旬河干流镇安段梯级电站规划生态流量问题探讨

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

旬河为汉江左岸上游的一级支流，流经宁陕、镇安、旬阳三县，在旬阳县城汇入汉江。旬河干流先后经过多次梯级电站规划，其中部分已建成并投入运行。目前在水利水电工程的规划建设中，首先要考虑工程下游河道内生态环境用水问题，生态流量是维持河道不因工程修建而出现河流断流，生态恶化等问题的基本保证。生态流量的确定与电站开发方式、河道环境和生物需水等因素有关。对旬河干流镇安段梯级电站规划时，分析各级电站建设及运行时对生态流量的确定产生影响的因素，合理确定生态流量，非常必要。

1 规划工作概述[1]

为开发旬河的水能资源，上世纪60年代以来，省、地、县水利行政主管部门先后多次委托设计单位对旬河干流全段或部分河段的水能梯级开发进行了规划，并且针对规划开发方案作出了多次修改。

2005年，宁陕县、镇安县、旬阳县三县按照陕南小水电开发战略，对3县境内河段水能开发方式重新进行了系统规划，初步确定了全河段13级开发方案，其中：宁陕段共4级电站(白家嘴、竹山、骆驼垭、小川口)，镇安段3级电站(川河口、黄家湾、柴坪)，旬阳段6级电站(仁河、沙沟口、赵湾、大岭、季家坪、钟家坪(规划时已建成))。随着社会经济发展和生态文明建设要求，原规划的一些项目不宜继续实施，开发方式难以实现。因此，对旬河干流水能梯级开发规划做出了调整：继续实施旬河干流宁陕段4级开发方案；镇安段调整为7级开发方案，七级电站总装机10.24万 kW；旬阳段共调整规划为12级开发。此后，随着社会的发展变化，规划执行的过程中出现了一些新的问题。2015—2016年，陕西省水利厅组织相关单位对旬河干流电站梯级开发规划再次进行了的调整：旬河上游段(宁陕县境内)为河源区，以保护生态环境功能为主，不再规划新的电站，维持原规划4级电站不变；镇安段继续实施7级规划，7级电站总装机由之前的10.24万 kW调整为11.805万 kW，旬阳县境内原规划为6级电站，调整为12级电站。至此，旬河干流水能梯级开发共规划23级电站：白家嘴(已成)、竹山、骆驼垭(已成)、小川口、黄家湾、罗家营、庙沟、中坪、观音砭、柴坪、马鬃滩、仁河、麻湾、白石河、沙沟口、赵湾(已成)、大岭(已成)、季家坪一级、季家坪二级(已成)、钟家坪(已成)、草坪、党家坝和河口电站。

旬河干流水能梯级开发调整规划推荐方案镇安段各梯级电站见表1。

表1 旬河干流镇安段梯级电站相关指标表

2 开发方式调整与生态流量

水电站的开发方式按集中水头的方式和电站的工程布置分为河床式电站、引水式电站、混合式电站3种基本类型。引水式和混合式电站是利用隧洞或管道将水流引至下游河道有较大落差的地方，利用水流落差进行发电。这2种开发方式通常会改变河流上下游水文情势，在坝址和厂房尾水之间形成减水河段，使河道形态产生剧烈改变。而河床式开发的电站在调峰运行时会在坝下河段产生减脱水现象，需要在减脱水现象产生时按生态需水量要求下泄生态流量。综合考虑各级电站经济、技术以及生态等相关因素后，第2级至第7级电站均按照河床式电站开发。

3 生态流量的确定方法[2]

河流生态流量的计算方法有多种，目前尚无统一的方法和标准，多为经验或半经验的方法。当前使用最为广泛的还是传统的水文学和水力学方法。例如Tennant法、最小月平均径流法、7Q10法、河道湿周法、R2-CROSS法等。各类方法特点见表2。

4 生态流量保障措施

4.1 初期蓄水期生态需水量泄流[3]

水库蓄水初期，生态需水量泄放措施不仅需要依据工程特点和施工组织设计来进行设置，也需要考虑措施的可行性和经济性。通常采用导流洞的工程可以预埋生态流量下泄管或通过泵站抽水解决。采用分期导流的工程，可以在蓄水初期利用工程导流设施泄放生态流量，直至水库水位升至可由泄水建筑物泄放生态流量的水位。

表2 生态流量指标方法

4.2 运行期生态需水量泄放[4]

1)工程措施。运行期通常采用的泄流方式有闸门泄流、坝体埋管泄流、引水洞泄流以及发电小机组泄流的方式，需根据工程类型和生态流量要求加以选择。为满足常年泄流要求，不论哪种下泄方式，其取水口应低于水库死水位。

2)管理措施。加强生态流量下泄设备日常维护，枢纽管理部门制定保证河道生态流量的内部运行管理措施，并对全年水库运行期的干流河道来水、发电水量、下泄流量进行记录、归档，运行期应实行生态调度模式。

3)监测措施。建立健全的下泄水量监测措施。在下泄设备管路上安装流量监测装置，获取下泄流量，并配备数据采集处理器RTU通讯模块、人工置数装置，通过GPRS系统将下泄流量状况传送至当地水环境监测管理站。

4)监督措施。环境保护行政部门加强对生态流量下泄的检查；加强河道沿岸环保宣传；实施环境保护竣工验收，确保下泄生态流量工程设施与电站枢纽主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。

5 镇安段各级电站生态流量的确定与分析

旬河干流镇安段梯级电站共规划7级，除第1级黄家湾电站外，其余6级电站的环评已对生态流量的相关问题作出说明。

1)罗家营电站：Tennant法取坝址处多年平均流量的20%，最终生态流量确定为4.62 m3/s。

2)庙沟电站：Tennant法取坝址处多年平均流量的20%，最终生态流量确定为4.64 m3/s。

3)中坪电站：90%保证率法取月平均流量，并考虑坝址下游湿地用水、鱼类需水量等因素，最终生态流量确定为3.49 m3/s。

4)观音砭电站：90%保证率法取月平均流量，并考虑坝址下游湿地用水、鱼类需水量等因素，最终生态流量确定为3.92 m3/s。

5)柴坪电站：Tennant法取坝址处多年平均流量的10%，并考虑下游湿地用水、鱼类需水量等因素，最终生态流量确定为4.19 m3/s。

6)马鬃滩电站：Tennant法取坝址处多年平均流量的12%，最终生态流量确定为3.46 m3/s。

从最终结果上来看，6级电站采用了2种方法，且采用同一种方法也需根据实际情况作出区分。

生态流量不应小于坝址控制断面多年平均流量的10%(当多年平均流量大于80 m3/s时按5%取用，上述6级电站均小于80 m3/s)，这是一个必须保证的最低下限标准。且无论采取任何计算方法，都不应低于这个标准，而且要坚持取大不取小的原则，并要按照河流的生态功能以及实际生态需水量作出调整。

6级电站中中坪与观音砭采用90%保证率法计算生态流量，其他电站均采用Tennant法。中坪与观音砭电站分别采用了3种方法作为生态基流作为比选，见表3。

表3 生态基流计算结果 m3/s

依据坚持取大不取小的原则，所以以90%保证率法计算结果为生态基流最终选择。又因为观音砭电站坝址下游存在2.5 km的减水河段，而中坪电站尾水与观音砭电站回水相连，不存在减水河段，又为了保证河段内湿地用水和水生动植物等需水，则分别增加了额外生态需水量。

罗家营、庙沟、柴坪和马鬃滩电站依据Tennant法计算生态流量。罗家营和庙沟电站以坝址多年平均流量20%为生态流量。平均流量的20%是水生生物生存较为安全的数值，也就是说在这个数值下一般是可以满足生态需求的，通常是不存在问题的。而柴坪以多年平均流量的10%为生态基流，马鬃滩以12%作为生态流量。庙沟电站下游有9.5km的减水河段，柴坪电站下游有1.8km的减水河段，罗家营尾水与庙沟回水相连，马鬃滩尾水与旬河干流旬阳段第1级电站仁河电站回水区相连，都不存在减水河段。而在庙沟和柴坪电站的减水河段内又分布鱼类“三场”，综合考虑相关生态因素，罗家营和庙沟执行多年平均流量的20%为生态流量，柴坪在10%的基础上增加额外生态需水量，马鬃滩执行多年平均流量的12%为生态需水量。

6 结语

生态流量的确定与执行需要根据电站的实际情况，充分考虑可能会涉及到的生态因素，寻找到合理的生态下泄流量和保障措施。本文以旬河干流镇安段各级电站规划开发中形成的减水河段、生态湿地、鱼类“三场”、水生动植物等为基本因素，确定了生态流量有关方案，为其他水电工程建设提供了参考。