生态流量保障与小机组泄放方式的现状及问题

2012-08-29谭红武张士杰包洪福诸葛亦斯李国强

中国水能及电气化 2012年12期

杜强，谭红武，张士杰，包洪福，诸葛亦斯，赵成，李国强，余晓

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100083；2.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012；3.东北林业大学，哈尔滨 150040；4.云南省水利水电勘测设计研究院，昆明 650021）

近十年来，水利水电工程对河流生态系统的不利影响受到广泛关注，依据国家《水法》《环境保护法》等，政府部门提出了一些硬性的管理要求。2005年水利部颁布的《建设项目水资源论证导则(试行)》对筑坝河流生态流量提出明确要求。2006年国家环境保护总局发布的《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》对生态流量做出具体规定，其基本要求是：为保护河流生态环境，避免河道脱水断流，水利水电工程坝址处应保证下泄最小生态流量，其量级为坝址多年平均流量的10%，且为瞬时流量，保证率为100%。对坝下近处有支流汇入的工程，经充分论证，最小生态流量值可适当放宽。以此为依据在水利水电建设项目的水资源论证、环境影响评价，以及流域水利水电开发专项规划环境影响评价中全面推行。在各级政府部门高度重视和广大从业人员的努力下，2000年以后批复建设的水利水电工程项目基本上都建有最小生态流量泄放设施。

目前来看，国家对筑坝河流最小生态流量的硬性要求，对于减缓水利水电工程对河流生态系统不利影响起到了非常积极的作用，同时也大大促进了水利水电工程在规划、设计、建设和运行各阶段专业人员环保意识的提高。2000年以后建成、运行的水利水电工程项目基本上都进入了竣工环境保护验收阶段。

为了评价近十年来水利水电工程生态流量泄放落实情况，以及发挥的作用，本文收集了28座已建成、在建水利水电工程项目关于生态流量及泄放措施的资料，从工程类型、所处位置、最小生态流量确定依据、泄放量、泄放方式和措施有效性等方面，分析总结了目前水利水电工程生态流量泄放的现状及存在的问题，提出将生态流量泄放与小机组电站相结合是现阶段保障生态流量泄放最有效措施的观点。

1 生态流量泄放现状及存在的问题

1.1 现状分析

依据全国范围内28座已建、在建水利水电工程资料，较为系统地分析了最小生态流量及泄放方式，并重点分析了泄放生态流量小于20m3/s的工程。在28座已建和在建水利水电工程中，水利工程17座，水电工程11座，分布在我国南方的工程16座，北方工程12座，分布在干流及一级和二级支流的工程4座，分布在三级及以下各级支流的工程24座，特别是收集到2000年以前建成水库的改造工程2座。表1给出其中9座工程生态流量相关参数。

初步分析表明，①全部28座工程所确定的最小生态流量都为坝址多年平均流量的10%，或小于10%，基本满足国家关于筑坝河流最低生态流量的要求；②最小生态流量的泄放方式主要是埋设生态放流管，占统计数据的70%，通过小机组发电泄放的工程占30%；③将生态流量泄放与发电小机组相结合的工程，基本上多分布在干流及一级和二级支流上，主要在我国南方，且多为水电工程；④对于最小生态流量大于5m3/s的部分工程，没有采用发电小机组的泄放形式，而采用埋设生态放流管，由阀门控制的放流形式；⑤老旧工程，特别是有发电任务且建于上世纪50-70年代的水利枢纽工程，部分工程技术改造中考虑了最小生态流量泄放要求，很好地改善河道脱水断流或减水的局面。

表1 典型水利水电工程生态流量及泄放方式

1.2 问题分析

水利水电工程具有显著的防洪、发电、灌溉、供水和航运综合效益，从我国快速城市化、工业化发展过程中的水源保障需求以及我国水电开发尚处较低水平的角度看，我国水利水电工程建设仍处于全面发展的阶段。同时，水利水电工程对河流生态系统的影响也是客观存在的。特别是2000年以前建设的大多数水利水电工程，由于历史原因，在建坝时直接拦断河流，没有考虑最小生态流量泄放，由此在坝下形成较大范围的脱水断流或减水河段，严重影响了河流生物的栖息环境。尽管水利水电工程建设会不可避免地产生阻隔效应，即使泄放最小生态流量也许仍不足于维持相对健康的河流生态系统，而且，系统评估这一措施的效果为时尚早，但可以肯定的是，最小生态流量的泄放对于改善脱水或减水河段河流的水文水动力条件、物理化学条件和河道景观条件发挥了非常明显的作用，生态流量泄放的环境保护或生态效益是显著的。

目前水利水电工程生态流量泄放保障方面仍存在以下问题：

（1）保障生态流量泄放的利益机制尚不完善。水利水电工程的发电、灌溉、供水和航运效益的发挥与库区蓄水量的大小直接相关。由于生态流量泄放考核指标为瞬时流量，且保证率为100%。在北方地区，年际、年内径流分配严重不匀，实际确定的最小生态流量往往要高于最枯月平均流量，在特枯年份甚至高于年内很多月份的天然径流。对于南方河流，由于年径流量较大，即使10%的多年平均径流量，最小生态流量的绝对量仍很大。水库不间断泄放生态流量对于非汛期库区蓄水的影响较为显著，由此构成生态流量泄放与水库兴利功能发挥之间的矛盾。由于发电、灌溉、供水和航运是显性收益，而生态流量泄放的生态效益为隐性效益，在流域生态补偿机制尚不完善的背景下，生态流量的泄放就相当于减少了工程的经济收益，由此造成生态流量泄放不能得到充分保障。这是目前水利水电工程生态流量值几乎没有超过坝址多年平均流量10%的重要原因。

（2）水利水电工程最小生态流量基本上为一固定值，没有体现出河流水生生物适应水文情势丰枯自然变化节律的需求。

（3）现阶段尽管环保部要求生态流量泄放过程有在线监控设备，但在线监控设备均由工程业主管理，尚无将在线监控系统接入相关环境保护或水行政主管部门的硬性要求。

综上所述，目前水利水电工程主要通过埋设生态流量泄放管，由阀门控制泄放方式的有效性令人担忧。而将生态流量泄放与发电小机组相结合，通过小机组发电泄放生态流量，既利用了水能资源，为工程业主增加了收益，同时也满足了生态环境保护的要求，这一泄放生态流量的双赢方式有待大力推广。

2 发电小机组泄放生态流量方式探讨

2.1 新建电站

现阶段水利水电工程生态流量泄放大体上有闸门泄流、坝体埋管泄流、放空洞泄流、引水洞泄流、发电小机组泄流5种方式，5种方式各有其技术特点和适用条件，表2对5种生态流量泄流方式进行了比较。从既能激发工程业主积极性又能满足环境保护需求的角度看，表2中将生态流量泄放与发电小机组相结合的泄流方式无疑是最理想的选择。

在实际应用中，2011年新建的毛儿盖水电站，采取发电小机组进行生态流量泄流方式的经验值得借鉴。毛儿盖水电站位于四川省黑水河，是黑水河中游的“龙头水库”，水库具有年调节能力，电站装机420MW，采用混合开发方式。为保护水库运行期坝后减水河段的生态环境，电站须下泄不小于5.2m3/s的生态流量。为充分利用下泄生态流量的动能，毛儿盖水电站专门设置了小机组，小机组装机容量为5MW，电站引用流量即为最小下泄流量5.2m3/s。对于新建水利水电工程，只要所需下泄的最小生态流量可以满足水力发电的最低要求，即可采用发电小机组泄流的方式进行生态泄流，从而实现生态效益与经济效益的双赢，提高生态流量下泄的保障程度。

2.2 已建电站

我国是大坝建设的大国，已建有8万多座大坝，绝大部分建于建国后至2000年前，工程建设时基本未考虑坝下河流生态保护，坝下河段脱水断流现象十分普遍。目前，这些水库均进入维修加固和技术改造阶段，为改善坝下河流生态环境提供了契机，即，在老工程除险加固和技术改造过程中，须兼顾解决原工程带来的生态环境问题。我国已进入生态文明建设阶段，解决老水利水电工程带来的生态问题，修复河流生态系统也是今后水利水电工程事业发展必须面对的。

葠窝水库在老工程技术改造中解决原工程带来的环境问题方面的经验值得借鉴。葠窝水库建于上世纪70年代，是太子河干流上一座以防洪、灌溉、工业供水为主，兼顾发电的综合利用水利枢纽工程。水库总库容7.91亿m3，正常蓄水位96.6m，相应库容5.43亿m3，电站总装机容量原为37.2MW，2005年完成技术改造后电站总装机容量44.6MW，技术改造前后工程参数及生态流量变化见表3。葠窝水库在春灌开始至汛期，水库放水量较大，电厂在这个阶段结合水库放水进行发电，而在后汛期和非汛期，特别是在枯水年，水库要蓄水保障来年灌溉，尽量不开机组发电，坝下出现脱水断流河段。在后汛期和非汛期为了满足下游供水要求，通常需由3#机组间断性小负荷发电放水，3#机组最小负荷发电需5m3/s流量，耗水量较大，发电量较小，既影响水库蓄水也影响发电效益。2005年水库完成电厂改造之后，增设了4#和5#发电机组，机组最小负荷发电需3m3/s，在10月至来年4月的7个月中保证坝下不脱水断流，既增加了水库蓄水又提高了发电效益，也改善了坝下生态环境，水库业主开展的技术改造取得了良好的经济社会和环境效益。