宜君縣下桃水電站生態(tài)流量分析

馬 康，賈云龍

（陜西省咸陽水文水資源勘測局，陜西 咸陽 712000）

0 前言

生態(tài)流量是維持河床基本形態(tài)，保障河道輸水能力，防止河道斷流、保持水體一定的自凈能力的最小流量，是維持河流的持續(xù)健康發(fā)展所需的生態(tài)基本流量。在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)及工程管理運(yùn)行中應(yīng)充分考慮最基本的河道內(nèi)生態(tài)基流量,以維持河流的健康生命，防止因工程的建設(shè)而導(dǎo)致河流生態(tài)環(huán)境的惡化。銅川市宜君縣下桃水電站生態(tài)基流量，在傳統(tǒng)基本計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電站規(guī)模的影響程度分析綜合確定下桃電站生態(tài)基流量，滿足工程下游河道生態(tài)需水要求。

1 概況

下桃水電站引水樞紐工程位于北洛河下游段宜君縣下桃村，是以發(fā)電為目的的徑流電站，電站用水靠天然徑流，以北洛河下游段（宜君縣）河段地表水作為取水水源，屬河道內(nèi)取用水，集水面積21500 km2。取水位置距北洛河狀頭水文站較近，故采用狀頭水文站資料進(jìn)行分析。在上游有交口河水文站，可參考進(jìn)行徑流分析。電站排污口均設(shè)在壩址下游，其引水發(fā)電尾水均歸入原河道，生活廢污水由小型地埋式污水處理裝置處理；生活垃圾定點(diǎn)集中、定期外運(yùn)處理。宜君縣下桃水電站工程溢流壩最大壩高14.55 m，設(shè)計(jì)洪水位為16.69 m，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）的規(guī)定，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)按V等?。?）型下限選取，即20年設(shè)計(jì)，100年校核。

2 電站生態(tài)流量分析計(jì)算

2.1 電站取水方案

宜君縣下桃水電站工程取水方案：北洛河地表水，取水水源位于宜君縣下桃村，取水水源為地表水，因此，對(duì)北洛河地表水進(jìn)行分析計(jì)算。

2.2 地表水取水水源計(jì)算

（1）徑流資料的還原

由于洛河流域建有中、小型水庫及引水工程，徑流計(jì)算時(shí)需對(duì)交口河站及狀頭站的實(shí)測資料（狀頭站實(shí)測徑流為河、渠之和）進(jìn)行還原。根據(jù)《陜西省水資源開發(fā)利用情況調(diào)查評(píng)價(jià)》中調(diào)查的洛河流域用水量資料，對(duì)交口河站、狀頭站的實(shí)測年徑流量（含洛惠渠引水量）進(jìn)行逐年還原計(jì)算，得到交口河站、狀頭站的多年平均還原量分別為：1260萬m3和3960萬m3，占相應(yīng)水文站實(shí)測多年平均徑流量的2.7%和4.7%，還原后的徑流系列為天然徑流系列。

（2）“三性分析”

選用狀頭站及交口河站做為參證站進(jìn)行來水量分析，因方法類似，僅以狀頭站進(jìn)行說明。

①可靠性分析

狀頭站1960年1月以來，資料實(shí)測序列完整，數(shù)據(jù)經(jīng)過在站整編，分局審線審查、省局復(fù)審、流域機(jī)構(gòu)會(huì)審，最終刊印成水文年鑒或存入水文數(shù)據(jù)庫，資料質(zhì)量可靠。

②一致性分析

下桃水電站引水樞紐工程距離狀頭水文站較近，雖然洛河上游有水利工程，但是無引入引出水量，經(jīng)過徑流還原后，資料一致性較好。

③代表性分析

a.年徑流量過程線

圖1 狀頭站年徑流量過程線圖

從圖1可以看出，包含有完整的周期，有較大或較小時(shí)期，以及豐、平、枯和連續(xù)豐、枯水時(shí)期，具有系列代表性。

b.均值累積曲線

圖2 狀頭徑流量均值累積曲線

從圖2可以看出，至1990年以后均值趨于穩(wěn)定，系列長度達(dá)27年。

c.年徑流量模比系數(shù)差積曲線

圖3 狀頭站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

從圖3可以看出，狀頭水文站徑流資料不僅系列長，其中還包含了多個(gè)豐、平、枯水段，年徑流系列豐枯交替變化明顯。同時(shí)其累計(jì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)已趨于穩(wěn)定，因此說明參證站狀頭水文站徑流資料系列具有較好的代表性。

（3）狀頭水文站徑流分析計(jì)算

依據(jù)1960年～2016年?duì)铑^站實(shí)測徑流量，通過P-Ⅲ頻率曲線，計(jì)算年徑流量設(shè)計(jì)成果見表1和圖4。

表1 狀頭站不同頻率年徑流量表

圖4 狀頭站不同頻率年徑流量P-Ⅲ頻率曲線

（4）狀頭雨量站：

狀頭雨量站設(shè)立于1960年1月，位于澄城縣永豐鎮(zhèn)菜北村（狀頭水文站內(nèi)），資料系列有1960年～2016年57年降雨資料，多年平均雨量為485.3 mm。

①“三性”分析：狀頭雨量站屬于狀頭水文站的配套雨量站，由測站職工觀測，資料進(jìn)行面上對(duì)比分析后進(jìn)行整編和審查。從差積曲線圖5可以看出，雨量資料系列包含由豐、平、枯年。

②年降雨量：為了和狀頭徑流系列一致，采用1960年1月～2016年12月降水資料，按水文年進(jìn)行頻率計(jì)算。見圖6和表3。

表2 狀頭雨量站1960年～2016年逐月雨量平均值 單位：mm

圖5 狀頭雨量站差積曲線圖

圖6 狀頭雨量站頻率曲線圖

表3 狀頭雨量站不同頻率年降雨量表

（5）電站來水量分析

下桃水電站工程斷面年徑流采用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)狀頭站、交口河站徑流量按下式進(jìn)行比擬計(jì)算：

式中：W設(shè)為設(shè)計(jì)流域年徑流量，m3；F設(shè)為設(shè)計(jì)流域流域面積，km2；F參為參證站流域面積，km2；W參為參證站站年徑流量，m3；P設(shè)為設(shè)計(jì)流域年降水量，mm；P參為參證站年降水量，mm。

與已有結(jié)果進(jìn)行分析，交口河水文站流域面積17180 km2，兩者相差20%，比擬法分析精度低。狀頭站有實(shí)測從1960年至今的水文資料測驗(yàn)成果，狀頭文站流域面積25154 km2，兩者相差14.5%。分析精度高，故采用狀頭水文站的成果。

從已有成果和本次計(jì)算對(duì)比分析，結(jié)果見表5。

表4 采用狀頭水文站資料計(jì)算下桃水電站處的年徑流成果表

表5 下桃電站多年平均年徑流量采用成果表

2.3 電站生態(tài)流量計(jì)算

（1）生態(tài)基流量的計(jì)算方法

按照生態(tài)基流量的定義包含的功能，目前較難定量確定，對(duì)于重要水生物資源的河流，最小生態(tài)基流量應(yīng)根據(jù)維持保護(hù)對(duì)象所必須的生存條件，如一定的水深、流速或者淺灘等需要的水量確定；對(duì)于一般河流不涉及珍稀水生物的，可采取年平均流量的百分比確定，如法國規(guī)定河流的生態(tài)基流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10等。

生態(tài)基流量的計(jì)算按照《水電工程生態(tài)流量計(jì)算規(guī)程》（NB/T 30691-2016），如保證率90%的年最小月平均流量法、多年平均流量百分比法、Tennant法、典型年最小月法等。此類方法在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中得到普遍應(yīng)用。

（2）生態(tài)基流量計(jì)算方案

下桃水電站建庫后在不采取任何措施的前提下，將會(huì)形成長約10.0 km長的減水河段，對(duì)區(qū)域水環(huán)境、水生生態(tài)、河道景觀等產(chǎn)生不利的影響，從大壩下泄一定的生態(tài)環(huán)境用水流量是很有必要的。一般情況下，河道生態(tài)用水需要考慮的因素有工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活需水量、維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需水量、維持河道水質(zhì)的最小稀釋凈化水量、水環(huán)境需水量、河道外生態(tài)需水量等。

表6 下桃水電站不同方法基流量計(jì)算成果表 單位：m3/s

方案1：美國的7Q10法，該方法采用90%保證率最枯連續(xù)7天的平均水量作為河流最小流量的設(shè)計(jì)值。該法在20世紀(jì)70年代引入我國，一般主要用于計(jì)算污染物允許排放量，在許多大型水利水電工程建設(shè)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用。我國在使用該方法時(shí)，大部分對(duì)該方法略作了改動(dòng)，改為90%保證率最枯連續(xù)10天或旬的平均水量作為河流最小流量的設(shè)計(jì)值，根據(jù)該方法求得的下桃電站生態(tài)環(huán)境用水流量為4.3 m3/s。

方案2：法國的多年平均流量估算法，在法國的“鄉(xiāng)村法”中規(guī)定：河流最低環(huán)境流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10；對(duì)于水量不豐沛的河流，且多年平均流量大于80 m3/s，河流最低環(huán)境流量的下限不得低于多年平均流量的1/20。根據(jù)此估算法，下桃電站生態(tài)環(huán)境用水流量應(yīng)不低于2.44 m3/s。

減水河段區(qū)間無特殊用水要求，所以壩址下游河段生態(tài)流量的釋放主要是維護(hù)本河段的生態(tài)環(huán)境，因此下桃水電站生態(tài)環(huán)境基流可采用多年平均流量估算法，取多年平均來水量的1/10，即為 2.44 m3/s。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

在河流生態(tài)流量有限的研究成果中，河流水污染防治用水臨界值可用以水質(zhì)目標(biāo)為約束的方法求得，或按照簡單的十年最枯月平均流量法估算。但在資料短缺的情況下，可以對(duì)最小河流生態(tài)用水進(jìn)行規(guī)定，如法國的多年平均流量估算法。下桃電站生態(tài)基流計(jì)算采用該方法，取多年平均來水量的1/10，即為2.44 m3/s。鑒于本工程區(qū)間無較大的支溝匯入，區(qū)間補(bǔ)充流量小，適當(dāng)考慮加大計(jì)算的生態(tài)流量值，該電站下泄2.5 m3/s的生態(tài)流量。

3.2 建議

1）水電站下泄生態(tài)流量是滿足維持河道的基本生態(tài)功能和群眾生產(chǎn)、生活及其它用水需求，建議與環(huán)保監(jiān)管部門對(duì)所管轄區(qū)內(nèi)的水電站要求，安裝生態(tài)下泄流量監(jiān)測系統(tǒng)。

2）在管道處安裝流量計(jì)。實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)水量，要根據(jù)暴雨洪水控制來水量。

3）按照規(guī)定生態(tài)流量泄放監(jiān)測采用動(dòng)態(tài)與靜態(tài)、定性與定量、實(shí)時(shí)與抽檢相結(jié)合的方式，安裝流量計(jì)或計(jì)量裝置，記錄連續(xù)生態(tài)流量泄放量。