水利水电工程蓄水期生态流量泄放措施研究

王明疆， 张锦堂， 郭浩洋， 周丹顺， 孙 斌

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司， 陕西 西安 710065)

生态基流是使水域生物及河岸带处于健康状态的最小流量，是维持河流形态和基本生态功能的保障[1-4]。在水利水电工程的蓄水过程中，如不采取措施，往往会导致下游河段出现减水脱流现象，继而引发一系列的河流生态系统问题。为保障河流生态系统的健康及可持续发展，水利水电工程在蓄水期要根据工程实际，采取相应措施保证下泄一定的生态流量[5-6]。

本文在调研工程实例的基础上，系统归纳了水利水电工程蓄水期常用的生态流量泄放方案，以及导流洞下闸期间生态流量的泄放措施。研究成果可为后续水利水电工程蓄水期生态流量泄放方案的制定提供决策依据。

1 蓄水期常用生态流量泄放方案

对于水利水电工程蓄水期生态流量的泄放，通常结合项目实际，综合考虑施工组织和经济性来确定合适的生态流量泄放设施。

1.1 分期围堰导流的水利水电工程

采用分期围堰导流的水利水电工程，在一期通过束窄的河床过流，在二期导流时一般通过一期工程修建的导流泄水建筑物——底孔、缺口等过流，过流条件好、泄流量较大，在蓄水时段可以利用一期修建的泄水建筑物的控制闸门等控泄生态流量，故分期围堰导流的水利水电工程蓄水期生态流量泄放一般不需考虑专门的泄放设施即可满足要求。

1.2 导流洞导流的水利水电工程

采用一次拦断河床、导流洞导流的水利水电工程，根据不同的工程特点，蓄水期常用的生态流量的泄放方案如下。

对于土石坝等不便在坝身开孔的水利水电工程，在导流洞封堵后可采用单独设置生态供水洞或者通过改建导流洞，在导流洞封堵体上布置放水孔泄放生态流量。

对于混凝土重力坝、拱坝等坝型的水利水电工程，在导流中后期一般会通过坝身开孔来满足过流，故在蓄水期间一般通过导流底孔等导流设施泄放生态流量。根据导流程序、导流底孔等导流设施出口闸门的形式(平板闸门/弧形闸门)，此类工程在下闸后，蓄水期生态放水方案大致可分为分层孔洞接力放水和高水头阀门控泄放水两种运行方案。

以上各种蓄水期生态流量泄放方案的对比如表1所示。

表1 蓄水期生态流量泄放方案对比表

2 导流洞下闸期间生态流量泄放方式研究

采用导流洞导流的水利水电工程，在导流洞下闸时，往往上游水位还未达到衔接泄水建筑物的高程，会造成短暂的断流，引起下游河段的减水脱流。为了避免出现这种情况，在导流洞下闸期间，应采取必要的措施向下游补水。

通过统计已建和在建的水利水电工程实例，导流洞下闸期间的生态流量泄放主要有以下几种类型。

2.1 常规生态补水措施

为了避免断流，保证导流洞下闸期间生态流量的泄放，常规的工程措施是增加在下闸期间能向下游供水的(临时或者永久)通道，常见的措施及工程实例有：

1) 在导流洞上布置临时生态放水管

小井沟水利工程[11]所需生态流量较小，在导流洞下闸封堵后，水位到达永久生态放水洞(可提供生态流量)之前，通过导流洞底预埋的临时生态放水管向下游提供生态流量，之后，对临时生态放水管进行封堵。

在导流洞上设置生态流量放水管是较为常规的做法，这种方法工程投资相对较省，能够满足下泄生态流量的要求，但这种放水措施一般应用于下泄生态流量较小的工程，且会对导流洞封堵工作产生一定的干扰。

2) 设置泵站向下游供水

隔河岩水利枢纽工程[12]从导流洞下闸至上游水位上升至底孔过水，需要约7天时间，为了解决此段时间内的断流问题，采用设置泵站向下游供水的方案。利用特殊加工的大浮箱体，安装布置4台水泵，将此浮动泵站布置在大坝上游基坑内，向下游补充水量。

采用泵站抽水跨过大坝泄放生态流量基本上可以适用于任何水利水电工程，技术可行、风险相对较小，但其设备投资和运行费用很高，也易受到扬程过高和流量过大等因素的限制。

3) 设置旁通洞向下游供水

大渡河猴子岩水电站[13]为了解决导流洞下闸到泄洪放空洞过水期间向下游下泄生态流量的问题，在导流洞进口附近布置了一条旁通洞，旁通洞进口位于2#导流洞进口边墙，出口位于1#导流洞洞身段边墙，在导流洞下闸时打开旁通洞闸门，通过1#导流洞下泄生态流量，如图1所示。在水位上升，泄洪放空洞下泄流量达到生态流量时，旁通洞下闸。

图1 旁通洞平面示意图

当下闸期间所需生态流量较大时，结合工程实际情况，可采取在导流洞进口处布置旁通洞的措施向下游供水。旁通洞过流流量较大，可满足下泄生态流量要求，同时旁通洞启闭机容量小，操作布置较为容易，技术相对可靠，风险相对较小。但旁通洞及其闸室结构复杂，与导流洞闸室及进口段结构存在施工干扰，且旁通洞过流流速大，出口处水流会对该段导流洞衬砌结构产生不利影响。

2.2 特殊生态补水措施

由于导流洞下闸所引起的下游河道减水或者断流时间一般较短，充分结合工程实际，突破传统思维束缚，利用已有条件来解决下闸期间的生态放水问题，往往能在满足生态放水要求的前提下，简化导流程序，取得显著的经济效益。

1) 利用下游围堰形成水池向下游供水

功果桥水电站[14]在导流洞下闸期间，结合工程特点，对下游过水围堰进行适当加高，形成坝下、堰前生态蓄水池(可蓄水60万m3)，在导流洞下闸至永久底孔泄放生态流量前的约3h蓄水期间，利用下游围堰预留的充水道作为泄水通道，将生态蓄水池存水下泄至河道，保证了下游河道的生态用水需求。

2) 汛期下闸，利用下游支流及汇水解决生态流量问题

光照水电站[15]所在的北盘江流域降水极不均匀，主汛期之后流域内降雨量会显著减少，如果选择在枯水季节下闸蓄水，需采取专门的工程措施从导流洞下泄生态流量。但是，若选择在汛期下闸，这样蓄水期短、主河道流量大，同时周边冲沟、光照小河以及西泌河等支流汇入主河道的流量也很大，则能满足生态流量需求。

3) 导流洞平板闸门局部开启下泄生态流量

金川水电站[16]在设计过程中对生态流量下泄方式进行了优化，讨论了采用导流洞闸门局部开启的控泄方式向下游供水的可行性。计划在导流洞闸门下放到距离底板0.8 m时，通过孔口控泄生态流量，并保持闸门开度不变，使水库水位不断上升，当导流洞进口水头为24.7m时，泄洪洞过流可满足生态流量需求，此时，闸门下放至底板高程并完全封闭。

2.3 通过调度保障下游河段生态需求

一些梯级电站在导流洞下闸期间，可以通过对下游电站水库进行调节，使下游水库回水达到坝址下游，高于天然河道水位，不造成下游河道减水脱流，从而避免增加工程设施，不但节省了相关放水设施的投资，还简化了施工程序、缩短了工期。采用此类方法保障下游河段生态流量需求的工程有溪洛渡水电站[17]、白鹤滩水电站[18]、拉西瓦水电站等。

3 结论及展望

3.1 结 论

水利水电工程蓄水期生态流量的泄放措施应充分考虑工程特点和施工组织，采用最为简便经济的泄放方式。当采用特殊生态补水措施时，应充分论证泄放方案的安全性和可靠性，并在保证工程质量的前提下实施。

3.2 展 望

水利水电工程施工期导流洞下闸至下一级衔接泄水建筑物过流虽然时间短暂，但是为了保证下泄生态流量，往往需要专门布置工程措施，耗费巨大。虽然目前河流生态流量的计算方法繁多，但是鲜见关于短暂的减水脱流对河道生态系统影响的敏感性研究，也没有针对短暂时段下最小生态需水量的计算方法。因此，笔者认为，应结合河道水文要素研究短暂时段最小生态需水量与长期生态需水量之间的关系，以及进行短期减水脱流对河道生态系统影响的敏感性分析。以期在保证河道生态健康的情况下优化生态流量的泄放过程。