金沙江上游梯级电站联合运行对下游河道生态影响分析

梁 媛

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

金沙江干流具有径流丰沛且较稳定、河道落差大、水能资源丰富、开发条件较好等特点，是全国最大的水电能源基地。随着金沙江流域中下游水电项目基本开发完毕，上游河段梯级电站建设正式拉开序幕。根据开发时序安排，叶巴滩水电站和拉哇水电站为近期重点开发梯级，按照目前的建设情况，叶巴滩水电站将首先建成，随后建成拉哇水电站。大型水电工程在发电、供水等诸多方面发挥巨大作用的同时，也对河流生态系统造成了一定的影响，从而不同程度地影响了流域的生态过程。在此背景下，研究并开展水电工程的生态调度，从而保护和恢复河流健康生境显得尤为重要［1-4］。

叶巴滩水电站坝址至苏洼龙水电站库尾河段长约119 km，流域面积16 149 km2，区间河段多年平均流量为114 m3／s；其间汇入的支流主要有罗麦曲、斜曲、西曲和玛曲，支流流域面积总计10 454 km2，约占该河段流域面积的64.7%，支流多年平均流量总计81.02 m3／s，约占该河段多年平均流量的71.07%。本文以上述河段的生态调度为研究对象，根据建设时序安排，通过水动力数学模型对叶巴滩和拉哇梯级电站联合运行非恒定流沿程坦化进行模拟，分析两座电站联合调度运行对下游河道的生态影响［5-7］。

1 叶巴滩单独运行情况分析

叶巴滩水电站具有不完全年调节性能，运行期电站可根据系统需要参与调峰运行。叶巴滩水电站进行日调节运行时，不稳定流下泄将对下游河道水文情势造成一定影响。根据现有水生生态调查结果，金沙江干流在罗麦曲汇口、斜曲汇口和西曲汇口分别有裂腹鱼类的零星产卵场分布，因此，选择典型枯水年鱼类产卵期（以枯水年4月为例）一个典型日进行分析。

为全面反映叶巴滩水电站日内下泄流量逐时变化特征及下游河段逐时流量过程的沿程变化，采用MIKE11一维水力模型，模拟典型日内叶巴滩下游河段水文情势变化过程，模拟时段设置为72 h。

根据电站日内调峰运行工况，1号断面为生态机组尾水出口断面，日内流量稳定维持在132 m3／s。与天然情况相比，月均流量减幅35.0%～93.3%。最大水深由2.624～7.886 m减少为2.526～4.327 m，减幅3.73% ～57.7%。水面宽度由33.814～59.678 m减少为33.192～48.652 m，减幅1.84%～38.93%。流速由2.733～7.001 m／s减少为2.644～4.259 m／s，减幅3.26% ～52.33%。

以下重点分析日调峰运行时叶巴滩水电站坝下6处典型断面（2～7号断面）水位和流量的逐时变化过程，据此说明叶巴滩水电站典型日内下泄流量对下游河段水文情势的影响。

1.1 对流量的影响

图1为枯水年4月典型日叶巴滩水电站运行时逐时下泄流量及下游河段各典型断面的逐时流量过程。

枯水年4月典型日叶巴滩水电站日内调峰运行时部分时段流量波动较大，如17时至18时之间，下泄流量从337 m3／s迅速升高至549 m3／s，持续 4个小时后又下降至337 m3／s；整个过程中，日最大升幅和降幅均为212 m3／s。下泄流量变化将直接影响下游河段各典型断面的流量过程，如图1所示。当下泄流量形成的不稳定流到达3号断面（罗麦曲汇口、产卵场河段）时，日内最大升幅为143.69 m3／s，最大降幅为134.8 m3／s；当下泄流量形成的不稳定流到达5号断面（西曲汇口，产卵场河段）时，日内最大升幅为 107.5 m3／s，最大降幅 82.66 m3／s；到达 7号断面（苏洼龙库尾河段）时，日内最大升幅为65.05 m3／s，最大降幅为 46.95 m3／s。将叶巴滩水电站典型日内下泄流量过程与下游河段逐时流量过程进行对比可知，下泄流量的急剧变化将对下游河段产生影响，但越向下游流量过程的日内升幅和降幅均减小，随着下游河流斜曲、玛曲等的入汇，加之河道的坦化和滞流作用，日内升幅和降幅均明显减小（分别减小了 271.95 m3／s和 290.05 m3／s），但与天然状况相比，日内升幅和降幅仍较为明显。

图1 叶巴滩水电站日内调峰运行时坝下河段典型断面流量逐时变化过程（枯水年4月）

1.2 对水位的影响

图2为枯水年4月叶巴滩水电站运行时下游河段各典型断面的逐时水位过程。由图2可知，受叶巴滩水电站日调节下泄流量影响，2号断面（叶巴滩主机尾水出口断面）水位在短时间内大幅涨落，日内最大涨幅0.85 m，最大降幅0.75 m。当下泄流量形成的不稳定流到达3号断面时，日内最大升幅为0.83 m，最大降幅为0.78 m；到达7号断面（苏洼龙库尾河段）时，日内最大升幅为0.1 m，最大降幅为0.08 m。将叶巴滩水电站典型日内下泄流量过程与下游河段逐时流量过程进行对比可知，下泄流量的急剧变化将对下游河段产生影响，但越向下游流量过程的逐时升幅和降幅均减小；随着下游河流斜曲、玛曲等的汇入，加之河道的坦化和滞流作用，逐时升幅和降幅均明显减小。对比各断面逐时水位过程图可知，与流量变化特征相似，随着下游中型河流西曲、斜曲和玛曲等的汇入，加之河道的坦化和滞流作用，越往下游水位逐时变幅越小。因此，受河道滞流作用影响及支流汇入对干流水量的影响，使得下游河段水位落差较上游明显变小，逐时水位变化呈现平坦化的趋势。

1.3 鱼类产卵期实施生态调度后对下游水文情势的影响

根据前述分析结果，电站日内调峰运行时对下游水文情势影响较大，特别在鱼类产卵期3～4月期间，产卵场河段水位变幅较大，为保护下游河段鱼类生境，结合鱼类生态学特性及繁殖习性，本工程调度运行初步考虑在鱼类产卵期的3～4月份每月中旬各进行一次持续10 d的生态调度过程，期间电站不进行日内调峰运行，按照不低于上游来流下泄，维持下游河态稳定。3～4月下泄流量不低于272 m3／s，各代表年3～4月中旬考虑生态调度需求条件下，电站逐日入库流量、发电流量统计见表1。由表中3～4月鱼类产卵期生态调度流量及过程可知，期间叶巴滩水电站尾水下游流态基本稳定，对水文情势影响改善作用明显。

图2 叶巴滩水电站日内调峰运行时坝下河段典型断面水位逐时变化过程（枯水年4月）

表1 叶巴滩水电站各典型年3～4月生态调度过程后电站的运行调度过程（枯水年） m3／s

2 叶巴滩和拉哇水电站联合运行情况分析

叶巴滩水电站下游为拉哇水电站，拉哇水电站正常蓄水位与叶巴滩水电站尾水衔接良好。拉哇水库运行方式与叶巴滩相同，即岗托水库建成前，拉哇水库具备不完全年调节性能，可作为补偿电站。

根据拉哇水电站水生生态调查成果，叶巴滩主电站尾水下游约11.6 km为罗麦曲汇口，此处为裂腹鱼类的产卵河段，该河段也位于拉哇的库尾。叶巴滩与拉哇联合运行时，对罗麦曲汇口产卵场的影响与叶巴滩单独运行时一致，即枯水年4月典型日日内该断面最大水位涨幅达0.85 m，降幅达0.75 m。需要指出的是，上述变幅均按照4月份拉哇水电站尚处在死水位运行，即罗麦曲汇口处产卵河段处于类天然河段时的状态。当叶巴滩和拉哇水电站联合运行时，若拉哇水库在鱼类产卵期3～4月处在死水位，此期间罗麦曲汇口处产卵场处于类天然河段，叶巴滩的生态调度可对此处产卵场的水文过程起到改善作用。

正常运行工况下，叶巴滩发电尾水直接进入拉哇库区，拉哇处在死水位运行时，库尾有15.8 km的流水性河段，此时流水性河段的来流主要为叶巴滩发电尾水及生态电站下泄流量。按照前述典型日电站运行方式可知，叶巴滩水电站正常运行时，丰水年4月典型日逐时出库流量在360～758 m3／s，平水年4月典型日逐时出库流量在360～583 m3／s，枯水年4月典型日逐时出库流量在337～549 m3／s。可以看出，电站运行时绝大部分时段出库流量都大于132 m3／s，即使在最不利工况——叶巴滩大机组停机时，该流水性河段仍至少有不低于132 m3／s生态流量。因此，叶巴滩与拉哇水电站联合运行时，拉哇库尾的变动回水段不会出现脱水现象，该河段流水性生境条件依然存在，且流量满足生态需求。

3 结 语

通过以上分析，叶巴滩水电站坝址至苏洼龙水电站库尾河段区间汇流及支流入汇可减缓典型日调节对下游河段水文情势的影响。

在各断面的影响程度方面，随着下游地表径流及各支流的汇入，电站运行对下游水文情势影响随着河道的延长而逐渐减弱。尤其是在玛曲汇入河道以后（玛曲河口多年平均流量54 m3／s），干流水文情势的影响总体得到较大缓减。

总体来看，4个产卵场河段断面在产卵期内日内水文情势均受到一定程度影响。以3号断面（罗麦曲汇口，产卵场河段）为例，枯水年4月典型日电站运行时，日内最大水位涨幅达0.85 m，降幅达0.75 m。由于叶巴滩水电站下游为拉哇水库，根据开发时序，拉哇水库将晚于叶巴滩2.5年建成，拉哇水库建成后，叶巴滩水电站尾水下游水文情势将受拉哇库区水位变动影响，因此，叶巴滩电站日调节运行对下游水文情势影响的时段较短，但为保护下游河段鱼类产卵生境，仍需根据下游鱼类生态习性及生物学特性。从满足鱼类繁殖和生存所需的水文情势条件出发，进一步优化工程调度运行方案，在鱼类产卵期电站尽量不进行日内调峰运行，探索适合工程实际的生态调度方案。

为保护下游河段鱼类产卵生境，拟在鱼类产卵期的3～4月每月中旬各进行一次持续10 d的生态调度过程。生态调度期间叶巴滩水电站尾水下游流态基本稳定，对水文情势影响改善作用明显。当叶巴滩和拉哇水电站联合运行时，拉哇库尾的变动回水段不会出现脱水现象，该河段流水性生境条件依然存在，且流量满足生态需求。