绿色小水电理念在河道生态治理项目设计中的应用

邹一雄

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉 430000）

1 研究背景

通城县外环大桥拦河闸枢纽水电站工程作为新时代建设的小水电工程，为了充分发挥小水电开发的综合效益，降低小水电开发的不利影响，通过小水电建设促进项目区经济、社会与环境的可持续发展，在工程的全生命周期中都需要积极贯彻绿色小水电理念，确保实现建成人水和谐、生态友好的绿色小水电的目标。

传统意义上认为小水电是绿色能源，主要针对的是以化石能源和火电为主导的能源电力结构，但水电工程建设对自然环境的影响是客观存在的，小水电的开发利用也不例外。从20 世纪80 年代开始，国外学者对水电开发带来的不利影响进行了总结，并开展了绿色水电探索工作，从而先后建立了瑞士的绿色水电认证、美国的低影响水电认证和国际水电协会的水电可持续性评估【1，2】。

在分析国际经验、调研国内小水电建设的现状、研究小水电存在的主要问题和征求意见的基础上，水利部以水利行业技术标准的角度给出了绿色小水电的定义：在生态环境友好、社会和谐、管理规范、经济合理方面具有示范性的小型水电站。

2 基于绿色小水电理念的工程设计

通城县城区河道生态治理PPP 项目建设内容包括河道生态治理、新建拦河闸枢纽和蓄水坝、新建湿地公园、旅游公路等。其中，新建的外环大桥拦河闸枢纽包括拦河钢坝闸和水电站工程。在该项目工程设计中，各专业协同配合，从多个角度积极践行了绿色小水电理念，主要体现在以下4 方面。

2.1 工程总体布局

外环大桥拦河闸枢纽主要功能是形成河道水面景观，兼顾发电功能。拦河闸枢纽正常挡水高度为4.7m，正常蓄水位86.7m，闸址处河道河势平顺，水流条件平稳，河床宽阔，过流能力强，地质条件较好。工程总体布局为垂直水流方向，自左向右并列布置162.6m 长拦河闸及32.5m 长电站厂房。

拦河闸枢纽水电站主要考虑利用拦河闸枢纽的水头发电，电站布置在拦河闸右岸，开发形式为河床式，具体运行方式为：当上游来水小于电站的最大过流能力时，来水通过水轮机发电后直接进入下游河道；当来水量进一步增加时，超过电站最大引用流量的来水可以从闸顶溢流进入下游河道；当闸上水位超过闸顶0.3m 时，逐渐将闸板放倒，河水自由下泄。

电站工程总体布局和开发方式选择中充分考虑了综合利用功能要求，以水体景观功能优先，发电效益为辅，并严格依据绿色小水电理念进行规划设计，具体体现在：

1）电站采用河床式，无调节性能，坝后无减水或脱水河段，对河道生态需水无不利影响；

2）工程自然状态下能维持厂坝间河段的连通性、蜿蜒性以及原真性，对河道形态无不利影响；

3）挡水建筑物为钢坝闸，汛期可以全部放平闸门泄洪，对河道输沙影响很小；

4）工程选址河段不涉及重点保护、珍稀濒危以及开发区域河段特有的水生、陆生生物，对水生和陆生生态影响很小；

5）工程蓄水后形成的水面均位于现有河道范围内，未淹没两岸耕地，不产生新增移民，不会产生移民安置和社会稳定方面的不利影响。

2.2 生态与景观设计

拦河闸枢纽上游隽水河的防洪标准为20a 一遇，河道护坡采用了1∶2 连锁式生态混凝土砌块护坡+草皮护坡结构，在确保防洪安全的同时，既能减少土方开挖，又能满足河道两岸生态景观需求。

教师队伍建设是学校发展的基础，是保证教育教学质量的核心内容。为了满足新华学院跨越式发展的需要，满足培养高素质应用型专业人才的需要，为了改善教师的知识结构和能力结构，信息工程学院正在大力培养精湛的工作，专业化和一体化。新华学院的发展和社会需要一支兼容性和可持续性的高水平“双能”教师队伍。实践教育基地的建设为培养“双能”教师提供了良好的环境。根据我院的需要，要积极派教师到实习基地，企业等生产线进行实际操作，技能培训等工作，在实践中培养教师的实践技能和动手能力。争取每年至少培养1-2名“双能型”教师。

在外环大桥拦河闸枢纽上游左岸布置了面积为9.5hm2的隽水湖湿地公园，充分利用现有河岸带自然形态，缓坡入水，保护自然生境，打造生态型郊野旅游目的地。

河道工程和景观设计中也积极采用了符合绿色小水电要求的设计方案，具体体现在：

1）河岸采用生态护坡，能起到降低水体富营养化、净化水质、改善水生生物栖息环境等效果；

2）充分结合电站库区水面，营造湿地公园景观，结合水深变化种植不同水生植物，塑造湿地生境。

2.3 电站工程设计

在外环大桥拦河闸枢纽水电站工程规模的确定中，采用拦河闸枢纽处长系列逐日流量成果，采取多种方法并经过技术经济比选确定了水电站的装机容量为900kW，年发电量为374.5×104kW·h。

外环大桥拦河闸枢纽水电站尾水位变化范围较大，故采用轴流定浆机组方案，水轮机选用3 台ZDJ6-LH-174 型轴流定桨机组方案，额定效率91.8%，最高效率92.2%，配套发电机型号为SF300-36/2150，发电机效率≥91%。水电站控制系统配备微机调速器、微机保护自动控制器、微机励磁装置等设备。

为分析电站机组规模的合理性，本次计算了水电站节能减排的替代效应和减排效率2 项指标。

替代效应计算公式为：

式中，p 为替代效应，t/kW；W 为水电站年发电量，104kW·h；U为单位千瓦时火电煤耗，g/（kW·h）；C 为水电站设计装机容量，kW。

减排效率计算公式为：

式中，e 为减排效率，kg/m3；W 为水电站年发电量，104kW·h；f为排放因子，采用华中区域电网基准线电量边际排放因子和容量边际排放因子的均值计算；V 为正常蓄水位对应库容，104m3。

2 项指标主要计算参数见表1。

经计算，替代效应p 的指标值为1.29，赋分值为5 分；排效率e 的指标值为1.33，赋分值为3。

表1 替代效应和减排效率计算表

电站工程设计中充分体现了绿色小水电的设计理念，具体体现在：

1）水电站在替代效应和减排效率指标赋分中得8 分（满分10 分），说明电站装机规模合理、水能资源利用效率好；

2）水轮发电机组效率达80%以上，满足规范的要求；

3）调速器和励磁设备采用微机型，自动化程度高；

4）电气设备选用可靠性高、故障率低的安全节能环保型产品；

5）满足无人值班或少人值守的要求，有利于实现信息化管理。

2.4 综合评价

建设绿色小水电工程，从前期规划设计阶段就应深入贯彻绿色小水电的理念。根据设计阶段的主要工作内容并参考绿色小水电评价指标体系中的项目和分值，建立了工程设计阶段绿色小水电评价体系（见表2）。

表2 工程设计阶段绿色小水电评价体系

采用绿色小水电评价指标体系中各项指标的赋分标准，对本工程设计中各项指标满足绿色小水电要求程度进行综合评价，并将各项得分归一化处理后按权重求和，即可得到工程设计阶段绿色小水电符合度指标。经计算，本工程设计阶段成果的绿色小水电符合度为0.97，说明设计成果充分满足绿色小水电要求。

3 结语

发展绿色小水电是新时代小水电建设的必然要求，从设计阶段就积极贯彻绿色小水电理念，既体现了建设绿色小水电的基本内涵，也有助于新建小水电项目顺利通过立项审批。

外环大桥拦河闸枢纽水电站设计方案在工程总体布局、生态与景观设计、电站工程设计等方面均充分践行了绿色小水电的理念，既能充分利用河道水能资源，又减少了对生态环境的不利影响。

建立了工程设计阶段的绿色小水电综合评价体系，评价表明，本工程设计阶段成果的绿色小水电符合度为0.97，该评价体系对其他小水电工程设计项目具有一定的指导和借鉴意义。