泉州白瀨水利樞紐工程最小生態(tài)下泄流量分析研究

摘要：水庫大壩建設(shè)會改變壩址下游水文情勢，從而對下游河道生態(tài)環(huán)境造成影響。為降低不利生態(tài)環(huán)境影響，應(yīng)提出最小生態(tài)下泄流量泄放要求。以福建省泉州白瀨水利樞紐工程為例，從維持水生生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定所需水量、維持水環(huán)境功能需水量和生產(chǎn)生活用水等方面進(jìn)行綜合分析，研究確定白瀨最小生態(tài)下泄流量要求，為類似水庫工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：生態(tài)流量;水生生態(tài)系統(tǒng);生態(tài)水力學(xué)

中圖分類號：X143 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.112

Analysis and research on the minimum ecological drainage flow of Quanzhou Bailai water conservancy project

Wang Congmin

（Fujian Provincial Investigation，Design & Research Institute of Water Conservancy & Hydropower，F(xiàn)uzhou Fujian 350000，China）

Abstract：Reservoir dam construction will change the hydrological situation downstream of the dam site， thereby affecting the ecological environment of the downstream river. In order to reduce the adverse ecological environment impact，the requirements of minimum ecological downflow discharge should be proposed.Taking the Baise Water Conservancy Project in Quanzhou，F(xiàn)ujian Province as an example，a comprehensive analysis is carried out from the aspects of water required to maintain the basic stability of the aquatic ecosystem，water required to maintain water environmental functions，and production and domestic water. Provide references for similar reservoir projects.

Key words：Ecological flow;Aquatic ecosystem;Ecological hydraulics

水庫工程具有供水、防洪、灌溉、發(fā)電等多種功能，但大壩建設(shè)會改變壩址下游水文情勢，從而對下游河道生態(tài)環(huán)境造成影響。為降低不利生態(tài)環(huán)境影響，應(yīng)提出最小生態(tài)下泄流量泄放要求。

泉州白瀨水利樞紐工程位于福建省晉江流域西溪上游，壩址控制流域面積968km2，多年平均流量30.6m3/s。工程開發(fā)任務(wù)以供水為主，結(jié)合防洪，兼顧發(fā)電，并為改善下游灌溉、生態(tài)用水創(chuàng)造條件。水庫正常蓄水位288.00m，總庫容5.44億m3，最大壩高106.00m，電站總裝機(jī)容量57MW，為大（2）型多年調(diào)節(jié)水庫。

1 最小生態(tài)下泄流量計算范圍

白瀨水庫建成之后將改變壩址下游天然流量過程，在蓄水期下泄流量減少，為保證下游用水，需計算下游最小生態(tài)需水量。計算范圍重點考慮至下游有較大支流匯入處。

白瀨水利樞紐工程壩址下游至磨石坑水電站壩址區(qū)間有高磜溪匯入，磨石坑（無調(diào)節(jié)）～美溪橋（無調(diào)節(jié)）～枷楠電站（日調(diào)節(jié)）區(qū)間有西溪第二大支流龍?zhí)断獏R入枷楠電站庫區(qū)。龍?zhí)断饔蛎娣e416km2，多年平均流量為14.17m3/s，約占白瀨水庫壩址多年平均流量的46%，因此，本次最小下泄流量計算范圍重點考慮白瀨水庫壩址至支流龍?zhí)断獏R口約28.3km減水河段。

支流的匯入對壩址下游流量有一定的補給，壩址下游支流情況見表1。

2 壩址下游河段用水需求分析

2.1 維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定需水

根據(jù)水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，在白瀨水庫壩址至枷楠水電站壩址區(qū)間由于進(jìn)行了多級水電開發(fā)，已無集中的產(chǎn)卵場分布，僅在一些電站庫尾河段有產(chǎn)卵條件，分布有黑脊倒刺鲃、草魚、翹嘴紅鲌、鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽魚、鯰魚、赤眼鱒、黃顙魚、泥鰍、黃鱔等經(jīng)濟(jì)魚類。因此，為維持這些魚類在該河段內(nèi)正常的生存、產(chǎn)卵繁殖、休息，就必須保證一定的流量[1]，因此，需考慮水生生態(tài)需水要求。

2.2 維持河流水環(huán)境功能需水

為維持下游河段水質(zhì)，需要保持河道內(nèi)一定流量。

2.3 生產(chǎn)生活需水

白瀨水庫壩址至枷楠電站河段有安溪縣湖頭鎮(zhèn)生產(chǎn)生活取水要求。

2.4 地下水補給需水

工程壩址以下河段地下水與地表水的關(guān)系基本為地下水單向補給地表水，因此，不存在維持地下水位動態(tài)平衡所需要的補給水量[1]。

2.5 河道外植被需水

根據(jù)水文地質(zhì)查勘結(jié)果，壩下游河段為工程區(qū)地下水最低排泄基準(zhǔn)面，地下水接受大氣降水補給，向河床排泄，不存在河道補給山體坡面的情況。因此，河谷兩岸的植被需水主要由大氣降水補給和岸坡地下水補給，河道減水不會危及對兩岸植被的生存。

2.6 景觀需水

下游景觀需水重要河段為湖頭鎮(zhèn)，由于該鎮(zhèn)下游有閘壩控制城鎮(zhèn)沿河段水位，因此在滿足其他用水條件的前提下，可不考慮景觀需水要求。

綜上，本次最小下泄生態(tài)流量計算重點考慮維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定需水、維持河流水環(huán)境功能需水和下游生產(chǎn)生活用水。

3 下泄流量計算分析

3.1 維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需水量

根據(jù)晉江西溪河流特征，采用水文學(xué)法中的Tennant法和最小月平均徑流法、水力學(xué)法中的R2-Cross法[3]等方法論證下游河段所需的生態(tài)需水量。

3.1.1 水文學(xué)法

3.1.1.1 Tennant法計算結(jié)果

根據(jù)Tennant法，白瀨水庫10月～次年3月（枯水期）所需下泄的最小流量為多年平均流量的10%，即3.06m3/s;4月～9月（汛期）所需下泄的最小流量為多年平均流量的30%，即9.2m3/s。Tennant法比較適合河流進(jìn)行最初的目標(biāo)管理和河流的戰(zhàn)略性管理，該計算結(jié)果可作為其他方法的一種檢驗。

3.1.1.2最小月平均徑流法計算結(jié)果

以白瀨壩址90%保證率最枯月平均流量作為減水河段基本生態(tài)需水量。根據(jù)1951年5月至2014年4月63個水文年的徑流系列資料統(tǒng)計，白瀨壩址處90%保證率下最枯月均流量為4.8m?/s。

3.1.2 水力學(xué)法

水力學(xué)法使用較多的有濕周法、R2-Cross法、生態(tài)水力學(xué)法等。其中濕周法適用于河床形狀穩(wěn)定的寬淺矩形和拋物線形河道[2]，而評價河段河段河道形態(tài)變化較大，根據(jù)實測地形數(shù)據(jù)無穩(wěn)定的濕周流量關(guān)系，不適用于本項目;生態(tài)水力學(xué)法適用于下游有較為完整、連續(xù)河道的計算，由于白瀨水庫下游開發(fā)程度較高，也不適用生態(tài)水力學(xué)法;結(jié)合下游特點，本次選擇R2-Cross法進(jìn)行生態(tài)流量計算。

R2-Cross法的水力參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要用于中小型河流的分析，僅對河寬30.5m以下的河流提出了水力參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本次評價河段屬于中小型河流，但河道形態(tài)變化較大，有些斷面河寬超出30.5m范圍，本次根據(jù)評價河段的特性及水生生物的生態(tài)習(xí)性，補充設(shè)定更大河寬滿足魚類生存的水力參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本次R2-Cross法確定最小流量的標(biāo)準(zhǔn)見表2。

本次評價生態(tài)水力計算選擇白瀨壩址～龍?zhí)断獏R口區(qū)間28.3km長的河流，選擇了白瀨壩下120m（壩址下游0.12km）、小白瀨電站庫尾（壩址下游1.5km）、小白瀨電站壩下（壩址下游6km）、磨石坑電站（壩址下游13km）、云林村（壩址下游20km）、金谷元口（壩址下游28.3km）共6個代表斷面，以壩址下泄多年平均流量的10%和90%最枯月平均流量計算水力參數(shù)，結(jié)合水位流量關(guān)系曲線確定斷面相應(yīng)的水面寬度、平均流速、平均水深、濕周率等，然后與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，通過這6個斷面特征水文參數(shù)的變化來分析論證減水河段所需的最小生態(tài)流量，計算結(jié)果見表3。

根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)白瀨壩址下泄10%多年平均流量時，白瀨壩下120m斷面平均水深0.21m，小白瀨壩下斷面平均水深0.20m，兩個斷面的平均水深不滿足R2-Cross法的標(biāo)準(zhǔn);云林村斷面處濕周率58%，金谷元口斷面處濕周率61%，兩個斷面的濕周率不滿足R2-Cross法的標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)白瀨壩址下泄90%最枯月平均流量時，各斷面對應(yīng)的平均水深、流速、水面寬度和濕周率能滿足R2-Cross法的標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，90%最枯月平均流量4.8 m?/s可以滿足R2-Cross法確定的維持水生生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定所需的流量要求。

3.1.3 水生生態(tài)需水量確定

綜合以上2種計算方法，維持白瀨下游28.3km減水河段生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定所需的最低流量為壩址斷面90%保證率下最枯月平均流量，即4.8m?/s。為更好地維護(hù)下游河段生態(tài)環(huán)境，確定在10-次年3月最小生態(tài)需水量為壩址斷面90%保證率下最枯月平均流量，即4.8m?/s，在4-9月最小生態(tài)需水量為30%壩址多年平均流量，即為9.2m?/s。

3.2 維持河流水環(huán)境功能的用水量

維持白瀨壩下河流水環(huán)境功能質(zhì)量的水量分別采用7Q10 法[3]和90%保證率最枯月平均流量法[4]進(jìn)行計算，計算結(jié)果分別為1.7m3/s、4.8m3/s。白瀨壩址下游河道生態(tài)及環(huán)境流量計算結(jié)果見表4。

3.3 生產(chǎn)生活用水量（河道外用水）

白瀨水庫壩址至枷楠水電站區(qū)間河段除湖頭鎮(zhèn)外，兩岸人口、耕地稀少，居民生活生產(chǎn)用水主要取自沿岸溪溝或山泉水。下游湖頭鎮(zhèn)用水包括生活用水、工業(yè)用水及灌溉用水。規(guī)劃遠(yuǎn)期2030年湖頭鎮(zhèn)用水規(guī)模為7.0萬t/d（現(xiàn)狀取水規(guī)模約4萬t/d，包括自來水廠和工業(yè)取水），另外湖頭鎮(zhèn)白瀨左渠灌區(qū)取水流量為0.26 m3/s。因此，綜合考慮湖頭鎮(zhèn)遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)用水規(guī)模7.0萬t/d（折合0.81 m3/s）及灌溉用水量，白瀨壩址下游至枷楠電站區(qū)間河道外用水總規(guī)模為1.07 m3/s。

白瀨水庫下游河道主要取水戶湖頭鎮(zhèn)生產(chǎn)生活用水均在磨石坑下游河段取水，磨石坑斷面位于白瀨壩址下游約13km，區(qū)間流域匯水面積97km2，包括高磜溪等支流匯入?？菟冢?0～3月）白瀨壩址～磨石坑區(qū)間流量為1.3m3/s，區(qū)間流量可滿足磨石坑斷面河道外用水要求，因此，10～3月白瀨水庫最小下泄流量4.8m3/s可滿足生態(tài)流量+河道外用水要求。

4 最小生態(tài)下泄流量及要求確定

綜合以上維持水生生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定所需水量、維持水環(huán)境功能需水量和生產(chǎn)生活用水分析，以此確定泉州白瀨水利樞紐工程最小生態(tài)流量下泄原則，即在10-次年3月，最低下泄流量為4.8m3/s;在4-9月，最低下泄流量為9.2m3/s。

參考文獻(xiàn)

[1]廖琦琛.水利水電工程生態(tài)環(huán)境流量計算方法研究及其應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.

[2]王慶敏.雅礱江錦屏二級水電站減水河段生態(tài)環(huán)境需水研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[3]環(huán)境保護(hù)部.水電水利建設(shè)項目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南（試行）[Z].環(huán)評函〔2006〕4號.

[4]GB/T25173-2010.水域納污能力計算規(guī)程[S].

收稿日期：2020-02-07

作者簡介：王聰敏，男，漢族，注冊環(huán)評工程師/注冊環(huán)保工程師，研究方向為環(huán)境影響評價和環(huán)境工程。