小水电环评中最小生态流量的确定——以某二级水电站项目为例

尹华金 许君 李友鹏 秦永亮

小水电环评中最小生态流量的确定
——以某二级水电站项目为例

尹华金 许君 李友鹏 秦永亮

重庆市丰富的水资源为开发小水电提供了良好的条件，但小水电站的建设对下游生态环境造成一定影响，甚至导致坝址下游出现减脱水段。为满足下游生态环境需水量的要求，小水电站的环境影响评价中需要计算出科学合理的最小生态流量并提出保障措施。以重庆市某二级水电站为例，对小水电站环评中最小生态流量不同计算方法进行对比，计算出的生态流量单从数值上看，Tennant法枯水期最小，丰水期最大，R2-CROSS、最枯月平均流量法居于之间。

小水电；环评；生态流量

重庆市位于长江中上游，过境河流较多，主要有长江、嘉陵江、乌江、涪江、酉水河及其支流，其中水能资源理论储量1万千瓦以上的河流和支流约有100余条，丰富的水力资源为开发小水电提供了良好的条件[1]。在小型河流上建设小水电站，会对所在河流水文、水力条件产生干扰，情况严重的将导致坝址下游出现减脱水段，对下游生态环境带来不利影响，因此在小水电站的建设中需要设置设施下泄一定的水量，即生态流量，以满足下游生态环境需水量的最低要求。

1 确定生态流量的一般方法

目前，水电站项目环评中最小生态流量的确定一般参考以下几种方法。

1.1 学术计算方法

目前还没有统一的河道内生态环境需水量的衡量标准和计算方法，国内外诸多学者提出了多种生态环境需水量计算方法，如湿周法、Montana 法、Tennant法、R2-CROSS 法、最枯月平均流量法等。

（1）湿周法是水力学法中常用的一种方法，该方法以湿周作为生态系统栖息地指标，把湿周～流量关系曲线上某一临界点所对应的流量作为生态流量。确定临界点的传统方法有曲率法和斜率法。研究表明，不同断面下斜率法得到的流量和湿周均大于曲率法，曲率法在某些断面情况下得到的相对湿周偏小[2]，斜率法计算结果存在较大的不确定性，在难以确定斜率临界值时可采用曲率法。

（2）Montana 法是以水质目标为约束的生态环境需水量计算方法，是一种综合计算方法，河流流量推荐值是以预先确定的年平均流量的百分数为基础。该法可利用水文站的年平均流量计算生态环境需水量。在没有水文资料的河流，可通过水文分析与计算技术求得。

（3）Tennant法将全年分为多水期和少水期两个时段，按河道内生境状况，取多年平均流量的不同比例计算生态需水量。

（4）R2-CROSS 法以曼宁公式为基础，根据河流特定位置处的水力学参数推算相应的水位流量。计算公式为：，式中：n是曼宁系数，是综合反映管渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数。其值一般由实验数据测得，使用时可查表选用；Q为流量；A为过水断面面积；χ为湿周；J为水力坡度。该法最小流量评判指标见表1[3]。

表1 R2-CROSS 法确定最小流量的评判标准

（5）国内估算河流生态环境用水的主要方法是最枯月平均流量法，一般河流采用近10 年最枯月平均流量的90 %作为最小生态流量。使用该方法时应注意所选资料的代表性：调查周期足够长，能反映河流丰、平、枯水期特性；生态系统健康。对河道外用水量较大、河道断流频繁的河流不宜采用。

1.2 技术规范文件推荐方法

（1）《建设项目水资源论证导则（试行）》（SL/Z322—2005）

该导则规定：建设项目取水应保证河流生态水量的基本要求，生态脆弱地区的建设项目取水不得进一步加剧生态系统的恶化趋势。但该导则没有规定计算方法，对取值标准在条文中做出了说明：①北方河流生态基流指标原则上不应小于多年平均流量的10 %，枯水时段不应低于同期流量均值的20 %；②对生态需水量的确定，原则上按多年平均流量的10 %～20 %确定；③季节性河流或干旱地区应在保护现状生态用水量的基础上适当增加用水量[4]。

（2）《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》（环评函〔2006〕4号）

该文件介绍了维持水生生态系统稳定所需水量所采用的一般方法，主要有水文学法、水力学法、组合法、生境模拟法、综合法及生态水力学法等，并推荐了相应的计算标准。如水文学法中的Tennant法，计算标准见表2[5]。

表2 保护鱼类、野生动物、娱乐和有关环境资源的河流流量状况

目前重庆市小水电站项目环评中，一般取统计年限内河流多年平均流量的10 %作为生态流量。

2 某二级水电站项目

2.1 项目概况

项目所在流域规划有四级电站，项目为流域开发规划的第二级电站，利用三级电站水库发电，发电尾水直接进入三级电站原有引水明渠，相对位置见图1。建设内容包括：增高三级电站水库原有大坝至55 m（增加12.5 m），库容增加至625万m3（增加324万m3），同时在水库库坝下游100 m处新建发电厂房等配套设施，装机容量1960 kW。根据调查资料，项目上游河段分布有齐口裂腹鱼，下游河段有大鲵，坝后减水河段两侧无工矿企业，无生活和农业取水需求。

图1 流域四级电站位置关系示意图

2.2 水库运行方式

三级站水库具体调度方式为：枯水期（11～2月）来水量小于机组额定流量（q=8.872 m3/s）时，水库水位逐渐降低，当水库水位降至483.86 m（设计水头28.1 m）以后，项目电站降低负荷运行；当水库水位降至468.76 m（水头为13 m）以下后，项目电站停止发电，三级站水库继续放水，通过本项目电站的旁路阀门直接供给三级电站引水渠，三级电站逐渐降负荷运行。平水期、丰水期来水流量大于8.872 m3/s时，水库水位上升，直至达到485.76 m，通过坝顶泄水孔泄流，项目电站正常发电。

2.3 项目建设对流域水文情势及生态环境的影响

根据项目所在河流水文站的观测资料，河流平均流量数据见表3。

根据项目水库运行方式及项目建设前后水文情势分析：项目建设后，三级站水库库容增加324万m3，水位抬高12.5 m，回水增长620 m。项目建设前，坝址下游存在2.1 km脱水段、4.1 km减水段，脱水段分布时间为11月至下一年4月13日；项目建设后，下游2.1 km脱水段分布时间为11月至下一年4月28日。即项目建设后脱水段存在时间增长了15 d。

表3 河流历年月平均流量表 单位：m3/s

预测水库不会发生温度分层现象；回水淹没上游河段为一级电站的减水段，不属于齐口裂腹鱼生存栖息的急流浅滩环境，即项目运行不会对上游水生生态环境造成明显影响；项目造成下游脱水段存在时间增加约15 d，水文情势变化虽较小，仍然有可能对下游水生生态环境造成影响，但大鲵分布于四级电站下游河段，受项目直接影响小。

2.4 项目环评提出的生态保护措施

三级电站仅留有排沙管，从水库引水较困难，环评提出在枯水期（11～4月）从项目尾水池抽取0.9 m3/s（即河流多年平均流量的10 %）尾水排入脱水河段（河宽1.5～5.0 m，河床多为砾石），改善原有脱水段不利水生环境；由于拦水坝已建成，不易新增设过鱼通道，环评提出在减水河段增殖放流齐口裂腹鱼、黄颡鱼等当地鱼种，使脱水段生态系统尽快稳定。

3 对项目环评确定生态流量的校核

针对项目所在河流特点及计算方法的适用条件，选取以下几种实用的计算方法对项目环评确定的生态流量进行校核。

3.1 不同方法计算得到的生态流量

（1）R2-CROSS 法

（2）环评函〔2006〕4号文件推荐的Tennant法

根据表2，取良好状况下的推荐基流量，即10月至下一年3月取平均流量的20 %，4～9月取平均流量的40 %；根据表3的统计资料，河流10月至下一年3月多年平均流量为4.792 m3/s，4～9月多年平均流量为13.108 m3/s。则根据该方法，枯水期（10～3月）取生态流量0.958 m3/s，丰水期（4～9月）取生态流量5.243 m3/s。

（3）最枯月平均流量法

根据表1，统计年限内河流最枯流量月出现在1月，平均流量2.47 m3/s。则根据该方法，取生态流量2.223 m3/s。

3.2 校核结果

以上各方法核算的生态流量均较环评确定的0.9 m3/s（即河流多年平均流量的10 %）大。此外，不同方法计算出的生态流量，单从数值上看，Tennant法枯水期最小，丰水期最大，R2-CROSS、最枯月平均流量法居于之间。

4 结论与建议

重庆市的小水电工程多位于喀斯特地貌山区，河流流量一般较小，河床多乱石堆积，某些河段有鱼泉分布，出产齐口裂腹鱼等冷水鱼，甚至有大鲵等国家保护动物分布，生态环境较敏感。目前重庆市小水电项目环评中，一般参考环评函〔2006〕4号文件中推荐的Tennant法，取表2中最小推荐流量，即河流多年平均流量的10 %作为生态流量，难以满足减脱水河段基本的生态用水需求。

适宜的生态流量应充分考虑河道中水生、岸生各类动植物、浮游生物等的生态用水，地下水补给，所处河流水域水文、水力特性以及农灌、工业用水等各方面因素。在小水电项目的环评阶段，需结合河流所处流域特点，地质结构等，科学确定最小生态流量。对于重庆类似的喀斯特地质结构地区，建议取多年平均流量的20 %（或多种方法理论计算值的最大值）作为生态流量。同时，环评中还应提出设置生态放水管道、安装流量计等保证措施，以便后期监管，对于河道内存在珍稀保护鱼类等水生生物的情况，还应设置过鱼设施或制定合理的增殖放流计划。

［1］李影.浅谈重庆小水电的发展[J].价值工程,2010(8):55.

［2］吉利娜,刘苏峡,吕宏兴,等.湿周法估算河道内最小生态需水量的理论分析[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2006,34(2):124-130.

［3］董福平,管仪庆,周黔生,余俊.河流生态用水流量确定新方法研究[J].水利学报,2007(10),增刊:547.

［4］向芳,黄川友.三岩龙水电站下泄生态流量的确定及措施[J].吉林水利,2011(08):10.

［5］国家环境保护总局办公厅.关于印发《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南(试行)》的函(环评函〔2006〕4号)［R］.北京,2006.

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2095-6444-2014(01)-0053-03

尹华金、许君、李友鹏、秦永亮，重庆市环境工程评估中心。