水量计量在水电站生态流量下泄监管中的应用.pdf

四 川 水 利水量计量在水电站生态流量下泄监管中的应用申庆成游姝虹陈 庆(四川省水利科学研究院成都 四川省河湖保护和监管事务中心成都)【摘 要】为确保水电站在运行期间生态流量达标泄放巩固水电站生态流量整改工作成果文章分析整理了四川水电站生态流量泄放措施和监测方式针对主要的生态流量泄放方式提出了 种流量测量改造方案及校准方法可实现对重点河流生态流量精确计量用于解决“河流究竟需要多少水、河流生态保护的对象是什么、不同区域河流水文特征差异明显”等问题实现对水电站生态流量的分类监管促进河流水资源开发与环境保护的协调发展【关键词】水量计量 泄放方式 小水电 现场校准 长效监管 中图分类号:文献标志码:文章编号:()四川小水电数量较多且开发较早修建过程受开发理念、技术条件和监管不到位等原因制约造成一些河流小水电过度开发对河流生态系统造成了严重破坏 按照长江经济带小水电清理整改要求四川近期已完成在运行小水电的清理整改工作和生态系统修复治理按照水电站下泄生态流量整改要求增设了生态流量泄放和监控设施实现了河流的联通、生态修复 但如何构建水电站生态流量长效监管机制如何评估河流生态修复成果优化生态流量泄放过程目标管理实现社会、经济和生态系统协调发展目前没有进一步要求 本课题从水电站生态流量泄放量值溯源方面进行研究提出根据不同生态流量泄放设施技术特点研究布置水量计量标准装置开展水电站生态流量在线校准为水电站生态流量分类监管提供依据为水电站生态流量泄放长效监管提供技术支撑 水电站生态流量泄放要求河湖生态流量是指为了维系河流、湖泊等水生态系统的结构和功能需要保留在河湖内符合水质要求的流量(水量、水位)及其过程 近年来随着河流生态保护理论的逐步发展生态流量计算方法不断丰富目前已经提出了水文学法、水力学法、生境模拟法、整体法四大类计算方法形成两百多种生态流量计算方法 目前水文学法、蒙大拿法、法、保证率法、基本流量法等是比较具有代表性的方法河道生态需水量的计算方法大多都只是从水文数据、水质数据出发偏重于宏观尺度各种方法本身都存在一定的不足之处应通过实地调查和试验相结合逐步完善河流生态需水量计算方法的适用性分析和试验研究建立适合国内不同河流或流域的生态流量的计算方法四川在关于开展全省水电站下泄生态流量问题整改工作的通知中要求“水电站的下泄生态流量不得低于河道天然同期多年平均流量国家级自然保护区内的水电站下泄生态流量不得低于河道天然同期多年平均流量的 省级及以下自然保护区内的水电站下泄生态流量不得低于河道天然同期多年平均流量的”整改实施以来关于水电站生态流量下泄量值多有争议目前多数水电站已经解决放的问题但是对基金项目:四川省财政科研专项项目取水口计量设施检定校准专项研究(项目编号:)申庆成游姝虹陈 庆:水量计量在水电站生态流量下泄监管中的应用 于如何放、放多少如何平衡河流下游最小需水量且不影响水利水电工程正常效益的发挥尚未解决 水电站生态流量泄放和监测方式调查 生生态态流流量量泄泄放放方方式式按照长江经济带小水电清理整改和四川水电站生态流量泄放整改要求水电站生态流量泄放设施改造方案应遵循“因地制宜、安全可靠、技术合理、经济适用”的原则根据水电站工程规模和枢纽布置方式在考虑经济性及安全性上选择合理的泄放设施 本课题对四川境内成都、绵阳和乐山几个水电站较多、类型较丰富地区展开了水电站生态流量下泄调查工作收集整理了水电站经过改造之后生态流量泄放设施现状归类分为如下几种:泄流闸、泄流阀、泄流管、泄流孔、虹吸管、泄流槽、溢流堰、溢流槽、生态机组等 调查结果见表 表 水电站生态流量泄放方式统计泄放类型成都绵阳乐山小计泄流闸泄流阀泄流管泄流孔虹吸管泄流槽溢流堰溢流槽水轮机组生态机组无泄放要求合计 生生态态流流量量测测量量方方式式根据对几个市州的水电站调研结果完成生态流量泄放改造的水电站中 已安装视频监控、流量监测等监控系统并已将监测数据实时上传至省级监控平台只有少数位置较为偏僻、通讯不畅的水电站未能实现在线监测和现地保存视频流量监测数据在已完成生态流量泄放设施改造的水电站中流量监测分为两类:一类为直接通过测量获得主要采用明渠测流和管道测流根据现场分析由于明渠监测断面不规则、流速仪安装不规范、非满管测流、流量计安装不规范和监测方法不完善等原因造成监测数据与实际情况不符、监测精度不高 另一类为通过流量经验公式得到计算值通过泄流孔(管)和阀泄放生态流量的电站上传至监控平台的流量监测数据均为不变的计算值但在阀门开度或管径大小恒定不变的情况下通过生态流量泄放设施下泄的流量大小受水头影响是变化的水头越高压力越大泄放量越大反之越小另一种情况通过生态机组或发电机组泄放生态流量因具有一定的经济效益泄放量能得到较大的保证且流量计算值较为准确 目前经过生态流量下泄整改已基本解决河流减脱水河段断流问题河流生态环境得到了一定程度的修复受限于水电站很难提供符合测量要求的标准量水堰槽和明渠及符合要求的直管道生态流量监测数据真实性得不到保证 典型泄放方式现场计量校准水电工程的建设是为了发挥其社会效益和经济效益如在发电、饮用水源、航运、农田灌溉用水等供给方面产生显性社会经济效益是建设单位主动需求而河流生态流量下泄产生的生态效益是被动需求的隐性效益因此生态流量是否下泄、是否达标下泄与水电站建设的社会经济效益存在矛盾根据调研结果水电站选择闸门、堰槽和泄流孔(管)进行泄流占设施改造 以上本文针对以上几种泄流设施生态流量下泄测量和河流生态修复措施进行了研究提出几种生态改造及流量测量方案明渠堰槽测流结合生态环境用水需求、泄流孔(管)测流结合自动调压进水阀、高坝及长尾水电站安装生态机组、闸门泄流应进行模型试验改造完成既可提高生态流量泄放的保证率又可精确计量生态流量依据量化的生态流量对河流保护目标展开调查和监测用于确定河流生态流量对环境的影响过程指导河流生态修复()明渠堰槽测流校准 明渠流量计一般由量水堰槽、液位计和积算仪组成由于明渠测流设施笨重且不方便拆卸送检只能开展现场校准明渠堰槽泄流设施改造过程中结合沿河群众的生产生活需求、美丽乡村建设和当地生态环境修复建设需求修建标准量水堰槽并预留校准用标准明渠断面利用速度面积法对在线监测明渠堰槽流量计进行现场校准两者的有机结合既解决了水量测量的难题又能实现美丽乡村建设、乡村振兴和共同富裕的社会责任 对于泄放生态流量之 四 川 水 利后仍不能满足用水需求的需采取新增生态跌坎、生态堰坝等一系列水生态修复措施()泄流孔(管)测流校准 利用泄流孔(管)下泄生态流量一般在符合要求的直管且满管段安装电磁流量计、超声波流量计等直接测量瞬时下泄流量 调查过程中发现采用泄流孔(管)、阀测流上传监控平台数据为计算理论值经常会出现泄水孔堵塞、水位降低导致泄放量减少而与实际不符的情况 泄流孔(管)改造过程中进水口采用恒流量自动控制阀实现闸阀随水库(前池)水位变化而自动控制生态流量恒定下泄泄流管排入下游河道过程中预留 倍管径的直管段用于安装外夹式超声波流量计对泄流孔(管)泄放流量进行现场校准()生态机组测流校准 生态机组的引水系统应尽量利用现有设施改造如施工放空隧洞、坝内灌溉管道等设施进行改造也可采用冲沙闸底板穿管、非开挖定向钻孔技术、生态虹吸管等方案新建引水系统 高坝或长尾水电站利用生态机组泄放生态流量既可保证河流充足用水需求又能利用下泄流量发电给运营单位带来经济效益 生态机组发电过程中保持出力稳定通过测定发电机功率和上下游水位差查找水轮机综合特性曲线引入机组综合发电效率根据水力学原理得到发电引用流量 (为引用流量为发电机有功功率 为净水头为发电机组效率 为重力加速度)对生态下泄流量进行间接测量()闸门泄流校准 目前平板闸门主要通过测量闸门前后水位及闸门开度来计算流量且需根据不同流态采用不同的流量计算方法现场校准存在较大困难 根据现场调研结果采用闸孔泄流多为计算理论值坝前水位变化时泄放流量也发生变化且闸门长期小开度泄流产生的振动可使构筑物结构疲劳可能会对坝体结构造成一定的破坏 对于闸孔泄流量复核应进行理论计算复核和实验室模型试验相结合模拟现场水力学特性进行测试研究 加强水电站生态流量长期监管的建议()水电站生态修复完成一段时间之后应进一步研究适应不同河流的生态流量泄放评价办法整体性判断流域水电站生态修复的效果 干超等在分析浙江地区小水电生态流量泄放的现状及存在的问题后总结提出了一种基于三类评价指标的小水电生态流量泄放评价方法及建议用于指导水电站生态流量泄放和监管工作()加强水电站生态流量信息公开调动人民群众参与的积极性在水电站大坝生态流量泄放口位置设置生态流量信息、监督主体和监督电话公示牌并将测量的生态流量瞬时信息在公示牌处进行实时显示便于群众及时发现水电站存在的生态流量问题监管部门可采取有效机制引导和鼓励当地群众主动参与到水电站生态流量监督过程中来()进一步完善水电站生态流量泄放量值的计量设施改造改造中应按照规范设计、建设标准的测流断面或量水堰槽为流量计量提供工作条件 部分流经场镇人口密集地区的水电站在进行生态流量泄放设施改造时应与生态堰坝、亲水河流和生态护岸修复有机结合开展水电工程生态化、景观化改造整合当地水生态、水文化和休闲旅游等资源探索创新发展的新趋势、新业态打造亲水型功能区 助推当地经济社会的发展()目前生态流量监管过程中容易出现一刀切等极端手段但是对于河流究竟需要多少水、河流生态保护的对象是什么、不同区域河流水文特征差异明显并没有关注 通过在典型河流上开展生态流量在线监测技术研究进一步提高生态流量监测精度完善生态流量计量测试技术及方法对生态流量下泄评价标准、生态影响评估指导意见、鱼类资源评估指导意见、生态补偿电价执行标准和生态流量下泄设施管理开展研究根据研究成果完善生态流量监管相关的法律法规使得生态流量监管做到有法可依、有的放矢 结语推动水电站绿色发展建立河流生态流量监测系统修复河流生态系统使水电站建设走上和经济社会发展、环境保护相协调的可持续发展之路 本文通过对水电站生态流量泄放设施改造情况进行调研归纳出 种常用的生态流量泄放设施并根据设施的不同特点提出了改进意见和现场校准方法使其满足流量计量的条件可实现对申庆成游姝虹陈 庆:水量计量在水电站生态流量下泄监管中的应用 重点河流生态流量精确计量监测河流生态变化指导河流生态修复实现对水电站生态流量的分类监管从而实现河流水资源开发与环境保护的协调发展参 考 文 献彭文启.生态流量五个关键问题辨析.中国水利():.尹正杰杨春花许继军.考虑不同生态流量约束的梯级水库生态调度初步研究.水力发电学报():.肖 妮杨安玉周丽娜等.小型水电站生态泄流设施改造研究.中国农村水利水电():.邱兴春郭艳娜.贵州水利工程运行期生态流量下泄过程中存在问题及对策探讨.水利与建筑工程学报():.沈思敏刘树锋关 帅等.新时代广东省小水电可持续发展探讨.中国水利():.余进忠.小水电站生态流量泄放设施改造初探.小水电():.申祖宁张文正姜明梁等.明渠平板闸门过闸流量特性研究.节水灌溉():.干 超肖 妮赵 鑫.小水电站生态流量泄放情况评价研究.小水电():.作者简介:申庆成()男河南安阳人工程师硕士长期从事水利水电施工专业工作(上接第 页)()体型三 /()体型三 /图 底板冲击压强水头分布 结论基于数值模型试验得出以下结论:()通过设置燕尾坎能够使出挑水流获得更好的纵向拉伸 从而增加水舌与消能水体间的接触面积使得水垫塘内水体紊动更剧烈消能更充分从而减小底板冲击压强水头()通过比较溢洪出流水舌形态可知水舌的特征水舌厚度越小水舌与水垫塘接触部分面积越大时消能效果越好()经过流态、消能效果、冲击动压等多种因素综合考虑体型三较优可为相似工程提供参考参 考 文 献崔广涛彭新民杨 敏.反拱型水垫塘 窄河谷大流量高坝泄洪消能工的合理选择.水利水电技术():.胡清义廖仁强郭艳阳等.乌东德水电站泄洪消能设计研究.人民长江():.谢省宗吴一红陈文学.我国高坝泄洪消能新技术的研究和创新.水利学报():.刘沛清李福田.水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征.水利学报():.程文磊杨 庆昌子多.燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用.水利水电技术():.王英奎廖仁强许唯临.高拱坝水垫塘消能的研究进展.水利科技与经济():.沙海飞范丽丽李子祥等.水垫塘动水冲击压力测压管灵敏性分析.水利水运工程学报():.作者简介:李金键()男硕士主要从事水工水力学研究:杨 庆()男副教授、硕导博士主要从事水工水力学研究: