农村水电站最小下泄流量研究探讨

李小强，刘建新

(1.江西省农村水电电气化发展局，江西 南昌 330009；2.江西省水文局，江西 南昌 330002)



农村水电站最小下泄流量研究探讨

李小强1，刘建新2

(1.江西省农村水电电气化发展局，江西 南昌 330009；2.江西省水文局，江西 南昌 330002)

为提高水能资源管理的规范化、标准化、精细化水平，江西省开展了农村水电站最小下泄流量监测研究工作，提出了分析计算最小下泄流量的合理方法，建立了最小下泄流量的推算模型，以期为“绿色水电”建设提供实证数据和技术支撑。

农村水电站；下泄流量；研究；探讨；江西省

1 问题的提出

1.1 主要生态问题

江西省水能资源较为丰富，理论蕴藏量685万kW，技术可开发量633万kW，其中农村水电技术可开发量423万kW。截至2014年底，已建成农村水电站3 889座，装机容量310.4万kW，占农村水电技术可开发量的73.4%，已经达到较高的开发程度。在新的发展时期，要适应由建设到管理的工作重心转变，厘清存量电站的主要问题，探索水能资源管理新途径。

随着一些河流功能的变化以及水能资源开发理念的转变，许多早期建设的农村水电站面临着一些新情况、新挑战。由于建设时期、建设目标和建设主体不同等方面的原因，一些水电站因下泄流量不足而造成部分河段在部分时段内河道生态流量不足、脱水甚至干涸，在一定程度上影响了河道的正常生态功能。加之由于农村水电站所涉及的河流与当地村镇有着密切的联系，河道的减水给当地居民的生产生活带来了一定的影响。

1.2 关于最小下泄流量

农村水电站最小下泄流量应该满足下游减(脱)水河段基本生态环境功能、水功能区纳污能力和居民基本生产生活用水等需求，是水电站在运行中必须保证下泄的最小流量。当前，对农村水电站最小下泄流量主要按照生态基流(或生态需水)进行考虑，如《江河流域规划环境影响评价规范》《河湖生态需水评估导则(试行)》等均给出了生态需水量的计算方法；《建设项目水资源论证导则(试行)》对于生态需水量原则上按多年平均流量的10%～20%确定；《水利水电建设项目水资源论证导则》提出了最小下泄流量要求，但未给出最小下泄流量确定的方法。实践表明，以多年平均流量的10%～20%作为生态流量往往不现实，即使多数地方在实际操作中以不小于河道控制断面多年平均流量的10%确定最小生态流量，但在江西仍然觉得偏大。同时，所确定的量也仅为河道内的生态需水，没有考虑下游诸如生产生活用水等河道外取水。也就是说，目前关于农村水电站最小下泄流量的取值和确定方法仍不明确。

作为加强农村水电站最小下泄流量管理的前提，必须加强其基础性、规律性问题的研究和探索。为此，江西省水利厅委托水文部门自2013年起就开展了农村水电站最小下泄流量的监测研究工作，合理确定试点对象的最小下泄流量，提出类似水电站最小下泄流量的确定和监测方法及其保障措施。

2 试点对象的选择

通过实地查勘，选取了赣南的留金坝水电站和赣东北的金鸡口水电站作为试点研究对象，分别代表了不同地域、不同集水面积、不同装机大小、不同引水方式、不同调节能力、不同河床型式与河床组成、不同影响程度、有无水文资料的水电站。

2.1 留金坝水电站

赣江上游支流梅江流域中型水库留金坝水电站是江西省南部的具有集水面积大、装机容量较大、河床式、调节周期短、大江大河宽浅河道、水生生物较丰富、减(脱)水河段较长且沿途取用水较多、有水文监测资料的典型代表站。留金坝水电站位于瑞金市瑞林镇安全村，系赣江上游支流梅江流域。大坝控制集水面积5 790 km2，水库库容6 120×104m3，年发电量5 021万kW·h，系河道型日调节水库；河床式发电厂房位于坝段后，发电下泄水量直接排入河道，至于都县贡江镇龙舌咀注入贡水，区间集水面积1 331 km2。沿途取用水较多，水生生物丰富多样，拟将大坝至梅江与贡水汇合口的河道作为减(脱)水河段分析范围，减(脱)水河段总长62 km。大坝下游18 km(河道长度)建有汾坑水文站，低枯水水位与流量过程呈锯齿状，河道宽浅。

2.2 金鸡口水电站

信江支流丰溪河花厅水流域小型梯级电站金鸡口水电站是江西省东北部小流域、装机容量较小、引水式、无调节周期、山区性河道、水生生物较少、减(脱)水河段较短且沿途无取用水、无水文监测资料的众多农村小水电站典型代表站。金鸡口水电站位于上饶县花厅镇湖边自然村，是信江一级支流丰溪河花厅水下会坑水库下游梯级电站之一，下会坑水库控制集水面积107 km2，库容3 505×104m3。金鸡口水电站控制集水面积145 km2，水电站年发电量222万kW·h，按来水和供电要求进行控制调节。电站厂房上游2 km处建有拦河坝，引水式发电导致拦河坝下游出现约2 km长的减水甚至脱水现象。减(脱)水河段系山区性河道，减脱水河段较短、水生生物较少，未设立水文监测设施。

3 研究内容与方法

3.1 研究目标

通过对留金坝水电站所在的梅江，金鸡口水电站所在的丰溪河花厅水的部分河段，尤其是水电站下游减(脱)水河段开展监测、调查与分析，合理确定水电站的最小下泄流量，提出类似水电站最小下泄流量的确定和监测方法，从工程和非工程角度提出保障最小下泄流量的措施。

3.2 技术路线

通过搜集电站所在流域的水文、生态、地质等资料，确立减(脱)水河段影响范围和分析断面，实测水电站坝(闸)下水位、流量、水质等数据，调查减(脱)水河段断面间经济、社会、生态等需水量以及区间来水量，分析确定水电站最小下泄流量，建立水电站最小下泄流量推算模型，研究分析水电站坝(闸)下最小下泄流量满足程度。

3.3 主要内容

(1)调查试点监测对象所在流域的水文、气象、水质、地质、水生态环境及经济社会等有关资料。

(2)调查试点监测对象的水电站或水库的建设规模、调度运行方式及下游减(脱)水河段取用水量情况。

(3)选择合适测验河段，布设监测断面，建设水文监测设施设备，根据项目需求和水文测验规范规定，确立水位、流量、水质等监测方案。

(4)开展水质水量监测，收集相关水质水量资料，对资料成果进行合理性分析与研究。

(5)利用水文资料(无资料可采用参照站修正移用)和调查成果，分析水电站最小生态流量；分析建库前后天然来水影响状况；分析水电站减脱水河段水功能区纳污能力最小流量；分析减脱水河段现状年和规划年生产生活用水量；合理确定水电站现状年和规划年最小下泄流量；通过对典型对象的分析比较，建立水电站最小下泄流量推算模型，分析水电站最小下泄流量满足度要求。

(6)提出类似水电站最小下泄流量模型应用方法和最小下泄流量分析、监测方法等建议。

(7)从水电站建设，调度运行、水功能区水质管理目标、取用水量等方面，提出确保最小下泄流量的技术措施。

4 主要成果与结论

4.1 水位、流量监测

留金坝水电站下游18 km处减(脱)水河段内建有汾坑水文站，通过对汾坑站进行水位、流量监测，建立了汾坑站水位流量关系、留金坝和汾坑站流量相关关系，推求了留金坝下泄流量变化过程，实现了留金坝水电站下泄流量实时监测。

金鸡口水电站减(脱)水河段内无水文站，在金鸡口减(脱)水河段内选择了合适测验河段，建设水尺观测码头、雷达水位计，水位数据通过GPRS公网传输至上饶市水文局水情科数据接收平台。通过对金鸡口水电站减(脱)水河段进行水位、流量监测和引水渠道流量监测，建立了金鸡口站减(脱)水河段水位流量关系、发电功率与引水渠道流量关系，推求了减(脱)水河段流量变化过程、发电引水流量过程，进行了流量合成，实现了金鸡口水电站下泄流量的实时监测。

4.2 水质监测与分析评价

经对留金坝水电站上下游布设监测断面进行水质监测、评价分析，该水电站上下游河段水质均达到Ⅱ类和Ⅲ类水质标准，满足水功能区水质目标要求；水库蓄水运行后，库区河段的水文情势发生变化，水流减缓，从而影响库区水体中污染物的稀释、扩散及降解，对库区水质产生一定影响，水库大坝下游减(脱)水河段的水质状况没有沿河呈现明显变化趋势。

（4）钻井液性能控制的精准化。不同的地层要求钻井液有不同的性能，为此制定分井段的钻井液性能规范，如密度、黏度、失水、动塑比等关键技术参数，明确分段药品加量，提前进行钻井液处理，以达到性能要求，充分满足钻井需求。

经对金鸡口电站上下游布设监测断面进行监测、评价分析，该水电站上下游河段水质均达到Ⅱ类和Ⅲ类水质标准，满足水功能区水质目标要求；引水渠引水对拦河坝下游减(脱)水河段水质有一定的影响，对尾水汇合后的河道水质未产生明显影响。

4.3 最小生态流量分析

对采用的水文资料进行了代表性、可靠性和一致性分析，采用目前简单易用的三种主要水文学方法，即7Q10法、Tennant法、最小月(最小连续30天)平均实测径流量法，分别推求了梅川留金坝水电站下游的汾坑水文站、花厅水金鸡口水电站减(脱)水河段的最小生态流量。

根据历史资料和实测资料，对3种常用的方法推求的最小生态流量结果进行比较，最小连续30 d平均流量法的计算值存在受前期降雨和地表产汇流影响，代表该站基流会偏大；7Q10法计算值基本不受前期降雨和地表产汇流影响，能较好代表该站基流，因此确定7Q10法计算值作为最小生态流量最小阈值。

4.4 最小下泄流量分析

4.5 最小下泄流量模型

综合留金坝水电站和金鸡口水电站最小下泄流量分析方法和结果，建立了农村水电站最小下泄流量的推算模型。当减(脱)水河段较长时，应根据减(脱)水河段的河道外取用水量、河道内经济社会需水量、排污分布和区间入流等情况，将减(脱)水河段划分若干断面，分别确定各断面所需水电站下泄最小流量，再取各断面所需下泄最小流量的最大值作为该农村水电站下泄最小流量。

Q泄=Q外+MAX(Q生,Q经)-Q区

式中，Q泄为水电站必须保证的最小下泄流量(m3/s)；Q外为减(脱)水河段河道外需水量(m3/s)；Q生为减(脱)水河段河道内最小生态流量(m3/s)；Q经为减(脱)水河段河道内经济社会需水量(m3/s)；Q区为减(脱)水河段区间来水量(m3/s)。

4.6 最小下泄流量满足度分析

最小下泄流量满足度是指坝(闸)日均下泄流量不小于最小下泄流量的天数占评价期总天数的百分比(当入库流量小于最小下泄流量时，入库流量就作为最小下泄流量)。按照下泄流量模型推求留金坝和金鸡口水电站最小下泄流量，结合水库的实际下泄流量计算农村水电站最小下泄流量满足度。经计算，留金坝水电站最小下泄流量日满足度达99.8%，小时满足度达90.4%。该水电站减(脱)水河段较长、取用水较多、河道水生生物相对丰富，水电站最小下泄流量对其影响较大，为保障减(脱)水河段用水需求和生态需水，满足度范围宜相对较高，建议类似留金坝水电站的最小下泄流量满足度为80%～90%。经计算，金鸡口水电站日满足度为52.1%，小时满足度为52.1%，该水电站减脱水河段较短、无取用水需求，河道内水生生物较少、无水生生物保护需求，在尽量减少对水电站效益影响的前提下，建议采用工程或非工程措施，适当提高该水电站最小下泄流量满足度至70%～80%。

4.7 最小下泄流量保障措施

因留金坝水电站新增泄水建筑物会影响坝体结构，不宜采取工程保障措施，且该站调度运行方案能满足最小下泄流量需求，建议加强监管，合理调度运行，控制闸门的启闭高度可保障最小下泄流量正常下泄。

建议金鸡口水电站在拦河坝坝体内靠引水渠一侧埋设钢管，钢管进口底高程为158 m，孔径可采用0.5 m，出口设锥阀进行流量控制及消能。

5 有关建议

最小下泄流量监测试点研究所选择站点虽具有一定的代表性，但因各地的自然地理、下垫面、暴雨洪水成因和组合等因素较为复杂，所提出的最小下泄流量推算模型还有待进一步的实践检验，并修正已有的研究成果，才能指导全省农村水电站的最小下泄流量监测和管理工作。新建电站可依据所建立推算模型进行最小下泄流量设计，符合要求的已建电站以推算模型确定最小下泄流量并实行定量监测管理，不符合要求的通过相应的工程措施和调度手段实现最小下泄流量管理要求。

关于最小下泄流量非工程保障措施，一是要完善水电站调度方案，合理调度发电运行；二是要加强最小下泄流量监督管理，开展水电站水资源论证，完善监测设施，加强河道巡查；三是要控制流域内污染排放；四是要建立健全最小下泄流量监督管理长效机制、激励机制和补偿机制。

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责任编辑 吴 昊

2015-06-11

李小强(1973-)，男，高级工程师，主要从事农村水电管理工作。E_mail：lixiaoqiang8384@163.com