吴洋 赣州市水利电力勘测设计研究院

1.工程概况

蔡坊水电站地处江西省赣州市安远县蔡坊乡，坝址坐落于贡水二级支流、濂江一级支流大脑河中心潭下游狭谷段，工程开发任务以发电为主。水库坝址集水面积117km2，最大坝高59.7 m，多年平均流量3.23m3/s，水库总库容2654万m3，水库具年调节性能。工程规模属Ⅲ等中型水库，电站建筑物主要由大坝、引水系统、厂房等组成。大坝为混凝土砌石双曲拱坝，溢流坝沿拱坝中心线对称布置，设置弧形钢闸门。引水建筑物由塔式进水口、引水隧洞、调压井、压力钢管和分岔钢管组成，厂房位于坝址下游约6km处。

2.河道内最小生态流量的确定

蔡坊水电站自投入使用后，坝址与厂房间河段形成了6km左右脱水河段。为了更好地进行监测，可使用生态流量这一算方法，并采取工程措施后下泄一定量的生态流量，以减少坝址下游至厂房减水河段对生态环境的影响。

2.1 最小生态流量计算方法

河流最小生态流量计算时，通常采用的方法有：从整体出发来以河流水系为基础，并根据社会效益、生态保护与水资源三方协调发展需求来共同考虑；同时，在河湖生态环境功能与社会服务功能相和谐发展前提下来明确环保目标与选择适行方式。

当前，对于河流生态流量的计算方法有多种，但目前尚无统一的方法和标准，根据工程所处流域自然地理条件，结合长江流域水资源综合规划的要求，长江流域生态基流一般采用90%或95%保证率最枯月平均流量。另据《河湖生态环境需水计算规范》（SL/Z 712—2014）以及《水利水电建设项目水资源论证导则》（SL 525—2011）中对河道生态需水量的规定，维持水生生态系统稳定所需水量所采用的一般方法主要有水文学法、水力学法、组合法等，并推荐了相应的计算标准，如水文学法中的Tennant法。

2.2 不同方法计算所得的生态流量

（1）最枯月平均流量法。该方法以节点长系列（N≥30年）月平均流量为基础，用逐年最枯月进行排频，选择不同频率下的最枯月平均流量作为基本河道最小生态流量的最小值。本工程所需的生态流量根据流域水资源开发利用程度、规模、来水情况等实际情况，选择P=90%保证率最枯月平均流量。根据水库坝址57年长系列逐月径流资料，按最小取样法可求得历年最小月均流量，经排频计算，蔡坊坝址保证率P=90%最枯月均流量为0.78m3/s。

（2）Tennant法。该方法是依据水文资料以年平均流量百分数来描述河道内流量状态，适用于河流进行最初目标管理及战略性管理的方法。一般来说，Tennant法必须要具体分析不同区域、不同需水类型、不同保护对象的水文资料，从而以此为技术来以水生生物不同流量要求来对各季节去确定河段合适的生态流量。

按照蔡坊水库57年长系列逐月径流资料，可计算得坝址多年平均流量为3.23m3/s。坝址下游至厂房河段为峡谷型河段，区间无居民、农业及其它取用水要求，采用“Tennant法”中‘最小基流’档计算河道内最小生态流量，即按多年平均流量的10%，计算得坝址断面河道最小生态流量为0.32m3/s。

2.3 生态流量的选择

根据《河湖生态环境需水计算规范》中对于生态用水计算方法的资料要求和适用范围的确定“最枯月平均流量法”适用于采用的长系列水文资料N≥30年的河流、湖泊等、“Tennant法”适用于长系列水文资料，适用于水量较大的常年性河流。按“最枯月平均流量法”计算得蔡坊坝址下游生态流量为0.78m3/s，按“Tennant法”计算的多年平均天然径流量的10%计算得蔡坊坝址下游生态流量为0.32m3/s。

本工程所处大脑河属小流域，所采用的长系列水文资料大于30年，且蔡坊电站所处的大脑河流域常年来水量丰富，径流深达871mm，选择按“Tennant”法计算0.32m3/s作为蔡坊电站河道内生态流量。目前该方法计算河道生态流量的也是赣州市电站生态流量计算中最为普遍的方法。

3.下泄生态流量改造工程措施

因本工程为已建电站，根据蔡坊电站枢纽布置和下游环境特点，考虑到在已封堵度汛底孔内设置生态流量放水管的措施，施工操作难度大，及在坝顶设虹吸管方案，由于虹吸管受最大真空度限制，取水高度受限，故该两方案不予考虑。结合蔡坊电站实际情况下泄生态流量改造工程措施考虑以下三种方案，各方案具体布置见图1。

图1 方案设计总体平面布置图

方案一：从现有发电引水隧洞明管段取水，新建压力钢管引水下泄生态流量。

方案二：新建“无压支洞+有压钢管”型式引水下泄生态流量。

方案三：大坝坝内开孔后埋钢管下泄生态流量。

4.下泄生态流量工程措施方案比选

方案一需引水至坝下，新建压力引水钢管路线较长且沿岸坡敷设管道施工条件比较差，该方案工程投资较大；方案二取水点位于现有发电隧洞的起始段，引水后对洞内水的流速、水头影响较小，引水管线线路相对较短，且施工相对较容易，投资相对不大，在技术上经济、可行；方案三设置一根直径0.4m圆形放水管，相应的孔口应力由混凝土自身结构承担，而放水管所需承担的是内水压力，负责库水位325～348m范围内的放水任务，其运行最大水头为23m，400mm直径最大工作水头23m的阀门正常使用是有保证的。阀门布置在坝后，其开启及关闭操作为手工或电动均可。缺点为施工期水位需降至死水位，对电站发电损失较大，坝内开孔对拱坝应力略有影响，坝内开孔及埋设钢管后，灌浆处理施工要求非常高。

综合分析比较，方案二较为符合本工程的实际情况。

5.下泄流量保障和管理措施

（1）安装在线流量检测仪及视频监控设施，以实现对下泄流量的实时监控。

（2）以率定该断面水位流量关系为前提，从而进一步确保该坝下河段生态流量≥0.32m3/s。

（3）对生态流量下泄进行管理方面规定，安排相关人员来检测水库蓄水、电站运行期的下泄流量情况，并做好对数据的存储、分析、统计和整理，同时要定期向上级部门上报。

6.结束语

综上所述，本文以蔡坊电站为例，为解决其下游河段减脱水现象、维持该河段原有的河道水生生态环境，提出一些工程措施建议，希望能为相关项目提供参考。