江西省小水电站生态流量、泄放设施及监管平台建设

曹腾飞

(江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029)

水利部、国家发展改革委等国家四部委印发了《关于开展长江经济带小水电清理整改工作的意见》(水电〔2018〕312号)，决定开展长江经济带小水电生态环境突出问题清理整改工作。江西省于2019年1月31日印发了《江西省小水电清理整改工作实施方案》，全面拉开了江西省小水电清理整改工作的序幕。

江西省地处长江流域中下游，境内水系发达，储存着巨大水能资源[1]。江西省多年平均降水量1 638 mm；多年平均水资源总量1 565×108m3；现有农村水电站4 122座，装机总量达364.5万kW。因为水电站大坝的拦截导致河道砂石被滞留，改变了下游河床底部生物的生存环境[2]；同时电站的运行改变了河流自然的流量模式，对河流水文、水动力等特性产生了一定影响[3]。江西省农村水电站厂坝间河道长度超过5 000 km，出现厂坝间脱水的水电站数量达1 812座，总长度超过930 km[4]。由于许多电站建设年代久远，建设初期未论证生态问题，生态流量泄放设施和监测设施的建设较为滞后，实现通过在线监测生态流量泄放的方式监管水电站有一定的挑战和难度。

1 生态流量

国内生态流量的计算方法主要采用不同频率最枯月平均值法(QP法)、流量历时曲线法、蒙大拿法(Tennant法)、7Q10法、湿周法等，其中蒙大拿法提出水生生物生长最小生态流量应为多年平均流量的10%，水生生物的满意流量应为多年平均流量的30%[5]。悅晋仁等认为在特定时间、空间下为满足特定的河流系统功能所需的最小临界水量为河流最小生态环境需水量[6]，陈求稳等提出根据鱼类不同生活时期对流量的响应关系确定生态流量过程线更为贴近鱼类实际的生态需水[7]。江西省目前采用的是简便可操作性强的蒙大拿法，以不低于河道天然多年平均流量的10%作为农村水电站生态流量。

国际上，Hill,m.t.从流域整体径流管理框架的角度，提出了维持河道基本流量、鱼类生存需求流量、河岸栖息地流量、维持流域所需流量等多种生态流量的概念[8]。瑞士的布瑞诺河流域水电站群使用AQUASIM水动力数学模型运算模拟量化布瑞诺河各水生物栖息河段的流量、水位、水温等参数[9]。所以，在生态流量问题上，我国更多考虑的是如何优先满足人类社会的能源结构和生态环境基本需求的问题，许多发达国家则更多关注如何恢复水生物种群和栖息地环境的生态流量的问题。

2 泄流设施

《江西省小水电清理整改工作实施方案》要求所有水电站均必须有枯水期可足量泄放生态流量的泄流设施(以死水位复核)，现有设施不满足生态流量泄放要求的，若有增设或改造条件，应在合适位置增设、改造生态流量泄放设施。

按照引水式、坝式、混合式等水电站的不同类型，从解决河道减脱水问题出发，选择泄流能力不小于核定生态流量的泄流设施[10]。目前江西主流的生态流量泄放设施有：生态泄流孔(槽)、生态泄流阀、生态泄流闸、生态虹吸管、生态机组等；没有增设或改造条件的，应调整运行方式，实行枯期限制运行或生态运行调度。

1)改造已建闸门泄放生态流量。采用闸门限位方式，通过闸门行程控制器或在闸门底部设置控制闸门不完全关闭的水泥墩，利用闸门不完全关闭泄放生态流量。改造闸门进行生态泄放能够充分利用现有构筑物，不会因新增泄水建筑物而影响坝体结构，控制闸门的启闭角度难以做到精确控制，且闸门长期小角度泄流产生的振动具有使构筑物结构疲劳等缺点。此外，若通过坝体内部泄流洞下泄水量，洞内长期高速水流会引起空蚀现象破坏坝体结构。

2)采用或改造现有阀门泄放生态流量。针对现状设有泄放阀的电站可采取部分开启阀门或增设旁通放水管方式进行生态流量泄放。对于设有锥形阀的电站大坝，可直接利用锥形阀进行生态泄放，并根据要求生态流量确定阀门开度。对于设有闸阀的电站大坝，可增设旁通放水管泄放生态流量，其中对于水库库容较大的电站可在现有闸阀后焊接钢管，再增加一个阀门，两阀门之间增设旁通放水管，原阀门长期开启，新增阀门关闭，以保证旁通放水管的生态流量泄放；对于水库库容较小的电站可直接放空水库后，在现有闸阀前增设旁通放水管，原阀门长期关闭。旁通放水管一般不设置节制装置，但若电站水库兼具供水、灌溉等功能，则可考虑加装节制装置。

3)坝体内增设泄放管泄放生态流量。在坝体埋设无节制泄放管，通过泄放管泄放生态流量。无节制泄放管能够最大程度的排除人为干扰，保障生态流量的长期泄放，泄放管结构简单便于管理，易维护。但下泄水量得不到兴利利用，由于无法控制开度，无法进行流量精准控制。同时，泄水管道较长时，容易堵塞，且泄水管贯穿坝体可能对大坝的防渗、抗震安全产生影响。

4)坝肩钻孔敷设泄放管泄放生态流量。采用非开挖定向钻孔技术，在坝肩部位钻孔敷设泄放管进行生态流量泄放。非开挖定向钻孔技术克服了虹吸管水头损失大、高差限制及设备易失效等缺点，具有良好的适用性和可靠性。但其对地形、地质条件要求较严格，改造投资较大。

5)设置生态机组泄放生态流量。生态机组泄放生态流量是指通过新增发电小机组，利用不间断下泄的生态流量进行发电。生态机组既能通过不间断下泄保障下游所需生态流量，又能充分利用下泄流量发电，经济效益明显。

3 监管平台

农村小水电生态流量的监管在当前的法律法规和政府事权划分中一定程度上成了空白区域，主要表现在：监管主体不明确、监管依据不足、监管措施不力等。江西小水电生态流量监管系统结合水利部信息化“九大需求”中农村水电生态流量监管要求和顶层设计，以水利部“小水电清理整改工作管理平台”为基础，以水行政管理部门为监管主体，以基线监测与重点监测相结合的方式，建立省、市、县三级小水电生态流量监管信息平台，为各级水电行政管理部门开展小水电生态流量确定与管控、生态流量监测预警机制和保障生态流量下泄等工作，提供了一套完整的可视化信息系统解决方案。生态流量监管信息平台示意图见图1。

由省级生态流量主管部门统一建立覆盖省、市、县三级以及水电站企业的农村水电信息管理及生态流量在线监测平台。在线监测设备由水电站企业负责，监测设备主要包括：遥测终端机、流量计(流速计、水位计)、工业照相机等组成，并采取一杆式安装、太阳能供电。主要完成现场水位、流速、流量及视频监控等实时数据的采集及传输。监测方式主要采用动态与静态、定性与定量、实时与抽检相结合。可分为两种监测方式：

1)动态视频/静态图像监测方式。对于网络条件差，无法通过无线网桥接入附近公网实现网络通信的电站，或网络条件好及采用无节制生态泄流设施的电站，可采取动态视频(网络条件好)或静态图像(无网络或网络条件差)监测方式。监测站具备生态流量泄放视频/图像监测和保存功能，能自动上传省级平台系统(无网络站点采取人工定期读取数据上传和上级不定期抽查方式实现监测)。

2)实时流量+动态视频(静态图像)监测方式。对于网络条件好及生态泄流设施为有节制方式或处于生态环境敏感区(如重要湿地公园、重要资源保护区、饮用水源保护区等)，应采用实时流量+动态视频监测方式。电站通过安装流量计或采用标准断面+水位/流速计量装置，记录连续生态流量泄放量；通过安装摄像头实现全天候动态视频/静态图像监测；测站将实时流量和视频监测数据保存并上传省级平台。

4 建 议

本文从生态流量、泄放设施和建管平台三个方面对江西农村小水电清理整改工作进行初步的探究，但仍有许多问题需要在实际运用中不断解决和完善。

1)生态流量计算有待完善。江西总体属于丰水地区，以不低于河道天然多年平均流量的10%作为农村水电站生态流量虽然可行，但略显粗犷。近期：在部分水资源丰沛的河流，生态流量可按多年平均流量的30%计；中期：各河流按丰水期、平水期、枯水期分别进行生态需水的计算；远期：引入数学模型针对不同河流的水生植物、水生动物、水体自净能力等进行运算模拟量化得出生态流量。

2)扩大生态流量泄放与监测的对象。本次长江经济带农村小水电的清理整改工作主要针对由于修建水电站造成河道减脱水的问题进行清理整改，对于仅有发电功能的电站进行24小时的泄放，并放入重点监测名单中。对于有调节功能、以灌溉和供水为主的水库或塘堰等坝后式电站或引水式电站，河道出现减脱水段，主要是由于灌溉和防洪的需要而修建大坝导致的，主要责任不在电站；应对由于修建水库、大坝等造成河道减脱水的问题纳入到泄放生态流量的对象中，水库、堰坝的运行管理单位在满足灌溉、供水等功能基础上进行季节性泄流以满足河道生态流量的需求，并放入监测名单中；下一阶段还应加快更加智能和信息化监测系统的建设，明确具体的生态流量的下泄时间、下泄量、下泄方式和下泄责任单位。

3)制定奖惩制度。针对不足量泄放生态流量、违规不泄放生态流量和破坏生态环境等问题的水电站，制定切实可行的奖惩制度，大幅度提高违法成本，对于情节严重的应停业整顿甚至吊销取水许可和发电许可。对于足量泄放生态流量的水电站政府应因地制宜的给予一定的经济补偿，比如制定生态电价等措施。

4)加快建设数字流域。在水电站生态流量实现了在线监测后，应将监管平台融入到流域监测系统中，并加大小流域的水情自动测报系统和防洪自动预警系统的建设，使三者共同成为数字流域的重要支撑，并根据流域各自特点建立不同的数字流域生态系统和决策支持。

5)积极创建绿色小水电。江西省农村小水电站在进行清改以后，要加入到积极创建绿色小水电的进程中，全面提高水电站的自动化程度。未来政府关于水电站的资金投入也应向无人值守或自动化程度较高的水电站倾斜。