爱河流域农村水电增效扩容改造效益分析

侯铁铮

(辽宁省辽阳水文局， 辽宁 营口 111000)

爱河是鸭绿江支流，发源于辽宁省宽甸满族自治县老木垛岭。爱河上游河段称为牛毛生河，于宽甸县灌水镇纳旧帽山河汇入后始称爱河。爱河流经宽甸满族自治县、凤城市和丹东市振安区，在丹东市振安区的九连城汇入鸭绿江。爱河全长181.95 km，流域面积5 902 km2。牛毛生河(旧帽山河口以上)，河道长48.41 km，多年平均径流总量4.61亿 m3。流域地处辽宁省东部山区，主要为山地，植被较好。

爱河流域多年平均降水量1 021.3 mm。降水量的年际变化大，最多年降水量达1 692.3 mm，最少年降水量仅567.0 mm，相差2倍以上。降雨在年内分配极不均匀，雨量多集中在夏季，6-9月约占全年降水量的77%，其中7、8两月更为集中，占全年57%左右。爱河流域11-3月为结冰期。

爱河(牛毛生河)河道长48.41 km。河道周围地表植物较为单一，水域内生态构成简单，对水源依赖程度相对较低。灌水电站坝址以上流域面积967 km2，多年平均天然径流量14.61 m3/s。电站建于1958年，装机容量409 kw，年设计发电量90万kwh。由于电站是引水式电站，大坝至厂房3.4 km区域内有减脱水河段，其沿线河道两岸阶地现多为农业生态系统和林业生态系统(人工林)，河道附近为半天然草本生态系统，无重要生态敏感区和环境保护目标。爱河(牛毛生河)已建电站现状情况详见表1。

表1 爱河(牛毛生河)已建电站现状情况表

通过灌水电站增效扩容改造，解决电站坝下3.4 km河段减脱水问题。主要采取以下措施：一是在冲沙闸左边墩处新增设一个放水孔，按要求泄放生态流量；二是修建生态堰坝。通过这两项措施可较好修复由于灌水电站造成的减脱水河段，该河段生态将得到全面恢复。

1 改造项目情况

1.1 基本情况

灌水电站始建1958年，1961年投产发电。当时装机容量168 kw，2台84 kw。1989年进行改造新增1台200 kw的发电机组，1991年将1台84 kw的发电机组改造为125 kw的发电机组。现装机容量为409 kw，3台发电机组。设计多年平均发电量90万 kwh，电站库区库容261万 m3。

1.2 改造情况

该电站改造后修复减脱水河段3 400 m。通过在冲沙闸左边墩处设置一放水孔，满足生态流量1.46 m3/s的需要，保证河道生态环境。改造前装机容量409 kw，近3年平均年发电量118万 kwh，水库原库容261万 m3。改造后装机容量2 100 kw，设计多年平均发电量485万 kwh，改造后水库库容增至342万 m3。新增装机容量1 691 kw，新增年设计发电量395万 kwh，新增库容81万 m3。

1.3 主要建设内容

更换3台水轮发电机组，1套自动控制保护设备，3台高压开关柜，4台低压开关柜，2台升压变压器，18孔翻板闸，1座生态堰坝，送出线路2 000 m，加宽浇筑隧洞0.239 km，改造电站厂房面积388 m2。

2 长效机制

2.1 河道生态概况

2.1.1 地表水

地表水监测统计结果分析，各断面监测因子达到《地表水环境质量标准》，据爱河流域2018年各监测断面监测数据的结果，采用综合污染指数法和污染分担率法进行水环境质量评价，其评定结果表明，爱河水质良好，各项污染因子的年平均值全部达到国家Ⅱ类水域标准。

2.1.2 生态环境现状

根据保护区土地利用、植被分布、鸟类分布和人为干扰情况，本工程评价范围内主要为人工植被，包括耕地和人工护堤等，由于人类的长期干扰，评价范围内的鸟类已不多。

2.1.3 景观现状

本工程沿线河道两岸阶地现多为农业生态系统和林业系统(人工林)，河道附近为半天然草本生态系统。

2.2 社会经济现状

灌水镇位于县城西北部。全镇总面积407.5 km，耕地面积2.9万亩，全镇人口31 189人，辖14个村民委员会，142个村民组，2个居委会，27个居民组。2018年，全县地区生产总值152.3亿元，第一产业28.3亿元，第二产业65.9亿元，第三产业58.1亿元，人均国内生产总值3.54万元。

2.3 生态放流

灌水电站开发任务单一，其所在爱河流域区域目前生态状况较为良好，受到人为影响较少。综合选用生态流量计算方法，结合当地实际情况，最终采用流量历史法较为符合现实情况，所以最终灌水电站的生态流量取值1.46 m3/s。

2.4 生态设施

灌水电站的生态设施考虑到拦河建筑物的实际布置以及运行情况综合确定。主要考虑以下三个方案：(1)生态机组，(2)生态基荷，(3)泄水闸孔。

灌水电站为引水式电站，不适合在拦河坝另外设置生态机组，电站设计拦河建筑物水利自动翻板闸与液压翻板闸冲沙闸，其中水力自控翻板闸无法人工操作控制流量，而液压翻板闸虽然可以人工操作，但是流量过大，开度为0.1 m时下泄流量达到了7 m3/s，不适宜作为生态放流设施，所以需额外设置生态放流孔，以保证下游河道生态用水需要。

灌水电站大坝下游1 000 m处有一支沟，流域面积1.25 km2，坝下1 700 m处另有一支沟汇入，流域面积5.6 km2，二条支沟均位于坝下脱水段汇入爱河。

在电站河道底高程为159.5 m处，设置一座生态堰坝，采用固宾笼结构，坝高1 m，可以抬高河道内水位，修复河道生态。

2.5 工程运行期对生态环境的影响

2.5.1 坝下最小放流量分析

生态环境用水是为维持生态与环境功能和进行生态环境建设所需要的最小需水量[1]。依据爱河流域的特点及本次环境质量现状评价结果，爱河流域没有敏感的生态环境保护目标，因此，确定坝下生态环境最小放流量原则为考虑维持河流水体一定自净能力及防止河道断流所需的最小基流量[2-3]。

爱河(牛毛生河)河流坝址处天然多年平均流量14.61 m3/s，经批复的生态流量为1.46 m3/s，坝址处天然来流量小于规定生态流量时，按天然来流量泄放。《宽甸县灌水电站增容扩容工程初步设计报告》采用以下方式确保生态放流，开启放水阀，利用放水孔放流。

2.5.2 下游河段径流变化分析

电站建成后，由于库容较小，没有调蓄能力，对原河道天然径流过程影响较小，坝下存在短期减脱水问题。

2.5.3 土壤环境的影响

工程运行期间，由于电站蓄水，库区水位的升高，使库区周边土壤处于饱和状态，引起低洼地区及山前部分土壤发生沼泽化和次生潜育化，可能造成少量的农业减产。但由于河道电站拦河坝采用翻板闸泄洪，其影响范围将会很小。另外工程诱发地震和库岸滑坡的可能性极小，将不会引起较大土壤环境的破坏。

3 效益分析

3.1 经济效益

3.1.1 直接经济效益

本工程完成后，可避免现有水电设备、设施报废，维持并提高现有发电、输电能力。避免报废减少的发电量。改造后新增年发电量395万 kwh，按现行电价0.33元/ kwh计算，年增发电直接收入130万元。

3.1.2 间接经济效益

该项目实施后可带动建材、机电设备制造的发展，拉动内需，增加农村水电装备制造业的发展，增加农村水电装备制造业和相关行业就业岗位，产生十分明显的间接经济效益，还可以促进当地旅游业的发展。

3.2 生态效益

3.2.1 生态放流

电站改造后，修复减脱水河段3 400 m，新增生态流量放水孔、一座生态堰坝及增设一台流量监测设备，更加保证河道基流流量1.46 m3/s的要求。

生态环境用水是为维持生态与环境功能和进行生态环境建设所需要的最小需水量[4-6]。爱河流域没有敏感的生态环境保护目标，因此，确定坝下生态环境最小放流量原则为考虑维持河流水体一定自净能力及防止河道断流所需的最小基流量。

3.2.2 提供清洁能源

水电是清洁可再生能源，不会产生温室气体二氧化碳和其它有害气体和废物[7-8]。

农村水电增效减排的效益电量替代燃煤火电厂发电，可以产生巨大的减排效益。按照全国2008年燃煤电厂供电标准煤耗为349每千瓦时克。根据《全民节能减排手册》，燃烧1吨标煤向大气排放2.567 t二氧化碳计算，该电站改造后年增395万 kwh，则每年减少燃煤1 378 t，可以少向大气排放3 538 t二氧化碳。

3.2.3 水土流失得到治理

生态保护措施与水土保持措施与主体工程同时设计，同时施工，同时发挥应有的作用。水土保持综合治理不仅可以减少水肥、土层流失，减少泥沙对农田河道的危害，还可以改善区域生态环境质量，促进地区经济发展与沿河两岸生态环境建设。

3.3 社会效益

3.3.1 提高农村基础设施和公共设施

农村水电站是农村重要的基础设施和公共设施，通过实施农村水电增效减排工程，可消除安全隐患，提高可靠性，增强农村水电为“三农”服务的能力，促进新农村建设。

3.3.2 提高农村水电现代化水平

实施农村水电增效减排工程将显著提高农村水电站的现代化水平，提高安全生产的技术保障条件，在保障农村水电站的防洪安全、充分发挥防洪效益的同时，改变农村水电站带病运行的状况。

3.3.3 增加农民收入

实施农村水电增效减排工程可提高灾害性气候条件下或大电网故障解列时的供电保障能力，有效降低农村电价，促进家电下乡。同时通过经营管理创新，使得项目所在地农村集体经济组织和农民直接受益。

3.3.4 带动第三产业的发展

电站改造后，库区新增水库库容81万 m3，增加了库区养殖面积。新增了翻板闸，新建厂房，新换机组，升压站等，增添了一处旅游景点，为当地农民致富提供方便有利条件。

4 结语

电站改造后，库区新增水库库容81万m3，增加了库区养殖面积。新增了翻板闸，新建厂房，新换机组，升压站等，增添了一处旅游景点，为当地农民致富提供方便有利条件。增效扩容改造促进了节能减排，通过农村水电增效扩容改造项目建设，灌水电站进行全面改造扩容，增加了电站持续发展的能力，通过农村水电增效扩容改造，解除工程安全隐患，有效增强了水库防洪能力，提高了水能资源利用率，促进节能减排，保护河流生态环境，还能消除公共隐患，是一项费省效宏、一举多得的民生工程和生态工程。