已建拦河工程生态流量下泄方式研究

李丽华 陈立强 喻光晔 周亚群

针对已建拦河工程缺乏专用的生态流量泄放设施问题，以水阳江上中游河段为例，依据水库、水电站和橡胶坝等工程的特性，提出了四种适用的泄流方式。结果表明，四种泄流方式均可作为不同类型拦河工程泄放生态流量的保障措施，对改善河道生态具有重要意义。

一、研究概况

水阳江为长江南岸支流，发源于安徽省绩溪县和宁国市南部山区，上游有东津、中津、西津三条主要支流在河沥溪附近汇合，河沥溪以上为上游。其中，西津河为水阳江的正源。干流经宣城后即进入圩区，经新河庄后进入下游水网区。水阳江干流长286km，流域面积10305km2。

经过沿河调查，水阳江上中游河段已建成9座拦河工程，地理位置分布调查结果详见图1。港口湾水库建成后，通过水库水资源调度，使水阳江和西津河水资源在空间上进行了均匀分配，为水库坝址下游水资源开发提供了必要条件；之后又相续建成了东风坝、月亮湾水电站和杨村电站三座中小型水电站。

图1 研究区域水阳江水系拦河工程地理位置分布调查结果

上述拦河工程建设时期均未考虑生态流量泄放措施，使西津河、水阳江生态通道、水生态环境破碎化、片段化，河道生态流量得不到保证。为改善现有河道生态恶化现状，需采取适用的生态流量泄放方式，以确保下游生态环境健康稳定。

二、生态流量的确定

采取流量泄放措施首先要明确下泄流量。估算方法采用水文学法中的历时曲线法、Tennant法，同时根据研究河段内水生生态环境渔业资源及生境调查结果，主要保护鱼类和特有种光倒刺鲃4～6月产粘性卵，光唇鱼5～7月产沉性、弱粘性卵，黄颡鱼4～5月产粘性卵，细鳞鲴4～6月产粘性卵。因此，为利于下游鱼类的繁殖，河流鱼类集中产卵育幼期4～7月按30%的多年平均流量标准估算河道基流水量。

为利于水生态系统的保护，生态流量取上述计算结果的外包值，由于研究河道较长，各节点生态流量差别较大，分不同节点分析各工程坝下断面的生态流量，生态流量建议值过程控制详见表1。

表1 各节点生态流量建议值及电站基本情况表

三、生态流量泄流方式设计思路

由于该河段各拦河工程均无专用的泄放设施，必须充分依托现有的泄水建筑物或新建泄放设施，以满足生态流量泄放要求。依据各拦河工程形式、坝高、电站机组情况、水工建筑物布置方式和泄洪方式等特征（电站基本情况详见表1），提出四种泄流方式。

1.发电+新建生态放水阀方式（方式1）

此方式代表性拦河工程为港口湾水库，港口湾水库由堆石坝、溢洪道、泄洪隧洞、发电引水隧洞、发电厂房组成。水库具有多年调节能力，水库总库容9.41亿 m3，防洪库容 1.42亿m3，死库容1.35亿 m3，兴利库容3.97亿m3。

港口湾水库发电、供水调度时，下泄流量可满足下游生态流量的需求。非发电、供水调度期间，坝址下游存在断流情况，可通过改造水库泄洪洞闸门以保障生态流量下泄要求。港口湾水库泄洪洞位于左岸，隧洞最大泄量为677m3/s。由于确定的生态流量较小，而泄洪洞泄流能力较强，因此在泄洪闸门门叶上开圆孔洞安装阀门接放水管道，通过电动闸阀（带流量测定仪）控制生态流量。经计算，闸阀所需过流断面积为0.43m2；由于泄洪洞工作门挡水水头高，闸门梁格布置较密，为保证闸门结构安全，尽可能选用较小的闸阀尺寸，以满足金属结构布置需要。选用6孔闸阀的布置方案，每孔闸阀的直径D=0.32m。六孔闸阀的总面积为0.48m2＞0.43m2，满足8月至次年3月以3.0m3/s下泄，4～7月以9.0m3/s下泄生态流量的要求。

2.发电+新建生态放水闸方式（方式2）

此方式以刘村坝拦河工程为代表，拦河工程水头低，采用方式1新建放水阀下泄流量较小，需新建生态放水闸来保证生态流量。

刘村坝位于西津河、港口湾水库主坝下游10km处，坝高3m（不含坝基）。发电期，单台机组额定负荷运行时，发电泄放流量41m3/s；最低负荷（约50%额定负荷）运行时，泄放流量20m3/s，满足生态流量泄放要求。非发电期，通过生态放水闸泄放生态流量（4～7 月 9.3m3/s，8～3 月 3.1m3/s），生态放水闸尺寸为 1.8m（宽）×4m（高），设计流量为10m3/s，满足下泄生态流量的要求。

3.发电+新建生态放水闸+单机组发电方式（方式3）

此方式代表性拦河工程为杨村水电站。这组工程的坝高与方式2基本相同，工程水头低，方式1中的生态放水阀满足不了生态流量的下泄要求，需新建生态放水闸来保证；但是，与方式2中工程相比，此组工程4～7月生态流量大于单机组最低负荷运行时泄放流量，可由水电站单机组发电尾水来保证。

杨村水电站位于佟公坝下游约12.7km，拦河主坝高5.0m。在发电期，单台机组额定负荷运行时，发电泄放流量35.8m3/s；最低负荷（约50%额定负荷）运行时，泄放流量17.9m3/s，满足8～3月8.2m3/s生态流量泄放要求；4～7月发电期至少以生态流量24.6m3/s发电下泄。非发电期，8～3月生态流量8.2m3/s可通过生态放水闸泄放，生态放水闸尺寸为1.6m（宽）×4m（高），设计流量为 9m3/s；4～7 月的生态流量（24.6m3/s）较大，可由杨村水电站单机组发电尾水来保证。

4.新建生态放水闸（方式4）

此方式代表性拦河工程为凤凰坝、西津河二河坝。两工程均位于宁国市区，西津河下游，结构为橡胶坝。凤凰坝位于刘村坝下游约7.3km，坝高3m，西津河二河坝位于凤凰坝下游约1.6km，坝高2m（包括坝基坝高3m），回水末端到达凤凰坝。两橡胶坝为壅高河道水位优化城市景观而建，当港口湾水库行洪时塌坝行洪，现状无防洪、发电任务。橡胶坝蓄水完成后，来水全部下泄，当上游来水流量大于生态流量时，可通过橡胶坝直接下泄；当上游来水流量小于生态流量时，需通过新建生态放水闸加大下泄量，保证生态流量下泄要求。

四、结论

我国已进入生态文明建设阶段，国家对筑坝河流生态流量的硬性要求对于减缓拦河工程对河流生态系统不利影响起到了非常积极的作用。解决已建拦河工程带来的生态问题，修复河流生态系统是今后水利工程事业发展必须面对的。

生态流量泄放措施研究是生态流量计算方法研究的完善和补充。确定适宜的生态流量，选择恰当的下泄方式，是维持筑坝河道生态环境健康稳定的重要保障。为探讨已建拦河工程生态流量下泄方式，本文以水阳江上中游河段9座拦河工程为例，提出了四种不破坏坝体且满足生态流量泄放要求的泄放方式，以期为我国已建拦河工程泄放生态流量提供经验借鉴■