基于生態(tài)流量視閾下的水電廠運(yùn)行管理分析

趙浩楠

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 400121)

0 引 言

隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，流域水生態(tài)系統(tǒng)健康逐漸深入人心，河流生態(tài)流量這一指標(biāo)得到了更為廣泛的應(yīng)用，其在保證河流自凈擴(kuò)散能力、科學(xué)開(kāi)展水資源規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)水利水電工程合理建設(shè)管理等方面發(fā)揮著重要的作用。文章主要圍繞生態(tài)流量視閾下的水電廠運(yùn)行管理展開(kāi)詳細(xì)分析。

1 河流生態(tài)流量問(wèn)題分析

根據(jù)我國(guó)水利設(shè)施建設(shè)情況分析不難發(fā)現(xiàn)，過(guò)度開(kāi)發(fā)問(wèn)題日益嚴(yán)重，國(guó)際普遍認(rèn)為河流的水資源開(kāi)發(fā)利用警戒線為40%，但是我國(guó)超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)的情況比比皆是。同時(shí)，很多地區(qū)水資源配置不科學(xué)，以致于河道自然生態(tài)系統(tǒng)需水平衡被打破，河流最小生態(tài)流量無(wú)法得到保障，最終造成較為嚴(yán)重的水生態(tài)安全問(wèn)題。

河流生態(tài)流量，直接關(guān)系河流水生態(tài)系統(tǒng)健康，也是流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的重要前提，目前這一問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)研究熱點(diǎn)，其主要意義可歸納如下：

1)生態(tài)流量的計(jì)算與確定，可為流域生態(tài)恢復(fù)提供可靠依據(jù)。

2)根據(jù)生態(tài)流量合理設(shè)計(jì)水電站生態(tài)流量機(jī)組，規(guī)范水利工程建設(shè)與管理。

3)生態(tài)流量可為流域水資源配置提供合理依據(jù)，可結(jié)合水質(zhì)、水量確定不同生態(tài)功能區(qū)河段河道取水量。

2 龍河流域石板水電廠生態(tài)流量的確定

2.1 工程概況

石板水電站工程位于長(zhǎng)江上游右岸龍河干流，主要任務(wù)包括發(fā)電、養(yǎng)殖、防洪等，壩址位于豐都縣龍河鎮(zhèn)上游500m處。石板水電站主要?jiǎng)幽苤笜?biāo)見(jiàn)表1。

表1 石板水電站動(dòng)能指標(biāo)表(原設(shè)計(jì))

2.2 生態(tài)流量的確定

2.2.1 生態(tài)需水計(jì)算方法選擇

生態(tài)需水計(jì)算方法包括多種，包括：①Tennant法；②90%保證率法；③近十年最枯月平均流量法；④流量歷時(shí)法；⑤濕周法；⑥7Q10法等。

本次結(jié)合龍河流域?qū)嶋H情況及測(cè)站資料系列等，主要采用1、2、3三種方法進(jìn)行生態(tài)基流計(jì)算。

2.2.2 生態(tài)基流計(jì)算

1)Tennant法：根據(jù)石柱水文站的徑流成果，采用面積降雨修正法推求石板水電廠壩址多年平均流量31.8m3/s，下泄生態(tài)基流3.18m3/s。

2)90%保證率法：經(jīng)計(jì)算，石板水電廠壩址90%保證率最枯月平均流量為2.21m3/s，最枯月流量頻率曲線見(jiàn)圖1。

圖1 石板水電廠歷年最枯月流量頻率曲線

3)近10a最枯月平均流量法：經(jīng)計(jì)算，石板水電廠壩址近10年最枯月平均流量為2.50m3/s。

2.2.3 生態(tài)流量的確定

根據(jù)上述3種方法計(jì)算石板水電廠壩址生態(tài)基流分別為3.18 m3/s、2.21m3/s、2.50m3/s。本項(xiàng)目無(wú)其他工業(yè)生活用水要求，也無(wú)國(guó)家、省級(jí)保護(hù)魚(yú)類，下游主要滿足河道生態(tài)景觀需水，因此根據(jù)上述原則，按電站壩址處天然多年平均流量10%計(jì)算，下泄生態(tài)流量3.18m3/s，基本符合相關(guān)規(guī)范的要求。

3 基于生態(tài)流量視閾下的石板水電廠運(yùn)行管理措施與效益分析

3.1 運(yùn)行措施

石板水電廠主要承擔(dān)發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等任務(wù)，電站調(diào)度原則是在保證石板水大壩以及下游場(chǎng)鎮(zhèn)防洪安全的前提下，優(yōu)先保證下游河道生態(tài)環(huán)境用水要求，再結(jié)合梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行發(fā)電[1]。

根據(jù)電站調(diào)度原則，石板水電廠生態(tài)調(diào)度方案為：通過(guò)工程措施優(yōu)先保證壩下下放最小生態(tài)流量3.18m3/s，再根據(jù)入庫(kù)流量及庫(kù)水位的變化進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)生態(tài)放水設(shè)施檢修或出現(xiàn)故障時(shí)，臨時(shí)開(kāi)啟中孔放水閘門(mén)放水保證下泄最小生態(tài)流量3.18m3/s。

3.2 管理措施

由于梯級(jí)建設(shè)持續(xù)多年，過(guò)去長(zhǎng)期缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)特性的考慮，單純注重經(jīng)濟(jì)的調(diào)度和運(yùn)行，導(dǎo)致下游減水河段生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期甚至不可逆的影響。石板水電廠引水發(fā)電后，具有季調(diào)節(jié)能力，河道內(nèi)天然徑流的年際年內(nèi)分布受到了十分顯著的干預(yù)，而一直以來(lái)電站運(yùn)行、水行政主管部門(mén)、電力部門(mén)的管理，一直承擔(dān)電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)，也都更多的側(cè)重于興利和防洪，對(duì)于下游水生態(tài)環(huán)境的關(guān)注較少，今后必須落實(shí)相關(guān)管理工作[2]。

3.2.1 工程管理

在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)水平不斷提高的背景下，石板水電廠應(yīng)積極參與龍河流域生態(tài)文明建設(shè)，積極響應(yīng)流域統(tǒng)一管理，龍河流域梯級(jí)應(yīng)該加強(qiáng)梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度水平，盡可能恢復(fù)河流水流的完整性和連續(xù)性，保證河流生態(tài)健康。

在梯級(jí)生態(tài)調(diào)度過(guò)程中，可蓄豐補(bǔ)枯，保證下泄合理的生態(tài)流量，提高下游河道水體自凈能力。水電梯級(jí)生態(tài)調(diào)度是一項(xiàng)長(zhǎng)期、連續(xù)的保障工作，建立電站、河流生態(tài)流量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，確保行政管理部門(mén)對(duì)電站生態(tài)運(yùn)行的工作開(kāi)展和連續(xù)性進(jìn)行有效監(jiān)管。

3.2.2 制度建設(shè)

龍河流域水能資源豐富，涉及石柱、豐都兩縣，是重慶市境內(nèi)重要的次級(jí)河流，加強(qiáng)流域統(tǒng)一管理是提高流域內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)的重要重要途徑。各區(qū)縣政府和水利主管部門(mén)要切實(shí)提高對(duì)生態(tài)調(diào)度的認(rèn)識(shí)，從流域管理體系建設(shè)制度建設(shè)方面，保證流域個(gè)梯級(jí)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)的有效達(dá)成。

1)基于生態(tài)調(diào)度階段性特征，應(yīng)制定適合流域?qū)嶋H情況的近遠(yuǎn)期生態(tài)保障目標(biāo)，開(kāi)展合適的流域梯級(jí)調(diào)度規(guī)程、管理辦法和技術(shù)手段，逐步建立起面向全流域生態(tài)健康保障的長(zhǎng)效機(jī)制。

2)基于豐都縣轄區(qū)內(nèi)的河流生態(tài)調(diào)度保障要求，應(yīng)完善監(jiān)督檢查制度，落實(shí)水資源保護(hù)、水污染防治管理，各電站、梯級(jí)應(yīng)積極配合相關(guān)部門(mén)的監(jiān)督檢查，提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)信息，嚴(yán)禁妨礙公務(wù)。

3.3 效益分析

石板水電站工程增加建設(shè)生態(tài)放流設(shè)施之后，能夠產(chǎn)生十分顯著的生態(tài)效益和社會(huì)效益。

3.3.1 生態(tài)效益

1)顯著提高減水河段水環(huán)境容量：保證了足量的生態(tài)流量之后，能夠顯著增加減水河段的水環(huán)境容量，顯著提高河道內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)，同時(shí)顯著改善河道內(nèi)的水力學(xué)條件，以增加河流挾沙能力促進(jìn)河床沖淤平衡，提高河段水體富氧能力，提高水體感觀條件。石板水電站下放3.18m3/s的生態(tài)流量之后，減水河段水體的納污能力得以提高，對(duì)水生態(tài)環(huán)境有一定改善作用。

2)維持電站下游河段原有生物多樣性不受影響：隨著石板水電站生態(tài)流量的下放，持續(xù)且相對(duì)豐沛的水量，能夠促進(jìn)下游魚(yú)類、微生物群落以及沿岸的植物景觀將逐步恢復(fù)，不再出現(xiàn)河道水流干枯的現(xiàn)象，確保電站下游河段水生態(tài)環(huán)境的基本保障，以維系河段生物多樣性的持續(xù)穩(wěn)定[4]。

3.3.2 社會(huì)效益

石板水電站生態(tài)流量泄放設(shè)施建設(shè)后，雖然會(huì)在一定程度上影響電站的發(fā)電效益，但卻產(chǎn)生了十分顯著的社會(huì)效益，有力的促進(jìn)了本地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)水平。

工程建設(shè)產(chǎn)生的主要社會(huì)效益如下：

1)有力的促進(jìn)了電站工程從目前主要的發(fā)電、防洪任務(wù)，向兼具河道內(nèi)生態(tài)供水任務(wù)的綜合利用模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)流域水資源統(tǒng)一管理。

2)有利于促進(jìn)全流域建成完備而有效的水生態(tài)環(huán)境修復(fù)體系，提高本地區(qū)旅游資源品質(zhì)的進(jìn)一步提升，提高人居環(huán)境，促進(jìn)人水和諧，為本地區(qū)實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)服務(wù)。

3)顯著提高了水利發(fā)電企業(yè)的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，主動(dòng)參與和融入到水生態(tài)文明建設(shè)的行列中，實(shí)現(xiàn)了有效利用自然資源服務(wù)社會(huì)的同時(shí)反哺社會(huì)。

3.3.3 經(jīng)濟(jì)效益

石板水電廠原設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀均未設(shè)置生態(tài)放水設(shè)施，補(bǔ)充下泄生態(tài)水量后將對(duì)電站出力及發(fā)電量產(chǎn)生一定影響，同時(shí)石板水電廠來(lái)水應(yīng)考慮藤子溝電站調(diào)蓄及用水影響。

本次利用石柱水文站1960-2015年長(zhǎng)系列徑流資料先計(jì)算藤子溝電站壩址來(lái)水，根據(jù)其調(diào)度運(yùn)行方式，考慮蒸發(fā)及庫(kù)損等水量損失后計(jì)算其下泄水量過(guò)程，再加上藤子溝—石板水區(qū)間來(lái)水求得石板水入庫(kù)流量，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)求得石板水電廠出力和發(fā)電過(guò)程。

徑流調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)上游水庫(kù)水位在正常蓄水位480m至死水位450m之間運(yùn)行，下游水位利用廠址尾水出口水位流量關(guān)系確定。經(jīng)計(jì)算，由于本次較原設(shè)計(jì)延長(zhǎng)了水文系列，多年平均流量31.8m3/s較原設(shè)計(jì)34.2m3/s減少了2.4m3/s，多年平均徑流量、發(fā)電量分別減少0.76億m3、0.60億kW·h。補(bǔ)充下泄生態(tài)水量后裝機(jī)容量115MW不變，多年平均發(fā)電量減少0.42億kW·h，影響電量占下泄前年發(fā)電量的9.1%。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，為維護(hù)流域生態(tài)平衡與健康，在進(jìn)行水電廠等水利設(shè)施建設(shè)時(shí)，必須落實(shí)生態(tài)流量評(píng)估工作，由此為電站生態(tài)流量泄放、監(jiān)測(cè)設(shè)施的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，通過(guò)有關(guān)工程措施和制度法規(guī)的建設(shè)，不斷提升流域生態(tài)文明建設(shè)水平。