愛河流域農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造效益分析

侯鐵錚

(遼寧省遼陽水文局， 遼寧 營(yíng)口 111000)

愛河是鴨綠江支流，發(fā)源于遼寧省寬甸滿族自治縣老木垛嶺。愛河上游河段稱為牛毛生河，于寬甸縣灌水鎮(zhèn)納舊帽山河匯入后始稱愛河。愛河流經(jīng)寬甸滿族自治縣、鳳城市和丹東市振安區(qū)，在丹東市振安區(qū)的九連城匯入鴨綠江。愛河全長(zhǎng)181.95 km，流域面積5 902 km2。牛毛生河(舊帽山河口以上)，河道長(zhǎng)48.41 km，多年平均徑流總量4.61億 m3。流域地處遼寧省東部山區(qū)，主要為山地，植被較好。

愛河流域多年平均降水量1 021.3 mm。降水量的年際變化大，最多年降水量達(dá)1 692.3 mm，最少年降水量?jī)H567.0 mm，相差2倍以上。降雨在年內(nèi)分配極不均勻，雨量多集中在夏季，6-9月約占全年降水量的77%，其中7、8兩月更為集中，占全年57%左右。愛河流域11-3月為結(jié)冰期。

愛河(牛毛生河)河道長(zhǎng)48.41 km。河道周圍地表植物較為單一，水域內(nèi)生態(tài)構(gòu)成簡(jiǎn)單，對(duì)水源依賴程度相對(duì)較低。灌水電站壩址以上流域面積967 km2，多年平均天然徑流量14.61 m3/s。電站建于1958年，裝機(jī)容量409 kw，年設(shè)計(jì)發(fā)電量90萬kwh。由于電站是引水式電站，大壩至廠房3.4 km區(qū)域內(nèi)有減脫水河段，其沿線河道兩岸階地現(xiàn)多為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(人工林)，河道附近為半天然草本生態(tài)系統(tǒng)，無重要生態(tài)敏感區(qū)和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。愛河(牛毛生河)已建電站現(xiàn)狀情況詳見表1。

表1 愛河(牛毛生河)已建電站現(xiàn)狀情況表

通過灌水電站增效擴(kuò)容改造，解決電站壩下3.4 km河段減脫水問題。主要采取以下措施：一是在沖沙閘左邊墩處新增設(shè)一個(gè)放水孔，按要求泄放生態(tài)流量；二是修建生態(tài)堰壩。通過這兩項(xiàng)措施可較好修復(fù)由于灌水電站造成的減脫水河段，該河段生態(tài)將得到全面恢復(fù)。

1 改造項(xiàng)目情況

1.1 基本情況

灌水電站始建1958年，1961年投產(chǎn)發(fā)電。當(dāng)時(shí)裝機(jī)容量168 kw，2臺(tái)84 kw。1989年進(jìn)行改造新增1臺(tái)200 kw的發(fā)電機(jī)組，1991年將1臺(tái)84 kw的發(fā)電機(jī)組改造為125 kw的發(fā)電機(jī)組?，F(xiàn)裝機(jī)容量為409 kw，3臺(tái)發(fā)電機(jī)組。設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量90萬 kwh，電站庫(kù)區(qū)庫(kù)容261萬 m3。

1.2 改造情況

該電站改造后修復(fù)減脫水河段3 400 m。通過在沖沙閘左邊墩處設(shè)置一放水孔，滿足生態(tài)流量1.46 m3/s的需要，保證河道生態(tài)環(huán)境。改造前裝機(jī)容量409 kw，近3年平均年發(fā)電量118萬 kwh，水庫(kù)原庫(kù)容261萬 m3。改造后裝機(jī)容量2 100 kw，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量485萬 kwh，改造后水庫(kù)庫(kù)容增至342萬 m3。新增裝機(jī)容量1 691 kw，新增年設(shè)計(jì)發(fā)電量395萬 kwh，新增庫(kù)容81萬 m3。

1.3 主要建設(shè)內(nèi)容

更換3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，1套自動(dòng)控制保護(hù)設(shè)備，3臺(tái)高壓開關(guān)柜，4臺(tái)低壓開關(guān)柜，2臺(tái)升壓變壓器，18孔翻板閘，1座生態(tài)堰壩，送出線路2 000 m，加寬澆筑隧洞0.239 km，改造電站廠房面積388 m2。

2 長(zhǎng)效機(jī)制

2.1 河道生態(tài)概況

2.1.1 地表水

地表水監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，各斷面監(jiān)測(cè)因子達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，據(jù)愛河流域2018年各監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果，采用綜合污染指數(shù)法和污染分擔(dān)率法進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，其評(píng)定結(jié)果表明，愛河水質(zhì)良好，各項(xiàng)污染因子的年平均值全部達(dá)到國(guó)家Ⅱ類水域標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

根據(jù)保護(hù)區(qū)土地利用、植被分布、鳥類分布和人為干擾情況，本工程評(píng)價(jià)范圍內(nèi)主要為人工植被，包括耕地和人工護(hù)堤等，由于人類的長(zhǎng)期干擾，評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的鳥類已不多。

2.1.3 景觀現(xiàn)狀

本工程沿線河道兩岸階地現(xiàn)多為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和林業(yè)系統(tǒng)(人工林)，河道附近為半天然草本生態(tài)系統(tǒng)。

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀

灌水鎮(zhèn)位于縣城西北部。全鎮(zhèn)總面積407.5 km，耕地面積2.9萬畝，全鎮(zhèn)人口31 189人，轄14個(gè)村民委員會(huì)，142個(gè)村民組，2個(gè)居委會(huì)，27個(gè)居民組。2018年，全縣地區(qū)生產(chǎn)總值152.3億元，第一產(chǎn)業(yè)28.3億元，第二產(chǎn)業(yè)65.9億元，第三產(chǎn)業(yè)58.1億元，人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值3.54萬元。

2.3 生態(tài)放流

灌水電站開發(fā)任務(wù)單一，其所在愛河流域區(qū)域目前生態(tài)狀況較為良好，受到人為影響較少。綜合選用生態(tài)流量計(jì)算方法，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，最終采用流量歷史法較為符合現(xiàn)實(shí)情況，所以最終灌水電站的生態(tài)流量取值1.46 m3/s。

2.4 生態(tài)設(shè)施

灌水電站的生態(tài)設(shè)施考慮到攔河建筑物的實(shí)際布置以及運(yùn)行情況綜合確定。主要考慮以下三個(gè)方案：(1)生態(tài)機(jī)組，(2)生態(tài)基荷，(3)泄水閘孔。

灌水電站為引水式電站，不適合在攔河壩另外設(shè)置生態(tài)機(jī)組，電站設(shè)計(jì)攔河建筑物水利自動(dòng)翻板閘與液壓翻板閘沖沙閘，其中水力自控翻板閘無法人工操作控制流量，而液壓翻板閘雖然可以人工操作，但是流量過大，開度為0.1 m時(shí)下泄流量達(dá)到了7 m3/s，不適宜作為生態(tài)放流設(shè)施，所以需額外設(shè)置生態(tài)放流孔，以保證下游河道生態(tài)用水需要。

灌水電站大壩下游1 000 m處有一支溝，流域面積1.25 km2，壩下1 700 m處另有一支溝匯入，流域面積5.6 km2，二條支溝均位于壩下脫水段匯入愛河。

在電站河道底高程為159.5 m處，設(shè)置一座生態(tài)堰壩，采用固賓籠結(jié)構(gòu)，壩高1 m，可以抬高河道內(nèi)水位，修復(fù)河道生態(tài)。

2.5 工程運(yùn)行期對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

2.5.1 壩下最小放流量分析

生態(tài)環(huán)境用水是為維持生態(tài)與環(huán)境功能和進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)所需要的最小需水量[1]。依據(jù)愛河流域的特點(diǎn)及本次環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果，愛河流域沒有敏感的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，因此，確定壩下生態(tài)環(huán)境最小放流量原則為考慮維持河流水體一定自凈能力及防止河道斷流所需的最小基流量[2-3]。

愛河(牛毛生河)河流壩址處天然多年平均流量14.61 m3/s，經(jīng)批復(fù)的生態(tài)流量為1.46 m3/s，壩址處天然來流量小于規(guī)定生態(tài)流量時(shí)，按天然來流量泄放?！秾挼榭h灌水電站增容擴(kuò)容工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》采用以下方式確保生態(tài)放流，開啟放水閥，利用放水孔放流。

2.5.2 下游河段徑流變化分析

電站建成后，由于庫(kù)容較小，沒有調(diào)蓄能力，對(duì)原河道天然徑流過程影響較小，壩下存在短期減脫水問題。

2.5.3 土壤環(huán)境的影響

工程運(yùn)行期間，由于電站蓄水，庫(kù)區(qū)水位的升高，使庫(kù)區(qū)周邊土壤處于飽和狀態(tài)，引起低洼地區(qū)及山前部分土壤發(fā)生沼澤化和次生潛育化，可能造成少量的農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。但由于河道電站攔河壩采用翻板閘泄洪，其影響范圍將會(huì)很小。另外工程誘發(fā)地震和庫(kù)岸滑坡的可能性極小，將不會(huì)引起較大土壤環(huán)境的破壞。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

本工程完成后，可避免現(xiàn)有水電設(shè)備、設(shè)施報(bào)廢，維持并提高現(xiàn)有發(fā)電、輸電能力。避免報(bào)廢減少的發(fā)電量。改造后新增年發(fā)電量395萬 kwh，按現(xiàn)行電價(jià)0.33元/ kwh計(jì)算，年增發(fā)電直接收入130萬元。

3.1.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目實(shí)施后可帶動(dòng)建材、機(jī)電設(shè)備制造的發(fā)展，拉動(dòng)內(nèi)需，增加農(nóng)村水電裝備制造業(yè)的發(fā)展，增加農(nóng)村水電裝備制造業(yè)和相關(guān)行業(yè)就業(yè)崗位，產(chǎn)生十分明顯的間接經(jīng)濟(jì)效益，還可以促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。

3.2 生態(tài)效益

3.2.1 生態(tài)放流

電站改造后，修復(fù)減脫水河段3 400 m，新增生態(tài)流量放水孔、一座生態(tài)堰壩及增設(shè)一臺(tái)流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，更加保證河道基流流量1.46 m3/s的要求。

生態(tài)環(huán)境用水是為維持生態(tài)與環(huán)境功能和進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)所需要的最小需水量[4-6]。愛河流域沒有敏感的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，因此，確定壩下生態(tài)環(huán)境最小放流量原則為考慮維持河流水體一定自凈能力及防止河道斷流所需的最小基流量。

3.2.2 提供清潔能源

水電是清潔可再生能源，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳和其它有害氣體和廢物[7-8]。

農(nóng)村水電增效減排的效益電量替代燃煤火電廠發(fā)電，可以產(chǎn)生巨大的減排效益。按照全國(guó)2008年燃煤電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為349每千瓦時(shí)克。根據(jù)《全民節(jié)能減排手冊(cè)》，燃燒1噸標(biāo)煤向大氣排放2.567 t二氧化碳計(jì)算，該電站改造后年增395萬 kwh，則每年減少燃煤1 378 t，可以少向大氣排放3 538 t二氧化碳。

3.2.3 水土流失得到治理

生態(tài)保護(hù)措施與水土保持措施與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)施工，同時(shí)發(fā)揮應(yīng)有的作用。水土保持綜合治理不僅可以減少水肥、土層流失，減少泥沙對(duì)農(nóng)田河道的危害，還可以改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與沿河兩岸生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

3.3 社會(huì)效益

3.3.1 提高農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施

農(nóng)村水電站是農(nóng)村重要的基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施，通過實(shí)施農(nóng)村水電增效減排工程，可消除安全隱患，提高可靠性，增強(qiáng)農(nóng)村水電為“三農(nóng)”服務(wù)的能力，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)。

3.3.2 提高農(nóng)村水電現(xiàn)代化水平

實(shí)施農(nóng)村水電增效減排工程將顯著提高農(nóng)村水電站的現(xiàn)代化水平，提高安全生產(chǎn)的技術(shù)保障條件，在保障農(nóng)村水電站的防洪安全、充分發(fā)揮防洪效益的同時(shí)，改變農(nóng)村水電站帶病運(yùn)行的狀況。

3.3.3 增加農(nóng)民收入

實(shí)施農(nóng)村水電增效減排工程可提高災(zāi)害性氣候條件下或大電網(wǎng)故障解列時(shí)的供電保障能力，有效降低農(nóng)村電價(jià)，促進(jìn)家電下鄉(xiāng)。同時(shí)通過經(jīng)營(yíng)管理創(chuàng)新，使得項(xiàng)目所在地農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織和農(nóng)民直接受益。

3.3.4 帶動(dòng)第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

電站改造后，庫(kù)區(qū)新增水庫(kù)庫(kù)容81萬 m3，增加了庫(kù)區(qū)養(yǎng)殖面積。新增了翻板閘，新建廠房，新?lián)Q機(jī)組，升壓站等，增添了一處旅游景點(diǎn)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富提供方便有利條件。

4 結(jié)語

電站改造后，庫(kù)區(qū)新增水庫(kù)庫(kù)容81萬m3，增加了庫(kù)區(qū)養(yǎng)殖面積。新增了翻板閘，新建廠房，新?lián)Q機(jī)組，升壓站等，增添了一處旅游景點(diǎn)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富提供方便有利條件。增效擴(kuò)容改造促進(jìn)了節(jié)能減排，通過農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目建設(shè)，灌水電站進(jìn)行全面改造擴(kuò)容，增加了電站持續(xù)發(fā)展的能力，通過農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造，解除工程安全隱患，有效增強(qiáng)了水庫(kù)防洪能力，提高了水能資源利用率，促進(jìn)節(jié)能減排，保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境，還能消除公共隱患，是一項(xiàng)費(fèi)省效宏、一舉多得的民生工程和生態(tài)工程。