小型水电站减脱水河段治理措施的探讨

2016-10-07姜云鹏俞云飞

水利水电工程设计 2016年3期

张　扬　李　婕　姜云鹏　俞云飞

小型水电站减脱水河段治理措施的探讨

张扬李婕姜云鹏俞云飞

我国有着丰富的、分布极为广泛的小水电资源，由于小水电过快、过度开发带来一定的环境和生态问题，主要表现为部分河段枯水期脱流断水、河段片段化以及引发地质灾害等问题。结合我国小型水电站开发导致的生态环境问题，重点介绍了关于小水电减脱水河段治理措施的研究和实践，并借鉴国内有效的工程实例，对绿色小水电发展提出建议，以推动我国河流生态文明的建设进程。

小水电减脱水河段治理措施绿色小水电

小水电指装机容量在25 MW及以下的水力发电站和以小水电为主的地方小电网。我国有着丰富的分布极为广泛的小水电资源，可开发量为1.28 亿kW，截止2009年底已开发5.5万MW，开发率为43%，年发电量1 600多亿kW·h，居世界之首。我国的小水电在带动农村经济发展、改善农民生活水平、促进节能减排等方面发挥了重要作用，被公认为清洁、绿色的可再生资源。

2013年《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》，明确提出要建立系统完整的生态文明制度体系，并将水环境保护、水生态修复等纳入生态文明制度建设的重要内容。2011年水利部颁布《“十二五”全国水电新农村电气化规划》，也提出从保护水生态的角度出发，兼顾发电对水量的需求，根据当地生产、生活、生态和景观需水要求，统筹确定合理的生态流量，落实相关工程和管理措施，避免造成下游河段脱水，保证下游用水需求，最大限度地减轻对水环境和水生态的不利影响。

1　我国小水电存在的问题

我国2/3的小水电站是引水式电站，这种开发方式对生态景观影响小，建设成本低，但会改变电站上下游的水文情势。如不加强监督保障下游生态下泄水量，极易造成下游一定距离的河段脱流断水，从而影响流域内生产、生活及生态用水安全。目前我国不少流域已经发生的小水电过快、过度开发带来的环境、生态问题，主要表现为部分河段枯水期脱流断水、河段片段化以及引发地质灾害等问题。

此外，建在河流支流下游及河口处的小水电工程，对在支流上游产卵的鱼类会产生阻隔作用，导致鱼类生境的破碎和鱼类生物量的减少。这种不利影响制约了农村水电的可持续发展，并在社会上引起一定争议；因此，亟需加强小型水电站河道减脱水河段治理工作。

2　国内外减脱水河段治理及研究情况

尽管目前国内外还没有小型水电站下游河道减脱水河段防治的整套成熟经验，但近年来国外水电比重很高的国家己开展了大量的实践，从河流栖息地模拟的角度出发，采用了增加河流弯道、设置水流挡板、在河床堆石成堰或修筑低坝等技术，开展了许多专题研究与实践，在河流健康评价体系、生态护坡技术等方面取得了一系列研究成果。比较有代表性的有德国的 “河流生态自然工法”，澳大利亚的 “绿植被技术”，日本的 “近自然工事”，美国的 “自然河道设计技术”，挪威的生态过水坝（滚水坝）等。

随着打造生态绿色小水电理念的发展，国内在最小流量泄放设施、人工阶梯-深潭、河道纵向设置深槽以及纵向上间隔设置挡水堰等工程措施的探索研究也在减水河段治理中取得了一定的改善效果，这些都可为小型水电站减脱水防治技术提供参考和借鉴。

3　治理措施特点及效果分析

3.1生态过水坝（滚水坝/溢流堰）

对于坡度较大、水流流速较快的河段，可在纵向上每隔一定的距离设置挡水堰，使上游局部水位壅高形成深潭。挡水堰的砌筑材料可就地取材，选用因减水而露出水面的大块卵石。

对于河道平缓河段，可考虑采取措施增加水面率。利用天然石料布置小型滚水堰，在多股水流汇合处设置抛物线深槽。河道断面较宽、水位变幅较大时，可结合景观、亲水要求考虑河滩地的利用。治理后的过水断面不小于现有过水断面。

生态过水坝（滚水坝/溢流堰）在水利水电工程建设、城市河道治理和污水处理等方面均有广泛的运用。对于水电站工程而言，从电站下游减脱水河道生态治理的角度出发，除了可在该段河道设置一级或多级滚水坝外，对于一些低水头的电站，电站拦河坝本身也可采用。目前，坝工建设技术已经比较成熟，实际应用中不泛有拦河闸、土石坝、橡胶坝、混凝土重力坝、浆砌石坝等多种形式以及更加生态的改良类型，在电站下游减脱水河道中的应用也有不少实例，如贵州大花水水电站在厂坝间支流汇入口下游侧修建了生态过水坝，最大限度地降低了厂坝间长6 km河段减水问题；四川省火溪河水牛家水电站工程为了解决磨房沟口—厂址之间减水河段河面变窄、视觉景观受影响问题，建设单位在工程减水河段修建65座滚水坝的替代措施，该措施在保证沿岸居民生产用水、河岸生态功能与自然景观等方面均取得了一定的效果；甘肃舟曲大年二级水电站的减水河段修建堤坝，形成两个梯级水潭，根据投放减水河段上游鱼类措施研究表明，能有效恢复减水河段水生生物的生境；因此，生态过水坝技术完全适用于电站下游减脱水河道的生态治理，不存在技术障碍。

3.2人工阶梯-深潭系统

我国一些地区采用人工阶梯系统，实际效果表明，人工阶梯-深潭布置后，随着水生栖息地多样性上升，单位面积水生生物密度、物种丰度及生物群落多样性指数均呈上升趋势，河流生态得到改善。

利用阶梯-深潭系统治理山区河流，既能保持河道稳定，又能维持较高的生物多样性，保持健康的河流生态系统。目前，一些国家已经开始利用阶梯-深潭系统（见图1）对河流进行治理，在保持河床稳定的同时，使河流重现自然风貌，并使河岸生态系统得到保护。

图1　浅滩深潭设计布置图

3.3河道复式断面

由于减水河段流量减少，河道绝大部分时间处于低流量状态。在低流量下过水断面的宽度与深度比值较大，呈非常宽浅的形式，对鱼类生存极为不利。在河流横断面上进行局部深挖形成深槽，构建复式断面（见图2），深槽内将具有较大的水深，有利于鱼类生存。这种技术被广泛应用于河道生态修复与治理方面，效果良好，可以推广用于电站下游减脱水河道的生态治理。