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      水電站運行期的最小生態流量控制探討
      2021/12/20 14:33:48    新聞來源:中國水力發電工程學會

          姚福海1   魏永新2

      1國家能源集團金沙江旭龍(奔子欄)水電開發有限公司  四川成都 610041

      2華電集團金沙江上游水電開發有限公司                四川成都 610041

       

      [摘要] 生態優先是我國水電開發必須長期堅持的一個原則。而生態流量控制又是落實生態優先的舉措之一。作者在調研的基礎上提出:某個水電站的最小生態流量控制必須與時俱進,站在流域全局的角度,在原審批意見的基礎上,適時增大,實行動態管理。部分有調節性能的水庫可根據所處的環境特點,增加生態庫容。

      關鍵詞:生態流量、水庫調節性能、最小發電流量、生態庫容。

      1. 引言

      201612月,國家能源局發布了《水電工程生態流量計算規范》(NB/T35091-2016)。該規范對編制大中型水電項目環評報告起到了十分重要的指導作用。按該規范的有關規定,生態流量為各項需水過程同時刻的外包或疊加。其中,計算最小生態流量的水文學法選用比較多。水文學法又分蒙大拿法和7Q10法,前者選擇不同的流量進行評估,后者采用90%保證率最枯連續7天的平均流量作為河段最小流量設計值。

      隨著我國水電建設步伐的加快,特別是水電梯級開發格局基本形成后,大型水庫的調節功能改變了河流枯水期的水文條件。很顯然,大中型水電站最小生態流量控制的界面條件也發生了較大的變化。

      黨的十八大以后,隨著習近平生態文明思想的全面貫徹落實,對江河的最小生態流量控制需要重新思考。下文以金沙江上游部分在建、待建水電項目為例,對水電站運行期最小生態流量的控制進行探討。

      2. 金沙江上游五個已核準或待核準項目生態流量的批復和管理規劃

      2.1金沙江上游水電開發推進情況

      20127月,國家發改委以“改辦能源﹝20122008 號文”的形式,批復了金沙江上游113級水電開發規劃。13座水電站總裝機容量13920MW,多年平均電量642 kW·h。其中,崗托水庫有年調節功能,葉巴灘和拉哇水庫有季調節功能,其余水庫只有日調節功能。

      20117月,原環境保護部在“環審【2011243 號批文”中,將崗托、葉巴灘、拉哇、巴塘、蘇洼龍、旭龍六座水電站列為金沙江上游近期開發工程。截至20212月上旬,六個項目的進展情況是:

      崗托水電站(裝機容量1100MW,總庫容54.11m3,調節庫容32.25m3)正在開展可研設計工作。

      葉巴灘水電站(裝機容量2300MW,總庫容10.8m3,調節庫容5.37m3201611月核準,20193月截流。

      拉哇水電站(裝機容量2000MW,總庫容23.14m3,調節庫容8.24m320191月核準,目前正在進行主體工程施工準備。

      巴塘水電站(裝機容量750MW,總庫容1.42m3,調節庫容0.21m320171月核準,202012月截流。

      蘇洼龍水電站(裝機容量1200MW,總庫容6.38m3,調節庫容0.84m3201511月核準,201711月截流。預計,202110月投產。

      旭龍水電站(裝機容量2400MW,總庫容8.47m3,調節庫容1.26m3)已完成全部核準文件的申報,目前正在進行前期施工準備。

      以上六個項目的投產順序依次是:蘇洼龍、巴塘、葉巴灘、拉哇、旭龍、崗托。

      2.2五個項目的生態流量批復情況

      葉巴灘、拉哇、巴塘、蘇洼龍、旭龍生態流量批復匯總表

      名  稱

      環評批復

      時    間

                   逐月最小生態流量(m3/s

      10 ~2

      3 ~4

      5 ~7

      8~9

      葉巴灘

      2016.04

      132.0

      272.0

      機組正常下泄

      405.0

      拉  哇

      2017.11

      134

      276.0

      機組正常下泄

      411.0


      巴  塘

      2017.03

      138.0

      277.0

      機組正常下泄

      413.0

       

      蘇洼龍

       

      2015.03

      最小下泄生態流量不低于152 m3/s,運行期正常工況下通過機組下泄生態流量,機組停運等情況下通過生態泄水設施下泄生態流量。

      旭  龍

      2020.08

      210.0

      317.0

      280.0

      453.0

      備注:在3到4月、8到9月兩個時段的魚類產卵期,每月與上下游電站聯合開展一次至少持續10天的生態調度。

      2.3五個項目的最小生態流量控制規劃

      葉巴灘水電站采用長尾水布置方案。壩址與廠房尾水出口之間形成 3km 的減水河段,為維持該河段水生生態系統穩定,采用在右岸地下廠房內布置的兩臺生態機組常年下泄不低于 132m3/s 的生態流量,生態機組在系統中常年承擔基荷運行。上游的崗托水庫建成后,葉巴灘水庫由季調節改為日調節運行,其枯水年的最小月平均出庫流量由146 m3/s提高到222 m3/s,但最小生態流量的控制方式不變。

      拉哇水電站在右岸布置了專門的生態放水孔。廠房內布置了4臺機組,單臺機組的額定流量為385.23m3/s,最小發電流量為195.0m3/s。在崗托水庫投入運行前的枯水年,經葉巴灘和自身水庫調節后的最小月均出庫流量為236m3/s(典型日最小出庫流量195.0m3/s ),該最小流量由機組下泄。在崗托水庫投入運行后的枯水年,考慮調峰因素經自身水庫調節后的最小月均出庫流量為360m3/s(典型日最小出庫流量200.0m3/s ),該最小流量也由機組下泄。在全部機組停運后,生態放水孔的最小出庫流量按不小于134 m3/s控制。 

       巴塘水電站也設置了生態放水孔。廠房內布置了3臺機組,單臺機組的額定流量為514.4m3/s,最小發電流量為232m3/s。在葉巴灘和拉哇水庫投入運行前,當入庫流量小于最小發電流量時,按照發電服從生態調度的原則,由生態放水孔或泄水建筑物向下游放水。在葉巴灘和拉哇水庫都投入運行后的枯水年,最小出庫流量為232 m3/s,該最小流量由機組下泄。在全部機組停運后,生態放水孔的最小出庫流量按不小于138 m3/s控制。 

      蘇洼龍水電站設有生態放水孔。廠房內布置了4臺機組,單臺發電機組的額定流量為400.8m3/s,最小發電流量為200.4m3/s。對最小生態流量的控制與巴塘基本相同。

      旭龍水電站在壩身設有生態放水孔。廠房內布置了4臺機組,單臺發電機組的額定流量為466.6m3/s。旭龍水電站是金沙江上游總裝機容量和單臺機容量最大、水頭最高的水電站。其投產時間晚于上游已核準的四個項目,但早于崗托水電站。經分析,上游的葉巴灘和拉哇投入運行后,旭龍水庫的最小入庫旬平均流量可達239.0 m3/s,經自身調節后,枯水年的最小出庫流量可達280 m3/s,該流量為機組額定流量的60%,可滿足機組的穩定運行要求。在上游的崗托水庫投入運行后,旭龍的最小旬平均入庫流量將增大至475m3/s。因此,旭龍水電站在正常運行情況下,最小出庫生態流量可按流量280 m3/s控制。當全部機組因為地震等情況而全部停機時,其最小生態流量(210m3/s)可由生態放水孔或泄水建筑物下泄。

      3. 對大中型水電站最小生態流量控制的進一步探討

      3.1最小生態流量的控制應根據上游水庫的建設情況動態增加

      以上述的金沙江上游為例,崗托、葉巴灘、拉哇三個有年、季調節功能的大型水庫建成后,通過聯合調度,枯水期的水文條件發生了質的變化。對于旭龍、奔子欄水電站而言,相當于汛期的來水量減少了32.25億m3(若崗托投運后,葉巴灘和拉哇按季調節運行,則為45.86億m3 )而枯水期的來水量增加了32.25億m3(若崗托投運后,葉巴灘和拉哇按季調節運行,則為45.86億m3 )。若將崗托枯水期增加的蓄水量均勻的分攤到12月到次年4月,則相當于原天然情況下的月均流量增加了247m3/s。而由NB/T35091-2016確定的最小生態流量主要根據天然情況下的水文條件計算而來。為此,針對水電工程的最小生態流量控制,作者提出以下三個觀點:

      1)上游有大型水庫調節的水電站,其正常運行情況下的最小生態流量應根據變化后的水文條件,結合自身水庫調度運行特點重新進行擬定。政府部門原審批的最小生態流量應作為特殊工況(如發生地震、冰雪等災害后,送出線路中斷,機組全部關機等)下,原規劃時段必須要確保的下游供水流量。

         2)由機組下泄最小生態流量時,應首先滿足機組的運行穩定技術要求。對于高海拔地區的大容量機組,機組的最小發電流量應達到額定容量的50%以上,高水頭機組甚至要達到60%以上。若短時間內的來流量未達到機組的運行穩定要求,則應臨時停止發電,由泄水建筑物下泄生態流量。

      3)在水電梯級開發的河流上,最小生態流量關注的重點部位是引水式水電站的閘首,而非壩式水電站。對于前者,閘首與廠房之間的脫水河段,枯水期下泄的生態流量小于天然狀態下的平均流量。而后者則恰恰相反。

      3.2專用生態放水設施的布置

      在樞紐區布置專用的生態放水孔是政府不同職能部門實施條塊化管理的結果。結合目前生態放水孔布置一刀切的現狀,作者提出以下觀點:

      1)對于壩式水電站,若機組運行穩定所要求的最小過流量能夠滿足下泄最小生態流的量要求,則無需布置專用的生態放水孔。當發生前述的特殊工況時,泄水建筑物完全能夠滿足下泄生態流量的要求。

      2)受開發時序的影響,當上游有調節性能的大型水庫的投運時間滯后于本項目數年時,專用生態放水孔的利用率比較高,則經比較后,可布置專用的生態放水孔。

      3)對于長引水式水電站而言,在閘首布置專用的生態機組或生態放水孔是必須的。對于長尾水式水電站,葉巴灘的經驗值得借鑒。

      3.3生態庫容規劃

      近幾年來,國內部分大型水庫的運行實踐證明,大型水庫除了擁有原規劃的功能外,還有提前騰庫,攔蓄上游大型堰塞體潰決形成的泥石流和洪峰的減災功能。此外,臨時增加下泄流量,解決下游的干旱缺水也是大型水庫的生態功能之一。因此,深入挖掘大型水庫的生態潛力具有現實意義。以旭龍水電站水庫為例,其調節庫容為1.26億m3(對應最大日變幅8m) ,對于日調節電站而言,有一定的富余。若把其中的0.4億m3庫容安排在每年最枯的一個月下泄,則可增加該時段的平均流量約15m3/s。再以金沙江上游最末的一座規劃梯級奔子欄水電站為例,上游的崗托水庫水庫投入運行后,奔子欄水庫枯水年的最小入庫月平均流量約為400m3/s,若在2.1億m3調節庫容內預留1億m3的生態庫容,則考慮電站的調峰因素后,可保證奔子欄建成后的最小出庫流量不小于360m3/s。該流量與天然情況下計算的最小生態流量(234 m3/s)相比,增大了53%,這對提高下游滇中引水工程的取水保證率,改善下游河道的生態條件都有很大的幫助。

      4結論

      根據所在流域大型水庫的建設情況,動態增加水電站的最小出庫生態流量是嚴格遵守《長江保護法》、落實生態優先、實現綠色發展的必然要求。因此,深入挖掘大型水電站水庫的生態潛力,不斷完善梯級水庫的調度技術要求,尋找最優的最小生態流量是一項有現實意義的工作內容。

       

      參考文獻:

      1. 金沙江上游葉巴灘、拉哇、巴塘、蘇洼龍、旭龍環評意見書

      2. 《水電工程生態流量計算規范》(NB/T35091-2016

      3. 水利部關于做好河道生態流量確定和保障工作的指導意見(水資管202067號)

       

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