蓝山县整改类小水电站生态流量泄放措施设计的研究

（永州市水利水电勘测设计院，湖南永州 425000）

1 项目背景

蓝山县小水电清理整改工作是在为全面贯彻落实习近平总书记生态文明思想和党的十九大精神，坚决纠正在中央环境保护督察、长江经济带生态环境保护情况审计等检查中发现的小水电违规建设、影响生态环境等突出问题的背景下进行的。蓝山县共清理整改170 座小水电站，均为引水式电站，减脱水段长度从0.12 km 至4.4 km 不等。其中退出类3 座，整改类167座，保留类0 座。

2 基本情况

2.1 自然概况

蓝山县位于湖南省南部边陲，地处楚尾粤头，南岭山脉中段，为潇水发源之地，属湘江之源头。县境内有湘江源国家森林公园，森林资源丰富，享有“荟蔚苍翠，浮空如蓝，百里森林，封殖广远”，“樵富竹林”之美誉。目前境内盛产松、楠竹、桉树，有水杉、银杏、黄杉、斑竹、龙竹等38 种珍稀植物，现全县林地总面积215.7万亩，占全县总面积的79%，森林覆盖率达69.01%，是湖南省重点林区县。蓝山是地跨长江、珠江两大流域的发源地，多年平均降水量1 660 mm，境内有舂陵水系和湘江东源（原潇水）水系两大水系，水系发达。

2.2 蓝山县小水电的社会贡献和实现可持续发展要求

经过50 多年的发展，蓝山县建设了一批具有一定规模的水电站。1983 年，蓝山县被列入全国首批100个实施农村水电初级电气化县之一，1989 年蓝山县初级电气化县建设顺利通过国家达标验收。农村小水电的建设不仅可提供清洁可再生能源，还在解决无电缺电地区用电、保障应急供电和促进地方社会经济发展等方面作出了重要贡献。但同时也应看到，绝大部分小水电站建设年代久远，在设计、建设之初未考虑水电站对生态环境的影响。因此，对小水电站进行生态改造、发展绿色小水电，是贯彻“绿水青山就是金山银山”和“山水林田湖是生命共同体”发展理念、落实中央能源战略的迫切需要，是坚持人水和谐、推进水生态文明建设的必然选择，是加快转变小水电发展方式、在新时期下实现可持续发展的内在要求。

3 整改类小水电站总体目标

按照党中央、国务院关于长江经济带发展的决策部署，围绕小水电清理整改《综合评估》核查的问题，统筹考虑经济社会发展、能源需求、社会稳定、生态环境影响、整改修复可行性、电站实际情况等因素，对于整改类电站提出“一站一策”方案。梳理并明确合法合规性、生态流量核定、生态泄流设施、生态流量监测与监管、水环境与生态修复、用水协调、安全隐患消除等主要整改任务的共性原则与方法；汇总分析各水电站整改方案；匡算总体投资，合理妥善安排实施进度；分析整改效益；提出保障措施与政策建议。

通过小水电“一站一策”方案的实施，使坝（闸）下游河道生态需水得到保障，枯水季节减水程度缓和，脱水问题得到有效解决。下游河道水面域增加，河流连通性得到恢复，水质得到保护，重点生物及其生态环境得到有效修复和保护，生态系统进入良性循环。

4 整改类电站“一站一策”生态流量泄放方案设计

4.1 生态流量核定

4.1.1 计算方法选用

依据《河湖生态环境需水计算规范》（SL/Z 712-2014）以及《水利水电建设项目水资源论证导则》（SL 525-2011）、《河湖生态需水评估导则》（SL/Z 479-2010）、《建设项目水资源论证导则》（DB/T 35580-2017）等，选用多年平均流量的10%（简称“多年平均流量法”）作为农村水电站断面生态流量核定的计算方法。

有特殊生态需求的断面是指位于国家级自然保护区、城镇及重要乡村、省级以上风景名胜区、省市级河流、重要交通公路沿线等的断面，其他重要特殊生态需求断面参照相关规范另行核定。

4.1.2 生态流量核定

1）利用参证水文站核定生态流量。电站所处河流的流量资料无法直接获取的，选取与核定断面所在河流同一流域、相近流域或自然地理特征相似的水文站作为参证水文站，采用水文比拟法用参证水文站的生态流量计算得出。

参证水文站根据实测水文资料，按照多年平均流量法计算出生态流量。多年平均流量法根据历年各月平均流量资料系列，计算多年平均流量，选取多年平均流量的10%作为生态流量。

2）利用已有数据直接核定。小水电站的生态流量在流域综合规划、水能资源开发规划等规划及规划环评、项目取水许可、项目环评等文件中有明确规定的，按规定执行。

3）生态流量核定及修正：

①生态流量计算采用多年平均流量法，且该电站取水口所在河流与比拟水文站相似性不高的，采用取水口所在河流的径流深计算多年平均流量，用参证实测水文资料修正。

②该电站设计报告中有取水口所在河流多年平均流量的，按照多年平均流量，否则按照集水面积作为比拟参数计算生态流量。

③对计算出的生态流量进行合理性分析，初步确定断面的生态流量。

④以河流为单元，对初步核定的各断面生态流量进行统筹分析，最终确定断面的生态流量。

4.1.3 生态流量泄放原则

1）农村水电站应按照“兴利服从防洪、区域服从流域、电调服从水调”的原则进行水量生态调度。

2）坝址处天然来水流量小于等于核定生态流量时，按天然来水流量泄放。

3）生态流量应保证连续泄放。防洪、抗旱、应急调度等特殊情况下可根据相关要求暂停泄放或分时段泄放。无脱水段河道电站可根据总量控制原则分时段泄放。

4）对于以供水、灌溉功能为主的电站水库，生态流量泄放应优先满足供水、灌溉需求。

5）对于流域梯级开发电站，应根据首站统筹调度原则，重点保证流域首站生态流量泄放。当首站生态流量泄放小于泄放标准时，流域下游的农村水电站生态流量泄放可根据首站生态流量泄放量和集水面积调整。

4.1.4 参证水文站的生态流量

蓝山县（整改类）小水电站分布在舂陵水和湘江东源（原潇水）两大水系，其中位于钟水河上的7 座水电站采用本流域下游的嘉禾水文站49 年（1957—2005年）实测资料，坝址年月径流采用嘉禾站年月径流面积比一次搬移；其它小水电站以毛俊水文站作为参证站，利用31 年（1973—2003 年）实测资料统计参数并根据下垫面条件、地理位置不同，采用面雨量和流域面积进行修正。

4.2 生态流量泄放设施设计

生态流量泄放设施，须符合国家有关设计、施工、运行管理相关标准，建设运营等不得对主体工程造成不利影响。按照“因地制宜、安全可靠、技术合理、经济适用”的原则，本次根据蓝山县整改类水电站现有的挡水建筑物主要类型和现状，主要采用下列三种方案，给出泄流闸和泄流孔等类型的泄流设施适用范围、下泄流量计算方法，确保小水电站稳定足额下泄生态流量。

4.2.1 调度控制闸门开度泄放

1）适用类型。拦水坝为设有冲砂闸的堰坝引水式电站或引水渠道进口段设有冲砂闸的引水式电站，闸门有手摇或电动螺杆启闭设备、操作方便的，可采用人工调度控制闸门底部开度，并通过闸位计和水位计监测流量的方式泄放生态流量。此方式的优点有技术简单，造价低，易于实施。

2）计算方法：

式中 Q——下泄流量（m3/s）；

H0——包括行进流速水头的闸前水头（m）；

e——闸门开启高度；

b——闸门净宽（m）；

μ——闸孔自由出流系数，采用南京水利科学研究院经验公式计算

H——闸前水深取闸前最小发电水深，即闸前最小发电水位情况下也可保证核定的生态流量泄放（m）；

σs——闸孔出流的淹没系数；闸孔自由出流时，σs=1。闸孔淹没出流时，σs按图1 取值。

图1 淹没系数σs取值图

根据生态泄放流量及闸门尺寸参数等，计算求得闸门开度，从而确定生态泄放设施改造方案。见图2。

图2 调度闸门开度出流示意图

4.2.2 引水坝体或引水渠道首部增设泄流管

1）适用类型。电站大坝或引水系统设有泄流闸门或溢洪道闸门，但由于控制设备不完善，通过调整闸门开度泄放流量存在较大安全风险；或者闸门尺寸较大，通过现有闸门泄放流量较大，无法较准确泄放生态流量时，可在现有闸门上开孔增设管道，或在引水渠道首部增设泄流管来泄放核定生态流量。

2）计算方法。通过管道泄放生态流量，可按有压管流公式计算：

式中 Q——实际下泄流量（m3/s）；

A——管道的过流面积（m2）；

H0——包括行近流速水头的作用水头（m）；一般情况下，行近流速水头较小，可忽略，自由出流时，H0取H；淹没出流时，H0取Z；

H——坝前水深至管道中心线高程的水头（m）；

Z——管道上下游水面高程差（m）；

μ——管道的流量系数，对于圆形小孔口，μ 取0.60～0.62；

有压管道出流示意图见图3。

图3 有压管道出流示意图

4.2.3 通过无节制溢流堰泄放

低水头大流量的电站可采取引水坝坝顶开设无节制溢流堰的方式，本身引水坝不高堰顶全年过流的电站，对其按宽顶堰出流复核其过流能力，泄流计算公式如下：

式中 Q──下泄流量（m3/s）；

σ──淹没系数，σ=1；

m──流量系数，查《水力学》公式（11.18），取m=0.335，已包括侧收缩影响；

B──溢流堰过流宽度（m）；

H0──包括行近流速在内的堰上水头，H0=H+

设无节制溢流堰出流示意图见图4。

图4 设无节制溢流堰出流示意图

5 探讨与建议

1）不宜在已建的水工建筑物上大兴土木。蓝山县小水电站均为引水式，根据各电站实际情况采用控制闸门开度泄放、管道泄放、坝顶开设溢流堰泄放等三种泄放方式，基于对大坝的安全考虑，应因地制宜，科学地选择简单易行的生态流量泄放设施方案，且泄放设施应采取相应措施避免造成对现有建筑物的冲刷和破坏。

2）除坝顶开设溢流堰泄放方式外的其他泄放设施应具备可节制功能，安装相应节制装置。枯水期坝址处天然来水流量小于等于核定生态流量时，按天然来水流量泄放，节制装置应全部打开。平水期或丰水期坝址处天然来水流量大于核定生态流量时，应根据泄放设施监测断面处水位变化，调节节制装置开度来下泄生态流量，节制装置开度通过相应计算成果或监测设备数据来进行现场调节，由监管平台来实行强制性监管，这样即能保证生态流量的足额下泄，又能实现最大限度下科学地将水资源转换成电能，发挥小水电站的绿色禀赋优势，调动电站业主执行政策的积极性。

3）加强宣传引导，营造浓厚氛围。各乡镇、县级有关单位要加强对生态下泄流量泄放设施改造和在线监控装置安装必要性的宣传，营造良好的社会舆论氛围；要及时将上级有关精神传达到各电站业主，传导压力，让电站业主充分认清形势，转变观念，主动开展整改工作，切实把整改责任压紧压实压到位，认真履职，确保完成整改任务。

4）完善相关政策，建立长效机制。为充分调动和发挥小水电在治理河流生态环境中的积极性，稳定电力能源供应，推动和全面完成小水电清理整改，实现绿色生态发展要求转化为小水电企业自觉行动与责任担当，应建立健全小水电绿色可持续评价管理制度，研究制定充分反映生态保护和修复治理成本的小水电优先上网及电价政策，建立小水电下泄生态流量发电损益补偿机制，确保蓝山县小水电走上绿色生态可持续发展之路。