汉江石泉水库控制断面生态基流的计算探讨

巩祥照（大唐石泉水力发电厂　陕西　石泉　725200）

汉江石泉水库控制断面生态基流的计算探讨

巩祥照
（大唐石泉水力发电厂陕西石泉725200）

本文运用国内外常见的生态基流计算方法，就石泉水库控制断面生态流量的大小进行对比计算分析，以满足河段不同环保要求的生态流量，合理的生态基流为石泉电站未来开发建设生态小机组所选定引水流量具有借鉴意义。

汉江；石泉水库；生态基流

1　背景

目前一些大型水电站在进行调峰调度运行时以及支流开发的引水式电站，往往只重视发电效益，忽略了坝下生态保护的要求，如电站在调峰运行和引水发电时，导致坝下游出现减水河段，甚至脱水河段，使坝下游水生物的生存环境遭受极大破坏，减水和脱水河段的生物多样性遭受严重破坏，威胁坝下游水生态的安全。受水库调度运行的影响，也引发库区局部缓流区域或直流回水区域出现水体富营养化，甚至“水华”现象的发生。缺乏对水资源的统一调度与管理［1］。

石泉水电站作为汉江干流上游梯级开发的首座中型电站，充分利用天然径流进行调蓄分配，参与陕西电网的调峰、调频及事故备用，以取得经济效益，其断面泄量直接关系着下游群众的生活、养殖、船舶旅游等以及下游电站的库区蓄水问题。目前对于汉江梯级开发河流，石泉电站主要靠机组发电流量维持下游河道流量，维持多大河道生态基流必须经过严格的调查论证，获悉资料进行分析，这既是我国水资源生态环境保护的要求，又是国民用水可持续发展的要求。

2　石泉电站及控制流域水文特性

石泉电站位于陕西省石泉县城城西峡谷峡口1km处，以发电为主，兼有灌溉、养殖等综合效益的大Ⅱ型水利枢纽，控制流域面积23400km2，水库正常蓄水位410m，死水位400m，最低死水位393m，总库容3.98亿m3，其中死库容为0.97亿m3，有效调节库容为2.27亿m3；电站总装机容量225MW（5×45 MW），多年平均发电量6.34×108kWh，石泉控制流域多年平均降水量796mm，降水呈现南多北少，降水量年内分配不均且年际变化较大，属于降水相对丰沛地区，汛期径流约全年径流的60%～70%，近年来由于汉江上游大小水利枢纽增多、气候及引汉济渭工程等影响，库区来水偏少，多年平均入库水量由设计初的108亿m3减少到现在的97.2亿m3（1954年～2013年），径流的年内时程变化和年际时程变化明显。

3　汉江石泉断面合理流量的不同推算方法及对比［2　，3　］

目前国内外生态基流的计算方法较多，常用的有水文学法、水力学法、生态模拟法和整体法四大类，下文就常用的水文学法对汉江石泉断面生态流量的率定运用，进行简单介绍计算，实测资料系列为1975年～2014年。

3.1Tennant法

Tennant法属于水文学计算方法的一种，也称为蒙大拿（Montanamethod），是Tennant，D.L等人于1976年提出。取多年平均天然径流量的10%是保持河流生态系统健康的最小流量，多年平均天然径流量的30%为大多数水生生物提供较好的栖息地条件。

石泉水库设计多年平均径流量108亿m3，多年平均径流342m3/s，随着水库实测资料系列的增加，现多年平均径流量97.22亿m3，径流307m3/s，取多年平均径流的10%～30%，即石泉断面生态基流范围在30.7m3/s～92m3/s之间。

该法适用于流量比较大且水文资料系列较长的河流。考虑到不同河流河道内环境和生态功能有差异，同一河流的不同河段也有区别，因此必须根据实际情况选取合理的环境和生态目标来确定流量百分比。但是没有考虑河流的宽度、水深、流速以及形状等水文参数，没有区分标准年、枯水年和丰水年之间的差异，对于流量较小的河流，该法的使用具有一定的局限性。

3.2保证率法

保证率法属水文学计算法的一种，一般采用90%或95%保证率下最枯月平均流量作为生态基流。根据石泉电站（1975年～2014年）历年最枯月平均流量，将流量从大至小序列进行排序，采用PⅢ型曲线计算得90%保证率下的最枯月平均流量为28m3/s.即可以作为石泉坝址段最小出库生态基流。

3.3最枯月流量法

最枯月流量法属水文学计算法的一种，通常采用最近10年最枯月平均流量作为生态基流。依据石泉电站近十年（2005年～2014年）历史资料，算得近十年最枯月平均流量为58m3/s，即可以作为石泉坝址段最小出库生态基流。

3.47Q10法

7Q10法属水文学计算法的一种，即将90%保证率下，连续最枯7天的平均流量作为生态基流。计算过程如表1所示。

根据上表1历年实测资料，去掉流量不合理值（负值），将连续最枯7天的平均流量由大到小排序，采用PⅢ型曲线进行频率计算，在90%保证率下流量为36m3/s，即作为石泉坝址段最小出库生态基流。

通过表2可以看出，在上述运用水文学法计算石泉断面生态基流的过程中，不同的计算方法得出的石泉断面生态基流数值略有差异，各种方法的运用，都有其使用条件和优缺点。根据陕西省交通厅要求，长江水利委员会编制了《长江流域综合规划》和《汉江流域水量分配方案》，要求石泉生态流量按照40.0m3/s执行，可以看出这个流量最接近于7Q10法计算结果。因此可以将该种方法适用于计算石泉水库控制断面的最小泄量，既能满足生态环保基流，又能使下游电站水库具有持续的水量调节，使得梯级电站间效益最大化。

4　生态基流计算应注意的问题

河流的生态基流不仅与河流生态系统的结构和功能有关，而且与流域的气候、土壤、水文、地质和其他诸多因素有关。当前阶段进行河流生态基流的深入研究还存在各种困难，不完善，主要限制于各种生物资料的获取，文中介绍的水文学计算方法在确定河流生态基流方面具有一定的优势和可操作性，但还不够完善，须进一步研究。

由于各流域水资源量及其时空分布不均、水资源开发利用程度以及水环境状况差异较大，生态基流一般需要分区域、运用不同的方法来进行计算。汉江生态基流应分为汛期和非汛期两个水期分别进行计算，在条件允许的情况下，尽量采用多种方法，一般情况下，非汛期生态基流不可低于多年平均天然净流量的10%，汛期生态基流应达到多年平均天然净流量的20%～30%为宜。在区域经济不受较大损害的前提下，应选择最大的计算结果作为生态基流，非汛期生态基流必须能满足水功能区达标对流量的需求。

表1　　石泉水库历年逐月连续最枯7日流量　　单位：m3/s

表2　　不同方法计算结果的对比

5　结语

在上述运用水文学法计算石泉断面生态基流中，大多采用枯水径流特征值进行分析论证，要求的实测资料系列较长（达20年以上）；目前，石泉电站实测资料系列长达40年，资料充分，可靠性、代表性强，不同环保要求和影响因素使计算的结果略有不同，具有一定的应用性。

通过收集喜河水电站近三年水库运行的日平均库水位，结合石泉电站出库流量进行分析，石泉水库下游河段断流率为1.36%。为了满足石喜河道生态需要；汛期充分利用水量多而发电，承担系统基荷，下泄流量不小于130m3/s，石泉库水位在死水位（400.0m）以下运行且入库水量小于40 m3/s时，按来水发电。在平、枯水期，喜河电站因工程要求水位低于361.10m运行时，石泉水库利用调节库容，可承担系统调峰日发电计划不小于35万kW，下泄流量不小于40m3/s，以满足河道生态要求。因此这个最小生态流量对当前及未来石泉电站生态小机组的建设，选取合理的引水流量具有参考价值。陕西水利

［1］陈森林.水电站水库运行与调度［M］.中国电力出版社.2008

［2］罗小勇，邱琼.汉江流域控制断面生态基流量的确定［J］.人民长江人民长江，2011.1，第42卷，第2期.

［3］孟慧颖.河流生态基流的计算方法及其适用性分析［J］.科技传播.2013.5

（责任编辑：畅妮）

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