水库生态流量核定及保障措施研究

熊斌梅　李亚俊　刘时城　李强　邓瑞　彭乾乾　钟恒文

摘要：为推动江河湖库生态保护治理，以乌都河英武水库为例开展了生态流量核定及保障措施研究。英武水库作为乌都河干流的龙头水库，是流域内唯一的大型水库，其工程建设运行对下游水生态系统的结构和功能具有显著影响。在分析其坝下河段用水需求的基础上，综合采用水文学Tennant法、水力学R2-Cross 法等生态需水分析方法，结合坝址上下游梯级已批复的生态流量成果，综合研究确定英武水库生态流量以及保障措施。结果表明：按照取外包最大值的原则确定工程初期蓄水期和运行期，每年11月至次年3月下泄生态流量不应低于1.45 m3/s，4～10月下泄生态流量不应低于2.9 m3/s。研究成果可为维持英武水库下游河流形态和基本生态功能、复苏乌都河流域生态环境提供参考。

关键词：生态流量； 保障措施； 90%保证率法； R2-Cross法； 乌都河； 英武水库

中图法分类号：TV213.4 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.04.018

文章编号：1006-0081（2024）04-0111-06

0 引 言

水利水电工程在调节河川径流、合理配置水资源、维系河湖健康生命、复苏河湖生态环境、支撑经济社会高质量发展方面发挥重要作用。近年来，随着生态文明建设和水利高质量发展新要求的提出［1］，水利部高度重视水利水电工程生态流量保障工作，先后印发了四批生态流量目标，制定出台了《关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》《已建水利水电工程生态流量核定与保障先行先试工作方案》等文件，提出要合理核定工程生态流量目标、明确生态流量调度管理措施、强化监测预警和监督管理等要求。水利部、能源局等也印发了SL/Z 479《河湖生态需水评估导则（试行）》、SL/T 712《河湖生态需水计算规范》、NB/T 35091《水电工程生态流量计算规范》等生态流量核算技术规范，规定了水电工程设计、建设和运行管理中有关生态流量计算的方法和要求，为开展水利水电工程生态流量目标核定和保障措施制定工作奠定基础。

本文以乌都河英武水库为研究对象，在分析工程坝下河段用水需求的基础上，综合采用水文学Tennant法、水力学R2-Cross法等生态需水分析方法，结合坝址上下游已建梯级生态流量成果，研究确定英武水库生态流量，提出水库初期蓄水期以及运行期生态流量保障措施。

1 研究区概况

乌都河是珠江流域西江水系北盘江上游右岸的一级支流，位于东经104°37′～104°59′，北纬25°37′～26°08′之间，规划新建水库工程14座，干流自上而下已建成15座梯级电站［2］，规划范围多年平均水资源总量为12.12亿 m3，現状水资源开发利用率 9.7%。流域集水面积1 997 km2，主河道河长106 km，主河道平均坡降11.2‰。乌都河主要支流有风洞河、朱昌河、羊场河、旧营河、乌图河等。

英武水库位于贵州省盘州市英武镇境内，坝址位于乌都河干流上游索桥河段，距下游支流朱昌河汇口230 m，距盘州市中心40 km。水库正常蓄水位1 405 m，多年平均总供水量10 413万m3，开发任务以城乡供水和灌溉为主，兼顾发电，并为巩固区域脱贫攻坚成果创造条件［3］。工程建设内容包括水库枢纽工程和供水灌溉工程，其中水库枢纽工程包括挡水建筑物、泄洪建筑物、供水灌溉引水建筑物、生态发电引水建筑物等，供水灌溉工程包括管道、隧洞、管桥、泵站等。

英武水库坝址下游已建三板桥、黄皮塘、南京桥、草坪头、畔河、乌都河、洞口等共10座梯级电站［4］，总长约57.77 km。英武水库作为乌都河干流的龙头水库，是流域内唯一的大型水库，也是国家2020～2022年加快推进的150项重大水利工程建设项目之一［5］，对流域水资源开发和生态环境保护具有重要作用。乌都河流域水系及英武水库工程位置如图1所示。

2 生态流量保障目标分析

2.1 坝址下游河段用水需求

英武水库坝下用水需求分析范围主要是坝址至下游三板桥电站之间河段。按照SL/T 712《河湖生态环境需水计算规范》、NB/T 35091《水电工程生态流量计算规范》《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）》等规范和技术指南要求，对英武水库坝址下游河段用水需求进行分析。

（1） 工农业生产及生活需水量。乌都河水库下游的英武镇、普安县、盘东经济带及兴中镇均为英武水库供水范围，下游需从乌都河进行引水灌溉的农田已纳入工程受益区，无其他工矿企业取水口，无生活用水取水口；下游电站可利用河水进行发电，其发电量的减少通过电站业主、水行政主管部门和当地县级人民政府协调解决，故不考虑预留下游电站的发电用水。

（2） 维持水生生态系统稳定所需要的水量。在英武水库坝址-南京桥电站坝址之间无大型鱼类集中产卵场和越冬场分布，鱼类种类组成相对简单，优势种鱼类以鲫、泥鳅等为主，也有灰裂腹鱼、泉水鱼、云南光唇鱼、花等土著经济鱼类。要保证这些鱼类正常的生长发育繁殖，必须提供一定的水量，满足鱼类用水需求。

（3） 维持河道水质的最小稀释净化水量。乌都河干流地表水环境功能区为Ⅲ类。乌都河水库坝址下游河段无工矿企业分布，坝下污染负荷均以面源散排污染计入，污染源主要包括农村散排生活污染源、畜禽养殖污染源以及农田径流污染源。水库建成后，坝下河道水量减少，纳污能力降低，为保证建库后坝下河段的水环境质量，需要考虑维持河流水环境功能所需水量。

因此，乌都河下游减水河段的主要用水需求为维持下游河段水生生态系统稳定和维持河流水环境功能用水量。

2.2 坝址下游径流汇入及梯级开发情况

（1） 径流汇入情况。英武水库坝址-南京桥水库回水末端有支流朱昌河汇入，支流汇入对下游流量有一定的补给作用。朱昌河上建有朱昌河水库，距离朱昌河汇入乌都河汇口约1.5 km，1～12月坝址下游流量在0.35～6.9 m3/s之间。

（2） 坝下梯级开发情况。英武水库坝址下游已建三板桥、黄皮塘、南京桥、草坪头、畔河、乌都河、洞口等共计10座梯级电站，电站装机容量在1.5万～70 MW之间，年发电量在1.69～23 483万kW·h，拦水坝无调节性能，河段总长约57.77 km。选取英武水库坝址至三板桥电站之间天然河段作为生态需水调查范围。

3 计算方法及结果

3.1 计算方法

根据《水电水利建设项目河道生态用水、低湿水和适宜设施环境影响评价技术指南（试行）》推荐的维持水生生态系统稳定所需水量计算方法，结合乌都河的河流特征，采用水文学、水力学等方法综合论证下游河段所需的生态需水量。

3.1.1 生态基流

（1） 水文学法核算。分别采用实测最小流量法、90%保证率法［6］对英武水库生态流量进行计算。根据草坪头水文站1959～2018年逐月流量资料分析，最小月流量出现在2008年2月，为0.65 m3/s。以英武水库坝址90%保证率最枯月平均流量作为减水河段基本生态需水量，根据径流系列资料统计，坝址处90%保证率下最枯月均流量为0.95 m3/s，占坝址处多年平均流量的9.8%。

（2） 水力学法。水力学法分为湿周法和R2-Cross法两种。其中，湿周法适用于河床形状稳定的宽浅矩形和抛物线形河道［7］，而所评价河段河道形态变化较大，实测地形数据表明无稳定的湿周流量关系，不适用于本工程。因此，本次采用R2-Cross法计算，此法主要用于小型河流的分析，仅对河宽30.5 m以下的河流适用水力参数标准。

选择英武水库坝址至三板桥电站坝址作为生态需水计算区间，选择英武水库坝址下游断面、坝址下游0.7 km断面（A13）、坝址下游1.7 km断面（A14）、坝址下游2.7 km断面（A15）、坝址下游3.7 km 斷面（A16）、坝址下游4.7 km断面（A17）、坝址下游5.7 km断面（A18）等7个断面作为R2-Cross法的控制断面，7个断面间均无支流汇入，断面位置示意如图2所示。采用河道一维水力模型计算相关水力参数，根据计算结果，当英武水库按坝址处90%最枯月平均流量下泄时，上述坝址下游断面A13、A14断面湿周率均不满足R2-Cross法的标准。当英武水库按坝址处15%多年平均流量下泄时，上述7个断面各断面湿周率、平均水深、流速等均满足R2-Cross法的标准。综上所述，采用R2-Cross法确定的维持水生生态系统基本稳定所需的流量为15%多年平均流量，即1.45 m3/s。

3.1.2 生态需水

（1） 鱼类生态敏感期生态需水。根据现状调查并结合历史资料，乌都河珍稀保护和土著经济鱼类主要包括灰裂腹鱼、泉水鱼、云南光唇鱼和花，这些鱼类产卵期主要集中在4～7月，考虑到鱼类产卵期宜尽量维持基本的水力生境条件，4～7月应提高生态流量下放量，按多年平均流量的30%，即2.9 m3/s进行下放。

（2） 鱼类生态繁殖期生态调度。英武水库下游无集中分布的产卵场、索饵场、越冬场等生态敏感目标，根据水生生态调查成果，乌都河鱼类产卵期主要在4～7月，鱼类产卵繁殖受水温涨落、水文等影响较大。在每年5月主要鱼类繁殖期间择机实施一次生态调度，每次调度时间不低于3 d。峰值流量为21.96 m3/s。采用该流量作为生态调度峰值流量，调度过程为单峰型，总历时3 d，涨峰历时35 h，洪峰持续时间2 h。生态调度起始流量为2.90 m3/s，前36 h每2 h增加1.06 m3/s，至36 h后达到峰值21.96 m3/s，峰值持续2 h后，每2 h减少1.06 m3/s，至36 h后减至2.90 m3/s。

（3） 下放生态流量与鱼类生境需求适宜性分析。根据水生态调查结果，英武水库坝址下游以鲤科鱼类为主。根据相关技术规范推荐的水力参数，以及河段鱼类的体长、食性、繁殖要求、三场分布等生态学习性及鱼类生境原有水力学条件分析，结合相关研究成果，确定了英武水库下游河道水力学参数标准。根据以上计算，在英武水库按坝址处15%多年平均流量下泄时，上述7个断面平均水深均满足鱼类活动所需平均水深、流速等最低要求。综上所述，按非汛期下泄15%多年平均流量（1.45 m3/s）及汛期下泄30%多年平均流量（2.90 m3/s），可以满足鱼类活动及产卵需求。

3.2 生态流量目标核定

综合采用Tennant法、实测最小流量法、90%保证率法、R2-cross法，同时考虑鱼类生态敏感期产卵要求，按照取外包最大值的原则，综合确定非汛期和汛期最低下泄流量分别为1.45 m3/s和2.90 m3/s，分别占坝址多年流量的15%和30%。英武水库坝址生态需水过程见表1。

3.3 生态流量合理性及可达性分析

（1） 生态流量过程合理性。英武水库坝址下游无集中鱼类产卵场，分散分布有适合鱼类产卵的生境，工程最小生态流量为1.45 m3/s，占坝址处多年平均流量的15%。在鱼类产卵期4～7月，下泄生态流量为2.90 m3/s，占坝址处多年平均流量的30%。根据《盘州市小水电清理整改“一站一策”》的整改要求，原位于英武水库坝址的大山电站的核定生态流量为0.708 m3/s，仅为本工程最小生态流量的48.82%，英武水库建成后可以改善坝址断面现状水生生态环境。根据贵州省生态环境厅关于乌都河流域综合规划环评报告书审查意见，梯级开发造成减脱水河段的大坝下泄生态流量不低于坝址断面多年平均流量的10%，英武水库确定的生态流量最小为坝址断面多年平均流量的15%，满足流域环评批复要求。此外，在5月择机实施一次持续不低于3 d的生态调度过程，可进一步减小下泄流量减少对鱼类产卵的影响。在确保按照目标生态流量下泄后，可以基本满足坝下河段水生生态需水要求。

（2） 生态用水满足程度计算。英武水库生态环境流量分别按照15%，30%考虑，生态环境用水需水量为7 524万m3（含生态调度用水）。天然情况下，水库坝址断面生态环境流量按照15%，30%考虑，生态用水满足程度为89.2%，环境用水量为6 890万m3（含生态调度用水）。按照英武水库调度后，生态环境用水保证率90.0%，环境用水量为7 100万m3（含生态调度用水），较天然情况增加210万m3，提高比例0.8%。经计算，英武水库下放生态环境用水占用兴利库容195万m3，占工程兴利库容7 665万m3的2.5%。

4 生态流量保障措施

4.1 初期蓄水期生態流量泄放

英武水库工程初期蓄水期采用导流洞埋设的旁通管、永久生态流量泄放管及生态机组等下泄生态流量。临时生态放水管采用DN800钢管，埋设在导流洞下部，前端穿过闸门井伸入库内，下部穿出导流洞出口至下游河道。生态放水管底板高程1 329.4 m，中心高程为1 329.8 m，前端在下闸前用钢板临时封口，尾部设1道DN800锥形阀。导流洞封堵施工时，将生态放水管前端封口钢板打开，进行生态流量下放1.45 m3/s，同时完成导流洞内封堵体施工，水位至1 370 m高程时，可通过发电取水下放生态流量，方可关闭生态放水管尾部锥形阀。至1 376 m水位时，可运行机组下放生态流量。

导流洞下闸封堵时，水位已达到导流洞底板高程1331.50 m，埋设生态放水管下泄流量已达到2.41 m3/s，满足下放生态流量1.45 m3/s的要求。平水年、偏枯水年初期蓄水期间，枯期为11月至次年3月下放1.45 m3/s生态流量，汛期为4～10月下放2.90 m3/s生态流量。

4.2 运行期生态流量保障

根据英武水库生态流量目标，结合工程任务和功能、水资源调配与管理需求等，制定切实可行的工程生态流量保障措施。

4.2.1 完善生态流量泄放设施

运行期通过生态机组、永久生态流量泄放管等下泄生态流量；同步建设生态流量在线监测系统［8］，将相关监测数据和措施落实，运行的有关数据、影像等接入中控系统。

根据发电机组的运行要求，枯期可采用1 MW机组满负荷运行下放生态流量1.45 m3/s，汛期可采用3.6 MW机组满负荷运行下放生态流量2.90 m3/s。为保证极端特殊情况下生态流量能够正常下放，在小机组进水管设置旁通管，通过旁通阀进行泄流。旁通管采用直径1 000 mm的钢管，并设置控制阀。经计算，水库水位为死水位1 376 m时，生态旁通管的过流能力为7.51 m3/s，大于生态流量2.90 m3/s，故生态取水管的过流能力满足要求。

为监控运行期生态流量的下放，设置生态流量在线监测装置。考虑英武水库下游电站较多，为更大程度减缓其带来不利的生态影响，在运行期需实施生态调度效果监测和评估，根据监测评估结果进一步核定下游各水电站生态流量及泄放过程，相关调度原则应与工程运行调度保持一致，同时应当研究制定流域梯级联合调度方案，建立联合调度机制，落实各方责任，确保生态调度满足要求。

4.2.2 加强水量调度和管理

开展工程生态调度和水库运行方案优化研究，制定初期蓄水期及运行期生态流量下泄及调度方案，并纳入工程运行调度规程。会同地方有关部门，重新核定下游各水电站生态流量及泄放过程，相关调度原则应与本工程运行调度保持一致，并落实有效泄放设施；研究制定流域梯级联合调度方案，建立联合调度机制，压实各方责任，落实生态调度要求，实施生态调度效果监测和评估，根据监测评估结果，必要时对生态调度方案进行调整。

明确英武水库工程生态调度管理要求，将工程生态流量保障纳入工程调度规程、水量调度方案和调度计划［9］。严格双控水资源消耗总量和强度，加强水资源用途管制。对挤占生态用水的工程，应优化调整工程任务功能，压减河道外不合理用水。工程管理单位应将生态流量和最小下泄流量控制指标纳入工程日常运行调度规程，建立生态流量调度机制。

4.2.3 加强生态流量监测

（1） 监测类型和监测方式。生态流量监测以实时流量、在线监测方式为主，通过光纤、宽带或无线网络等方式将数据传输到政府监管平台。水库初期蓄水前，应在坝下建生态流量实时监测系统，并与省环保、水利行政主管部门联网，实时了解蓄水期和运行期坝址下游河道的流量情况，当下泄流量低于要求下泄的生态流量时，及时报警。系统应具有数据远程传输和监控的功能，将实时流量数据传输至集控中心，并结合管理需要将数据同时传输至相关管理部门。

（2） 生态流量监管信息平台。水电站生态泄流设施应同步建立生态泄流监控系统［10］，监控系统包括流量监控设备和数据传输设备。流量监控设备应能实时监测水电站坝（闸）下泄流量，数据传输设备应能将监控数据传输到监控平台。生态泄流监测设备若布置在野外且无外接电源，可采用太阳能或其他供电方式保证监测设备的正常稳定运行。生态泄流监测设备工程施工及设备安装应尽量简单、易于维护，同时应有必要的防护和防雷措施，以防止监测设备损坏或被盗。生态泄流监控系统的数据采集、数据传输等应满足接入省级监管平台的统一要求，确保生态流量数据的真实性、完整性和连续性，为生态流量泄放调度管理和主管部门监督提供支持。

4.2.4 加强生态流量监管

结合工程运行管理单位、调度单位和相关主管部门的责任与权限，明确工程生态流量泄放、监测、调度、监管的责任主体［11］，严格生态流量监督管理。制定工程生态流量常规调度机制，将生态水量纳入年度水量调度计划。加强生态流量日常监督检查，建立和完善生态流量日常监督检查和专项监督检查相结合的监督检查制度。持续开展英武水库生态流量保障状况跟踪评估，以便适时优化调整生态流量目标及调度保障措施。

5 结 语

水利水电工程在维系河湖健康生命、复苏河湖生态环境、支撑经济社会高质量发展方面发挥重要作用。英武水库作为乌都河干流的龙头水库，是流域内唯一的大型水库，其工程建设运行对下游水生态系统的结构和功能具有显著影响。本文综合采用水文学的Tennant法、水力学的R2-Cross法等生态需水分析方法，结合坝址上下游梯级已批复的生态流量成果，研究确定英武水库生态流量，提出水库初期蓄水期以及运行期生态流量保障措施。提出英武水库生态流量核定的方法、过程，以及后续英武水库生态流量保障需与上游水电梯级开展联合调度，对水利部部署开展已建水利水电工程生态流量复核工作具有一定的参考价值。

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［11］彭才喜，程霖，王中敏.孤山航电枢纽生态流量核定及保障措施研究［J］.人民长江，2022，53（增2）：34-37.

（编辑：张 爽）

Research on verification and safeguard measures of ecological discharge

XIONG Binmei1，2，LI Yajun3，LIU Shicheng1，2，LI Qiang1，2，DENG Rui3，PENG Qianqian1，2，ZHONG Hengwen1，2

（1.Ecological Environment Division of Zhongnan Architectural Design Institute，Wuhan 430071，China； 2.Zhongnan Institute of Safety and Environment Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430071，China； 3.Changjiang Water Resources Protection Institute，Wuhan 430051，China）

Abstract： In order to promote the ecological protection and management of rivers，lakes and reservoirs，the ecological flow verification and safeguard measures of Yingwu Reservoir in Wudu River were studied.Yingwu Reservoir，as the leading reservoir of Wudu River main stream，is the only large reservoir in the basin，and its construction and operation have a significant impact on the structure and function of the downstream water ecosystem.On the basis of analyzing the water demand of the lower reach of Yingwu Reservoir dam，ecological water demand analysis methods such as Tennant method of hydrology and R2-Cross method of hydraulics were comprehensively adopted，combined with the approved ecological flow results of the upstream and downstream echelon of the dam site，the ecological discharge and safeguard measures of Yingwu Reservoir were determined by comprehensive study.The results showed that the initial water storage period and operation period of the project were determined according to the principle of outsourcing.The ecological discharge from November to March of each year was not less than 1.45 m3/s，and the ecological discharge from April to October was not less than 2.9 m3/s.The research results can provide a support for maintaining the river form and basic ecological function of the lower reaches of Yingwu Reservoir and reviving the ecological environment of Wudu River basin.

Key words： ecological flow； safeguard measures； 90% guarantee rate method； R2-cross method；Wudu River； Yingwu Reservoir

收稿日期：2023-10-30

基金項目：国家自然科学基金项目（52109005）；水利部重大科技项目（SKS-2022040）

作者简介：熊斌梅，女，硕士，主要从事生物多样性保护、环境咨询工作。E-mail：1014132088@qq.com

通信作者：邓 瑞，男，硕士，主要从事环境影响评价、水资源保护工作。E-mail：2673589462@qq.com