基于生态流量视阈下的水电厂运行管理分析

2020-08-03赵浩楠

黑龙江水利科技 2020年7期

赵浩楠

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 400121)

0 引言

随着我国对生态环境问题的日益重视，流域水生态系统健康逐渐深入人心，河流生态流量这一指标得到了更为广泛的应用，其在保证河流自净扩散能力、科学开展水资源规划、实现水利水电工程合理建设管理等方面发挥着重要的作用。文章主要围绕生态流量视阈下的水电厂运行管理展开详细分析。

1 河流生态流量问题分析

根据我国水利设施建设情况分析不难发现，过度开发问题日益严重，国际普遍认为河流的水资源开发利用警戒线为40%，但是我国超过此标准的情况比比皆是。同时，很多地区水资源配置不科学，以致于河道自然生态系统需水平衡被打破，河流最小生态流量无法得到保障，最终造成较为严重的水生态安全问题。

河流生态流量，直接关系河流水生态系统健康，也是流域社会经济稳定发展的重要前提，目前这一问题已成为国内外河流生态研究热点，其主要意义可归纳如下：

1)生态流量的计算与确定，可为流域生态恢复提供可靠依据。

2)根据生态流量合理设计水电站生态流量机组，规范水利工程建设与管理。

3)生态流量可为流域水资源配置提供合理依据，可结合水质、水量确定不同生态功能区河段河道取水量。

2 龙河流域石板水电厂生态流量的确定

2.1 工程概况

石板水电站工程位于长江上游右岸龙河干流，主要任务包括发电、养殖、防洪等，坝址位于丰都县龙河镇上游500m处。石板水电站主要动能指标见表1。

表1 石板水电站动能指标表(原设计)

2.2 生态流量的确定

2.2.1 生态需水计算方法选择

生态需水计算方法包括多种，包括：①Tennant法；②90%保证率法；③近十年最枯月平均流量法；④流量历时法；⑤湿周法；⑥7Q10法等。

本次结合龙河流域实际情况及测站资料系列等，主要采用1、2、3三种方法进行生态基流计算。

2.2.2 生态基流计算

1)Tennant法：根据石柱水文站的径流成果，采用面积降雨修正法推求石板水电厂坝址多年平均流量31.8m3/s，下泄生态基流3.18m3/s。

2)90%保证率法：经计算，石板水电厂坝址90%保证率最枯月平均流量为2.21m3/s，最枯月流量频率曲线见图1。

图1 石板水电厂历年最枯月流量频率曲线

3)近10a最枯月平均流量法：经计算，石板水电厂坝址近10年最枯月平均流量为2.50m3/s。

2.2.3 生态流量的确定

根据上述3种方法计算石板水电厂坝址生态基流分别为3.18 m3/s、2.21m3/s、2.50m3/s。本项目无其他工业生活用水要求，也无国家、省级保护鱼类，下游主要满足河道生态景观需水，因此根据上述原则，按电站坝址处天然多年平均流量10%计算，下泄生态流量3.18m3/s，基本符合相关规范的要求。

3 基于生态流量视阈下的石板水电厂运行管理措施与效益分析

3.1 运行措施

石板水电厂主要承担发电、防洪、养殖等任务，电站调度原则是在保证石板水大坝以及下游场镇防洪安全的前提下，优先保证下游河道生态环境用水要求，再结合梯级优化调度进行发电[1]。

根据电站调度原则，石板水电厂生态调度方案为：通过工程措施优先保证坝下下放最小生态流量3.18m3/s，再根据入库流量及库水位的变化进行发电。当生态放水设施检修或出现故障时，临时开启中孔放水闸门放水保证下泄最小生态流量3.18m3/s。

3.2 管理措施

由于梯级建设持续多年，过去长期缺乏对生态系统特性的考虑，单纯注重经济的调度和运行，导致下游减水河段生态系统长期甚至不可逆的影响。石板水电厂引水发电后，具有季调节能力，河道内天然径流的年际年内分布受到了十分显著的干预，而一直以来电站运行、水行政主管部门、电力部门的管理，一直承担电网的调峰任务，也都更多的侧重于兴利和防洪，对于下游水生态环境的关注较少，今后必须落实相关管理工作[2]。

3.2.1 工程管理

在当前生态文明建设水平不断提高的背景下，石板水电厂应积极参与龙河流域生态文明建设，积极响应流域统一管理，龙河流域梯级应该加强梯级联合调度水平，尽可能恢复河流水流的完整性和连续性，保证河流生态健康。

在梯级生态调度过程中，可蓄丰补枯，保证下泄合理的生态流量，提高下游河道水体自净能力。水电梯级生态调度是一项长期、连续的保障工作，建立电站、河流生态流量在线监测设备和监控网络，确保行政管理部门对电站生态运行的工作开展和连续性进行有效监管。

3.2.2 制度建设

龙河流域水能资源丰富，涉及石柱、丰都两县，是重庆市境内重要的次级河流，加强流域统一管理是提高流域内生态文明建设的重要重要途径。各区县政府和水利主管部门要切实提高对生态调度的认识，从流域管理体系建设制度建设方面，保证流域个梯级生态调度目标的有效达成。

1)基于生态调度阶段性特征，应制定适合流域实际情况的近远期生态保障目标，开展合适的流域梯级调度规程、管理办法和技术手段，逐步建立起面向全流域生态健康保障的长效机制。

2)基于丰都县辖区内的河流生态调度保障要求，应完善监督检查制度，落实水资源保护、水污染防治管理，各电站、梯级应积极配合相关部门的监督检查，提供真实有效的数据信息，严禁妨碍公务。

3.3 效益分析

石板水电站工程增加建设生态放流设施之后，能够产生十分显著的生态效益和社会效益。

3.3.1 生态效益

1)显著提高减水河段水环境容量：保证了足量的生态流量之后，能够显著增加减水河段的水环境容量，显著提高河道内水质指标，同时显著改善河道内的水力学条件，以增加河流挟沙能力促进河床冲淤平衡，提高河段水体富氧能力，提高水体感观条件。石板水电站下放3.18m3/s的生态流量之后，减水河段水体的纳污能力得以提高，对水生态环境有一定改善作用。

2)维持电站下游河段原有生物多样性不受影响：随着石板水电站生态流量的下放，持续且相对丰沛的水量，能够促进下游鱼类、微生物群落以及沿岸的植物景观将逐步恢复，不再出现河道水流干枯的现象，确保电站下游河段水生态环境的基本保障，以维系河段生物多样性的持续稳定[4]。

3.3.2 社会效益

石板水电站生态流量泄放设施建设后，虽然会在一定程度上影响电站的发电效益，但却产生了十分显著的社会效益，有力的促进了本地区生态文明建设水平。

工程建设产生的主要社会效益如下：

1)有力的促进了电站工程从目前主要的发电、防洪任务，向兼具河道内生态供水任务的综合利用模式转变，实现流域水资源统一管理。

2)有利于促进全流域建成完备而有效的水生态环境修复体系，提高本地区旅游资源品质的进一步提升，提高人居环境，促进人水和谐，为本地区实现全面建设小康社会目标服务。

3)显著提高了水利发电企业的社会责任意识，主动参与和融入到水生态文明建设的行列中，实现了有效利用自然资源服务社会的同时反哺社会。

3.3.3 经济效益

石板水电厂原设计及现状均未设置生态放水设施，补充下泄生态水量后将对电站出力及发电量产生一定影响，同时石板水电厂来水应考虑藤子沟电站调蓄及用水影响。

本次利用石柱水文站1960-2015年长系列径流资料先计算藤子沟电站坝址来水，根据其调度运行方式，考虑蒸发及库损等水量损失后计算其下泄水量过程，再加上藤子沟—石板水区间来水求得石板水入库流量，经水库调节求得石板水电厂出力和发电过程。

径流调节计算时上游水库水位在正常蓄水位480m至死水位450m之间运行，下游水位利用厂址尾水出口水位流量关系确定。经计算，由于本次较原设计延长了水文系列，多年平均流量31.8m3/s较原设计34.2m3/s减少了2.4m3/s，多年平均径流量、发电量分别减少0.76亿m3、0.60亿kW·h。补充下泄生态水量后装机容量115MW不变，多年平均发电量减少0.42亿kW·h，影响电量占下泄前年发电量的9.1%。