè)施，以滿足生態(tài)流量泄放要求。依據(jù)各攔河工程形式、壩高、電站機(jī)組情況、水工建筑物布置方式和泄洪方式等特征（電站基本情況詳見表1），提出四種泄流方式。

1.發(fā)電+新建生態(tài)放水閥方式（方式1）

此方式代表性攔河工程為港口灣水庫，港口灣水庫由堆石壩、溢洪道、泄洪隧洞、發(fā)電引水隧洞、發(fā)電廠房組成。水庫具有多年調(diào)節(jié)能力，水庫總庫容9.41億 m3，防洪庫容 1.42億m3，死庫容1.35億 m3，興利庫容3.97億m3。

港口灣水庫發(fā)電、供水調(diào)度時(shí)，下泄流量可滿足下游生態(tài)流量的需求。非發(fā)電、供水調(diào)度期間，壩址下游存在斷流情況，可通過改造水庫泄洪洞閘門以保障生態(tài)流量下泄要求。港口灣水庫泄洪洞位于左岸，隧洞最大泄量為677m3/s。由于確定的生態(tài)流量較小，而泄洪洞泄流能力較強(qiáng)，因此在泄洪閘門門葉上開圓孔洞安裝閥門接放水管道，通過電動(dòng)閘閥（帶流量測定儀）控制生態(tài)流量。經(jīng)計(jì)算，閘閥所需過流斷面積為0.43m2；由于泄洪洞工作門擋水水頭高，閘門梁格布置較密，為保證閘門結(jié)構(gòu)安全，盡可能選用較小的閘閥尺寸，以滿足金屬結(jié)構(gòu)布置需要。選用6孔閘閥的布置方案，每孔閘閥的直徑D=0.32m。六孔閘閥的總面積為0.48m2＞0.43m2，滿足8月至次年3月以3.0m3/s下泄，4～7月以9.0m3/s下泄生態(tài)流量的要求。

2.發(fā)電+新建生態(tài)放水閘方式（方式2）

此方式以劉村壩攔河工程為代表，攔河工程水頭低，采用方式1新建放水閥下泄流量較小，需新建生態(tài)放水閘來保證生態(tài)流量。

劉村壩位于西津河、港口灣水庫主壩下游10km處，壩高3m（不含壩基）。發(fā)電期，單臺(tái)機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)電泄放流量41m3/s；最低負(fù)荷（約50%額定負(fù)荷）運(yùn)行時(shí)，泄放流量20m3/s，滿足生態(tài)流量泄放要求。非發(fā)電期，通過生態(tài)放水閘泄放生態(tài)流量（4～7 月 9.3m3/s，8～3 月 3.1m3/s），生態(tài)放水閘尺寸為 1.8m（寬）×4m（高），設(shè)計(jì)流量為10m3/s，滿足下泄生態(tài)流量的要求。

3.發(fā)電+新建生態(tài)放水閘+單機(jī)組發(fā)電方式（方式3）

此方式代表性攔河工程為楊村水電站。這組工程的壩高與方式2基本相同，工程水頭低，方式1中的生態(tài)放水閥滿足不了生態(tài)流量的下泄要求，需新建生態(tài)放水閘來保證；但是，與方式2中工程相比，此組工程4～7月生態(tài)流量大于單機(jī)組最低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)泄放流量，可由水電站單機(jī)組發(fā)電尾水來保證。

楊村水電站位于佟公壩下游約12.7km，攔河主壩高5.0m。在發(fā)電期，單臺(tái)機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)電泄放流量35.8m3/s；最低負(fù)荷（約50%額定負(fù)荷）運(yùn)行時(shí)，泄放流量17.9m3/s，滿足8～3月8.2m3/s生態(tài)流量泄放要求；4～7月發(fā)電期至少以生態(tài)流量24.6m3/s發(fā)電下泄。非發(fā)電期，8～3月生態(tài)流量8.2m3/s可通過生態(tài)放水閘泄放，生態(tài)放水閘尺寸為1.6m（寬）×4m（高），設(shè)計(jì)流量為 9m3/s；4～7 月的生態(tài)流量（24.6m3/s）較大，可由楊村水電站單機(jī)組發(fā)電尾水來保證。

4.新建生態(tài)放水閘（方式4）

此方式代表性攔河工程為鳳凰壩、西津河二河壩。兩工程均位于寧國市區(qū)，西津河下游，結(jié)構(gòu)為橡膠壩。鳳凰壩位于劉村壩下游約7.3km，壩高3m，西津河二河壩位于鳳凰壩下游約1.6km，壩高2m（包括壩基壩高3m），回水末端到達(dá)鳳凰壩。兩橡膠壩為壅高河道水位優(yōu)化城市景觀而建，當(dāng)港口灣水庫行洪時(shí)塌壩行洪，現(xiàn)狀無防洪、發(fā)電任務(wù)。橡膠壩蓄水完成后，來水全部下泄，當(dāng)上游來水流量大于生態(tài)流量時(shí)，可通過橡膠壩直接下泄；當(dāng)上游來水流量小于生態(tài)流量時(shí)，需通過新建生態(tài)放水閘加大下泄量，保證生態(tài)流量下泄要求。

四、結(jié)論

我國已進(jìn)入生態(tài)文明建設(shè)階段，國家對筑壩河流生態(tài)流量的硬性要求對于減緩攔河工程對河流生態(tài)系統(tǒng)不利影響起到了非常積極的作用。解決已建攔河工程帶來的生態(tài)問題，修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)是今后水利工程事業(yè)發(fā)展必須面對的。

生態(tài)流量泄放措施研究是生態(tài)流量計(jì)算方法研究的完善和補(bǔ)充。確定適宜的生態(tài)流量，選擇恰當(dāng)?shù)南滦狗绞剑蔷S持筑壩河道生態(tài)環(huán)境健康穩(wěn)定的重要保障。為探討已建攔河工程生態(tài)流量下泄方式，本文以水陽江上中游河段9座攔河工程為例，提出了四種不破壞壩體且滿足生態(tài)流量泄放要求的泄放方式，以期為我國已建攔河工程泄放生態(tài)流量提供經(jīng)驗(yàn)借鑒■