梯级水电开发中最小生态流量的研究——以宝兴河为例

２０１６年第４期　环境与可持续发展　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　Ｎｏ．４，２０１６　

梯级水电开发中最小生态流量的研究　——以宝兴河为例　陈忱　卞华锋。黄勇　李鑫　（１．环境保护部环境工程评估中心，北京１０００１２；２．中日友好环境保护中心，北京１０００２９；　３．长安大学，西安４３００７０）　

【摘要】河流梯级水电开发对河道生态环境造成一定影响，为保证河道基本生态环境用水需要，须保证河道最小下泄　流量。在宝兴河流域河段上的硗碛电站、宝兴电站、小关子电站、铜头电站布置ｌ４个代表断面．利用ＭＩＫＥ软件进　行断面形状绘制及相关水力生境参数计算，建立河道断面湿周与流量关系曲线，估算推荐最小生态流量。并通过　Ｔｅｎｎａｎｔ法、生态水力学法和湿周法三种方法的分析对比，结果表明：①宝兴河梯级电站引水式开发对生态流量的　影响，表现为枯水期入库流量增加，丰水期入库流量减少，平水期则相差不大；②硗碛、宝兴、小关子、铜头电站　分别下泄２．３９ｍ　／ｓ、３．８９ｍ　／ｓ、８．９１ｍ　／ｓ和９．８６ｍ　／ｓ生态流量，可保证下游生态系统的稳定　【关键词】宝兴河；梯级水电站开发；ＭＩＫＥ；最小生态流量；生态环境　中图分类号：Ｘ２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—２８８Ｘ（２０１６）０４—００６３—０４　

１引言　２材料与方法　河流梯级电站的开发将为当地带来显著的经济和社　会效益。但是．其在施工建设和运行发电等时期会对下　游河流生态造成影响，而且这种影响是流域性的｜Ｉ］。水　电工程改变了河流的天然属性［２　３，对河流从上游到下游　都产生了各种不同程度的影响，导致河道形状的改变．　河流连续体中断。植被退化［３］，生态系统结构破碎化　等＿４］。尤其是梯级引水式水电开发造成下游局部河段断　流，为保障工程所在流域的生态环境不受影响，拟定下　泄的生态流量，即为最小生态流量，协调水资源与社会　经济发展及生态环境保护之间的矛盾ｌ４］。为维持宝兴河　干流减水条件下的河流生命健康及基本环境功能。各梯　级电站必须下泄适宜的生态流量，以满足河流基本的生　态环境需水要求。国内外常用４类计算方法。确定河道　内生态需水量ｌ５］：（ａ）水文指标法（Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｉｎｄｅｘ　Ｍｅｔｈｏｄｓ）；（ｂ）水力学法（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｍｅｔｈｏｄｓ）；（Ｃ）栖息　地法（Ｈａｂｉｔａｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ）；（ｄ）整体分析法（Ｈｏｌｉｓｔｉｃ　Ｍｅｔｈｏｄｓ）。不同的河流的地形地貌、生物多样性以及开　发情况不同，其所需的最小生态需水量亦不同。因此研　究流域生态需水量及生态环境影响减缓措施，可以更好　的保护流域的生态环境。　本文通过对宝兴河流域监测和实地调查，分析梯级　水电开发对流域水环境的影响。确定流域生态需水量，　从而为宝兴河流域管理和环境保护提供依据。　２．１流域概况　宝兴河位于四川盆地西部边缘．发源于夹金山南　麓，上游紧靠阿坝高原，为崛江水系青衣江上游主源。　地理位置在东经１０２。３６　～１０３ｏ　１４　．北纬３０ｏ０２　３０￣　５７　，全长１４２ｋｍ，流域面积３３２１ｋｍ　，天然落差３６０５　米，河道平均比降２５５％￣ｌ６］，水电开发条件十分优越。　宝兴河流域梯级电站共规划为“一库八级”，总装　机１０１５ＭＷ，“一库”即硗碛龙头水库，八个梯级电站　从上至下依次为：硗碛、民治、宝兴、小关子、铜头、　灵关河、飞仙关和雨城水电站．目前宝兴河段已建成硗　碛、宝兴、小关子、铜头、雨城５座水电站　］。　２．２水文监测断面设置　为进行水深、流速、流量、过水断面参数等的测　定，沿宝兴河从上游硗碛电站至下游铜头电站共布设　１４个监测断面，断面布设位置见表１。　２．３最小生态流量计算方法　根据《关于印发＜水电水利建设项目河道生态用　水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）＞　的函》（环评函［２００６］４号），维持水生生态系统稳定　所需水量的计算方法主要有水文学法、水力学法、组合　法、生境模拟法、综合法和生态水利学法＿８］。其中：组　合法需要建立生物数据和环境条件的关系来判断生物对　流量需求和变化的影响；生境模拟法需要用大量详细的　

作者简介：陈忱，高工，主要从事生态环境影响评价研究　通讯作者：卞华锋，工程师，主要从事环境影响评价咨询及研究工作　引用文献格式：陈忱等．梯级水电开发中最小生态流量的研究［Ｊ］．环境与可持续发展，２０１６。４１（４）：６３—６６　·６４·　环境与可持续发展　２０１６年第４期　流量、河道水力学和生物特征等信息，且该方法本身操　作比较复杂：综合法需要从系统的角度分析生态与环境　的关系。研究周期较长。这三种方法在实际应用中常受　到限制，较难实现。　表１宝兴河研究河段横断面设置表　电站　断面　断面　距起点断面　断面间　名称　编号　名称　距离（ｋｍ）　距离（ｋｍ）　ｌ　２１　０　０　２　２０　６．８４　６．８４　硗碛电站　３　１９＃　１１．７９　４．９５　４　１８＃　ｌ７．３５　５．５６　５　１４　０　０　６　１３　３．７７　３．７７　宝兴电站　７　１２＃　７．３６　３．５９　８　１１　１ｌ｜５７　４．２１　９　ｌ０　１７．６４　６．０７　１０　９＃　０　０　小关子电站　１１　８　２．３８　２．３８　１２　７＃　８．Ｏ３　５．６５　１３　４＃　０　０　铜头电站　１４　３　４．６Ｏ　４．６０Ｉ＿１．　图１宝兴河研究河段横断面设置　综合工程所在地环境状况、资料获取及研究周期情　况，本次宝兴河梯级电站生态流量值复核采用水文学法　中的Ｔｅｎｎａｎｔ法、生态水力学法、水力学法中的湿周法　进行比较计算、分析。　（１）水文学法（Ｔｅｎｎａｎｔ法）。Ｔｅｎｎａｎｔ法以预先确定　的年平均流量百分数作为河流推荐流量，比较适合河流　进行最初的目标管理和河流的战略性管理。采用　Ｔｅｎｎａｎｔ法计算时．各梯级电站按照最小生态流量不小　于多年平均流量１０％的标准计算，考虑下游生态用水及　景观用水需要，按多年平均流量１０％、１５％、２０％、　３０％的标准计算。一般研究认为，当枯水期河流基流为　多年平均流量的２０％时。可保护鱼类、野生动物、生态　景观处于良好状态，基流量为多年平均流量的３０％时，　可达到水生生物生长的满意流量。　（２）生态水力学法。生态水力学法是指通过水生生　物适应的水力生境参数确定合适的流量［９］。该方法假设　水深、流速、水面宽、湿周、过水断面的面积、水面面　积以及水温是流量变化对物种数量与分布造成影响的主　要水力生境参数［８　。　本次调查研究过程中，对宝兴河干流自上游硗碛梯　级至下游铜头梯级共计４７６ｋｍ的减水河段．布设了１４个　典型断面进行各断面的水力生境参数计算。计算的流量　条件分别是：多年平均流量的１０％、１５％、２０％、３０％，　以及枯水期多年平均流量。计算的水力生境参数包括最　大水深、平均水深、水面宽度、平均流速、过水断面、　湿周、湿周率、水面面积等。应用ＭＩＫＥ１１软件进行研　究河段纵向一维水力计算，计算结果参照“指南”的标　准进行分析判别，从而推算满足标准的最小流量。　（３）湿周法。湿周法采用湿周作为栖息地的质量指　标，绘制临界栖息地区域湿周与流量的关系曲线。根据　湿周流量关系中的转折点确定河道推荐流量值。　

３结果与分析　３．１水文学法（Ｔｅｎｎａｎｔ法）　根据宝兴河流域各电站坝址处多年平均流量。利用　ｔｅｎｎａｎｔ方法可以得到多年平均流量１０％、１５％、２０％、　３０％的标准计算值，见表２。　表２宝兴河梯级电站Ｔｅｎｎａｎｔ法计算生态流量（ｍ。／ｓ）　

坝址处多年　比例　电站　平均流量　ｌＯ％　１５％　２Ｏ％　３０％　硗碛　２３．９　２．３９　３．５９　４．７８　７．１７　宝兴　３８．９　３．８９　５．８４　７．７８　１１．６７　小关子　８９．１　８．９１　１３．３７　ｌ７．８２　２６．７３　铜头　９８．６　９．８６　１４．７９　１９．７２　２９．５８　

３．２生态水力学法　应用ＭＩＫＥ１１软件进行研究河段纵向一维水力计算．　即对硗碛电站（２１　、２０＃、１９　、１８　）、宝兴电站（１４　、　１３　、１２　、１１　、１０　）、小关子电站（９　、８　、７　）、铜头　电站（　、３　）各电站处所布设的１４个代表断面进行水力　计算，由于篇幅有限，没有展示断面形状图。　由断面形状图，可获取断面处水深、水面宽度、湿　周、断面面积等水力学参数．并根据得到的结果参照　“指南”标准进行不同流量下各水力参数沿程变化分　析。硗碛、宝兴、小关子、铜头梯级坝址下泄不同流量　时最大水深、平均水深、流速、湿周等水力参数沿程变　化因篇幅有限省略。　运用生态水力学法进行比较计算、分析。结果参照　“指南”的标准进行分析判别，见表３。从表中可以看　出．宝兴河各梯级电站下泄生态流量在大部分工况下　（除小关子电站和铜头电站的枯水期多年平均流量工　陈忱等：梯级水电开发中最小生态流量的研究　·６５·　况），过水断面面积和水面宽度两个指标都无法满足最　低标准要求。这可能由于本次研究宝兴河为山区河流，　河道坡降较大，断面深切，水深和流速则相对较大。从　表中可以看到，平均水深、最大水深、平均流速都远远　超过了标准要求。因此，考虑不将过水断面面积和水面　宽度纳入指标体系。　在不考虑过水断面面积和水面宽度两个指标的前提　下，各梯级电站满足水力生境指标中最大水深、平均水　深、平均速度、水面面积、湿周率等其他指标的最低标　准及累计河段长度比例要求的最小下泄生态流量值均为　３１　２９　２７　２ｌ　３Ｏ　２８　星２６　瞳２４　矧２２　２０　１８　各电站坝址处多年平均流量的１０％。即硗碛电站下泄　２．３９ｍ　／ｓ，宝兴电站下泄３．８９ｍ　／ｓ．小关子电站下泄　８．９１ｍ　／ｓ。铜头电站下泄９．８６ｍ　／ｓ．可满足各电站下游　减水河段生态的最低需求。　３．３水力学法（湿周法）　本次研究选取了４个断面作为典型断面．采取湿周　法进行生态流量分析。４个断面分别为硗碛电站减水河　段断面１９　．宝兴电站减水河段断面１２　，小关子电站减　水河段断面８　和铜头电站减水河段断面３　。通过　ＭＩＫＥ１１计算，建立流量～湿周关系，见图２。　

３２　口２７　

捌２２　ｌ７　４　９　１４　１９　２４　５　１５　２５　３５　

流量（ｍ　／ｓ）　流量（ｍ３／ｓ）　

图２典型断面湿周　０　２０　４Ｏ　６Ｏ　８０　１００　流量（ｍ　／ｓ）　一流量关系曲线　

１８　赠　１　０　２Ｏ　４０　６０　８０　ｌ０Ｏ　流量（ｍ　／ｓ）　

表３宝兴河梯级电站减水河段水力生境参数标准及达标情况分析表　最大　平均　平均　水面　过水断　水域水　电站名　生境参数指标　湿周率　水温　水深　水深　速度　宽度　面面积　面面积