面向流域生态环境保护的小型支流水电站拆除评估研究

2023-09-28彭蓉

河南水利与南水北调 2023年8期

彭蓉

（贵州省大方县水务局，贵州大方 551600）

1 基于生态保护的水电站拆除可行性评估框架搭建

1.1 可行性评估框架的数据收集

河流的流域特征决定了水生物的生长环境及栖息地面积，生长环境多样性越强水生物的数量及种类越丰富。水系连通性有利于生物的繁殖与洄游。河流流量决定着生物生存空间，流速、水位和水温是水生物产卵繁殖的关键影响因素，刺激着生物繁殖也决定着孵化环境。溶解氧、悬浮物等水质评价标准是河流健康与水生物生存环境的重要衡量指标。水生物多样性和流域生态稳定是水生态环境恢复潜力的直接评价指标，分别与评价得分呈正相关与负相关。流域的地形地貌条件也给予了水生物复杂的栖息环境，河床地貌的深潭、浅滩更是水生物生存繁衍基础。小型水电站承担着流域内的供水、供电及灌溉责任，水电站拆除将造成水利工程功能丧失，需根据发电、供水情况及灌溉面积综合评价小型水电站拆除损失。

1.2 可行性评估框架的数据处理

水生态环境恢复潜力评价和小型水电拆除损失评价指标框架表（略），分别计算重要影响因素的评价目标得分。

河流流域特征A 指标的评分计算见式（1），式（1）中，L 表示河流长度，L0、N0分别表示长度指标、支流数量阈值，超过阈值认为河流长度对于生物的生存不存在限制。N 表示支流数目；LC表示连通里程数；α表示权重系数。

水位涨退水波动的计算过程见式（2），式（2）中，TG、TZ分别表示一年内干流、支流有效涨水天数，TAG、TAZ分别表示支流、干流每次涨水持续天数。

水生物多样性的计算方式见式（3），式（3）中，FZ、FG分别表示支流、干流生物种数；FES、F′ES分别表示支流珍稀及特有种生物种数和珍稀及特有种生物种数阈值。

河流弯曲程度计算见式（4），式（4）中，WG表示干流蜿蜒度，WZ表示支流蜿蜒度。

流域生态稳定性计算见式（5），式（5）中，FT表示统计年份内洪灾发生次数，fT表示大型洪灾发生次数。GT表示河岸坍塌、滑坡的次数。

经济损失指标计算见式（6），IZ、IG表示支流、干流建设投资金额。

供电损失的计算见式（7），PZ、PG分别表示支流、干流平均发电量。

其余要素则根据行业专家经验进行评分，最终目标评分与权重系数相乘后求和。当某一项指标得分小于50 分时，评估框架目标得分取最小指标得分数值。

1.3 基于层次分析法的水电站拆除评价模型设计

研究采用层次分析法计算评价指标的权重大小。首先建立递阶层次结构，将研究问题整理成条理化层次化的分析模型，形成目标层、准则层到方案层的递推，准则层定义为Am。然后，采用1-9的数值构建水生态环境恢复潜力评价指标的判断矩阵，矩阵中的元素定义为aij，表示第i 个因素对第j 个因素的比较结果，对比两两因素并按其重要程度进行评级。

对构建的六个判断矩阵计算权重系数，特征向量的计算过程见式（8）。式（8）中，n表示判别矩阵阶数，Wi表示特征向量。

再对特征向量进行归一化处理，如式（9）所示，Wi表示权重系数。

评价者和专家有时不能对因素i、j 做出准确判断，还需对建立的层次进行一致性验证，计算过程见式（10）。式（10）中，CI 表示一致性指标，CR 表示一致性比例，RI 表示随机一次性指标；λmax 表示判别矩阵的最大特征根，n 表示判别矩阵阶数。当CR＜0.1 时，则认为该矩阵一致，结果可用。CR＞0.1时，则认为需通过水利、生态等领域的专家进行重新评估，计算新的aij。

2 大方县赤水河小型水电站拆除实例分析

首先根据层次分析法计算权重得到水生态环境恢复潜力评价指标和小型水电拆除损失评价指标的计算结果；然后，研究仅考虑生态恢复潜力将侧重考虑指标的计算权重增至0.99计算可行性方案，实验结果如图1所示。由图1可见，三岔河、红岩、联办以及东方电站的生态恢复潜力得分较高，均在75分以上，联办电站的生态恢复潜力得分达到了84.10分，评价为恢复潜力较高。其他水电站的潜力评分则处于较低水平，与之对应是这类电站的拆除损失评分较高，在经济、兴利以及防洪减灾等方面的影响较大，供水供电主要覆盖着附近的生产生活用电，最高拆除损失评分三岔河电站达到了91.60分。综合考虑，赤水河流域支流水电站拆除优先顺序为东方、联办、红岩、东田、鱼跳塘、鱼跳塘二级、大山、露布、三岔河电站。