金沙江上游梯級電站聯(lián)合運行對下游河道生態(tài)影響分析

梁 媛

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

金沙江干流具有徑流豐沛且較穩(wěn)定、河道落差大、水能資源豐富、開發(fā)條件較好等特點，是全國最大的水電能源基地。隨著金沙江流域中下游水電項目基本開發(fā)完畢，上游河段梯級電站建設(shè)正式拉開序幕。根據(jù)開發(fā)時序安排，葉巴灘水電站和拉哇水電站為近期重點開發(fā)梯級，按照目前的建設(shè)情況，葉巴灘水電站將首先建成，隨后建成拉哇水電站。大型水電工程在發(fā)電、供水等諸多方面發(fā)揮巨大作用的同時，也對河流生態(tài)系統(tǒng)造成了一定的影響，從而不同程度地影響了流域的生態(tài)過程。在此背景下，研究并開展水電工程的生態(tài)調(diào)度，從而保護(hù)和恢復(fù)河流健康生境顯得尤為重要［1-4］。

葉巴灘水電站壩址至蘇洼龍水電站庫尾河段長約119 km，流域面積16 149 km2，區(qū)間河段多年平均流量為114 m3／s；其間匯入的支流主要有羅麥曲、斜曲、西曲和瑪曲，支流流域面積總計10 454 km2，約占該河段流域面積的64.7%，支流多年平均流量總計81.02 m3／s，約占該河段多年平均流量的71.07%。本文以上述河段的生態(tài)調(diào)度為研究對象，根據(jù)建設(shè)時序安排，通過水動力數(shù)學(xué)模型對葉巴灘和拉哇梯級電站聯(lián)合運行非恒定流沿程坦化進(jìn)行模擬，分析兩座電站聯(lián)合調(diào)度運行對下游河道的生態(tài)影響［5-7］。

1 葉巴灘單獨運行情況分析

葉巴灘水電站具有不完全年調(diào)節(jié)性能，運行期電站可根據(jù)系統(tǒng)需要參與調(diào)峰運行。葉巴灘水電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)運行時，不穩(wěn)定流下泄將對下游河道水文情勢造成一定影響。根據(jù)現(xiàn)有水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，金沙江干流在羅麥曲匯口、斜曲匯口和西曲匯口分別有裂腹魚類的零星產(chǎn)卵場分布，因此，選擇典型枯水年魚類產(chǎn)卵期（以枯水年4月為例）一個典型日進(jìn)行分析。

為全面反映葉巴灘水電站日內(nèi)下泄流量逐時變化特征及下游河段逐時流量過程的沿程變化，采用MIKE11一維水力模型，模擬典型日內(nèi)葉巴灘下游河段水文情勢變化過程，模擬時段設(shè)置為72 h。

根據(jù)電站日內(nèi)調(diào)峰運行工況，1號斷面為生態(tài)機(jī)組尾水出口斷面，日內(nèi)流量穩(wěn)定維持在132 m3／s。與天然情況相比，月均流量減幅35.0%～93.3%。最大水深由2.624～7.886 m減少為2.526～4.327 m，減幅3.73% ～57.7%。水面寬度由33.814～59.678 m減少為33.192～48.652 m，減幅1.84%～38.93%。流速由2.733～7.001 m／s減少為2.644～4.259 m／s，減幅3.26% ～52.33%。

以下重點分析日調(diào)峰運行時葉巴灘水電站壩下6處典型斷面（2～7號斷面）水位和流量的逐時變化過程，據(jù)此說明葉巴灘水電站典型日內(nèi)下泄流量對下游河段水文情勢的影響。

1.1 對流量的影響

圖1為枯水年4月典型日葉巴灘水電站運行時逐時下泄流量及下游河段各典型斷面的逐時流量過程。

枯水年4月典型日葉巴灘水電站日內(nèi)調(diào)峰運行時部分時段流量波動較大，如17時至18時之間，下泄流量從337 m3／s迅速升高至549 m3／s，持續(xù) 4個小時后又下降至337 m3／s；整個過程中，日最大升幅和降幅均為212 m3／s。下泄流量變化將直接影響下游河段各典型斷面的流量過程，如圖1所示。當(dāng)下泄流量形成的不穩(wěn)定流到達(dá)3號斷面（羅麥曲匯口、產(chǎn)卵場河段）時，日內(nèi)最大升幅為143.69 m3／s，最大降幅為134.8 m3／s；當(dāng)下泄流量形成的不穩(wěn)定流到達(dá)5號斷面（西曲匯口，產(chǎn)卵場河段）時，日內(nèi)最大升幅為 107.5 m3／s，最大降幅 82.66 m3／s；到達(dá) 7號斷面（蘇洼龍庫尾河段）時，日內(nèi)最大升幅為65.05 m3／s，最大降幅為 46.95 m3／s。將葉巴灘水電站典型日內(nèi)下泄流量過程與下游河段逐時流量過程進(jìn)行對比可知，下泄流量的急劇變化將對下游河段產(chǎn)生影響，但越向下游流量過程的日內(nèi)升幅和降幅均減小，隨著下游河流斜曲、瑪曲等的入?yún)R，加之河道的坦化和滯流作用，日內(nèi)升幅和降幅均明顯減小（分別減小了 271.95 m3／s和 290.05 m3／s），但與天然狀況相比，日內(nèi)升幅和降幅仍較為明顯。

圖1 葉巴灘水電站日內(nèi)調(diào)峰運行時壩下河段典型斷面流量逐時變化過程（枯水年4月）

1.2 對水位的影響

圖2為枯水年4月葉巴灘水電站運行時下游河段各典型斷面的逐時水位過程。由圖2可知，受葉巴灘水電站日調(diào)節(jié)下泄流量影響，2號斷面（葉巴灘主機(jī)尾水出口斷面）水位在短時間內(nèi)大幅漲落，日內(nèi)最大漲幅0.85 m，最大降幅0.75 m。當(dāng)下泄流量形成的不穩(wěn)定流到達(dá)3號斷面時，日內(nèi)最大升幅為0.83 m，最大降幅為0.78 m；到達(dá)7號斷面（蘇洼龍庫尾河段）時，日內(nèi)最大升幅為0.1 m，最大降幅為0.08 m。將葉巴灘水電站典型日內(nèi)下泄流量過程與下游河段逐時流量過程進(jìn)行對比可知，下泄流量的急劇變化將對下游河段產(chǎn)生影響，但越向下游流量過程的逐時升幅和降幅均減小；隨著下游河流斜曲、瑪曲等的匯入，加之河道的坦化和滯流作用，逐時升幅和降幅均明顯減小。對比各斷面逐時水位過程圖可知，與流量變化特征相似，隨著下游中型河流西曲、斜曲和瑪曲等的匯入，加之河道的坦化和滯流作用，越往下游水位逐時變幅越小。因此，受河道滯流作用影響及支流匯入對干流水量的影響，使得下游河段水位落差較上游明顯變小，逐時水位變化呈現(xiàn)平坦化的趨勢。

1.3 魚類產(chǎn)卵期實施生態(tài)調(diào)度后對下游水文情勢的影響

根據(jù)前述分析結(jié)果，電站日內(nèi)調(diào)峰運行時對下游水文情勢影響較大，特別在魚類產(chǎn)卵期3～4月期間，產(chǎn)卵場河段水位變幅較大，為保護(hù)下游河段魚類生境，結(jié)合魚類生態(tài)學(xué)特性及繁殖習(xí)性，本工程調(diào)度運行初步考慮在魚類產(chǎn)卵期的3～4月份每月中旬各進(jìn)行一次持續(xù)10 d的生態(tài)調(diào)度過程，期間電站不進(jìn)行日內(nèi)調(diào)峰運行，按照不低于上游來流下泄，維持下游河態(tài)穩(wěn)定。3～4月下泄流量不低于272 m3／s，各代表年3～4月中旬考慮生態(tài)調(diào)度需求條件下，電站逐日入庫流量、發(fā)電流量統(tǒng)計見表1。由表中3～4月魚類產(chǎn)卵期生態(tài)調(diào)度流量及過程可知，期間葉巴灘水電站尾水下游流態(tài)基本穩(wěn)定，對水文情勢影響改善作用明顯。

圖2 葉巴灘水電站日內(nèi)調(diào)峰運行時壩下河段典型斷面水位逐時變化過程（枯水年4月）

表1 葉巴灘水電站各典型年3～4月生態(tài)調(diào)度過程后電站的運行調(diào)度過程（枯水年） m3／s

2 葉巴灘和拉哇水電站聯(lián)合運行情況分析

葉巴灘水電站下游為拉哇水電站，拉哇水電站正常蓄水位與葉巴灘水電站尾水銜接良好。拉哇水庫運行方式與葉巴灘相同，即崗?fù)兴畮旖ǔ汕?，拉哇水庫具備不完全年調(diào)節(jié)性能，可作為補償電站。

根據(jù)拉哇水電站水生生態(tài)調(diào)查成果，葉巴灘主電站尾水下游約11.6 km為羅麥曲匯口，此處為裂腹魚類的產(chǎn)卵河段，該河段也位于拉哇的庫尾。葉巴灘與拉哇聯(lián)合運行時，對羅麥曲匯口產(chǎn)卵場的影響與葉巴灘單獨運行時一致，即枯水年4月典型日日內(nèi)該斷面最大水位漲幅達(dá)0.85 m，降幅達(dá)0.75 m。需要指出的是，上述變幅均按照4月份拉哇水電站尚處在死水位運行，即羅麥曲匯口處產(chǎn)卵河段處于類天然河段時的狀態(tài)。當(dāng)葉巴灘和拉哇水電站聯(lián)合運行時，若拉哇水庫在魚類產(chǎn)卵期3～4月處在死水位，此期間羅麥曲匯口處產(chǎn)卵場處于類天然河段，葉巴灘的生態(tài)調(diào)度可對此處產(chǎn)卵場的水文過程起到改善作用。

正常運行工況下，葉巴灘發(fā)電尾水直接進(jìn)入拉哇庫區(qū)，拉哇處在死水位運行時，庫尾有15.8 km的流水性河段，此時流水性河段的來流主要為葉巴灘發(fā)電尾水及生態(tài)電站下泄流量。按照前述典型日電站運行方式可知，葉巴灘水電站正常運行時，豐水年4月典型日逐時出庫流量在360～758 m3／s，平水年4月典型日逐時出庫流量在360～583 m3／s，枯水年4月典型日逐時出庫流量在337～549 m3／s?？梢钥闯?，電站運行時絕大部分時段出庫流量都大于132 m3／s，即使在最不利工況——葉巴灘大機(jī)組停機(jī)時，該流水性河段仍至少有不低于132 m3／s生態(tài)流量。因此，葉巴灘與拉哇水電站聯(lián)合運行時，拉哇庫尾的變動回水段不會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，該河段流水性生境條件依然存在，且流量滿足生態(tài)需求。

3 結(jié) 語

通過以上分析，葉巴灘水電站壩址至蘇洼龍水電站庫尾河段區(qū)間匯流及支流入?yún)R可減緩典型日調(diào)節(jié)對下游河段水文情勢的影響。

在各斷面的影響程度方面，隨著下游地表徑流及各支流的匯入，電站運行對下游水文情勢影響隨著河道的延長而逐漸減弱。尤其是在瑪曲匯入河道以后（瑪曲河口多年平均流量54 m3／s），干流水文情勢的影響總體得到較大緩減。

總體來看，4個產(chǎn)卵場河段斷面在產(chǎn)卵期內(nèi)日內(nèi)水文情勢均受到一定程度影響。以3號斷面（羅麥曲匯口，產(chǎn)卵場河段）為例，枯水年4月典型日電站運行時，日內(nèi)最大水位漲幅達(dá)0.85 m，降幅達(dá)0.75 m。由于葉巴灘水電站下游為拉哇水庫，根據(jù)開發(fā)時序，拉哇水庫將晚于葉巴灘2.5年建成，拉哇水庫建成后，葉巴灘水電站尾水下游水文情勢將受拉哇庫區(qū)水位變動影響，因此，葉巴灘電站日調(diào)節(jié)運行對下游水文情勢影響的時段較短，但為保護(hù)下游河段魚類產(chǎn)卵生境，仍需根據(jù)下游魚類生態(tài)習(xí)性及生物學(xué)特性。從滿足魚類繁殖和生存所需的水文情勢條件出發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化工程調(diào)度運行方案，在魚類產(chǎn)卵期電站盡量不進(jìn)行日內(nèi)調(diào)峰運行，探索適合工程實際的生態(tài)調(diào)度方案。

為保護(hù)下游河段魚類產(chǎn)卵生境，擬在魚類產(chǎn)卵期的3～4月每月中旬各進(jìn)行一次持續(xù)10 d的生態(tài)調(diào)度過程。生態(tài)調(diào)度期間葉巴灘水電站尾水下游流態(tài)基本穩(wěn)定，對水文情勢影響改善作用明顯。當(dāng)葉巴灘和拉哇水電站聯(lián)合運行時，拉哇庫尾的變動回水段不會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，該河段流水性生境條件依然存在，且流量滿足生態(tài)需求。