邱兴春，郭艳娜

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司, 贵州 贵阳 550081)

生态流量是控制河湖水资源开发强度、维持河湖生态功能的重要指标[1]，是河湖保持生态系统良性循环所需的基本水流流量。人类为充分利用水资源在供水、灌溉、航运、发电等方面带来的社会经济效益，水库大坝工程因此迅速发展[2-3]。目前，全球正在运行的水库大坝( 坝高15 m以上)约5万座，规模较小的水库大坝约数百万个[3-4]。不过，水库工程在发挥巨大的社会经济效益的同时，对河流生态环境也产生了不利影响[3，5-6]。至今，人类还不断加大对水资源的开发力度，造成水库大坝下游水文流态、流量的变化，使得自然河流的生态系统发生了明显改变[3,7]，由此引发了河流的生态危机[8-9]。多数研究学者逐渐意识到河流生态流量对河流生态系统的重要性后，河流生态流量问题才开始逐渐受到关注，并成为20世纪以来全球关注的重大热点问题之一[8,10]。随着河流生态系统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200多种生态流量计算方法[11-12]。不过，这些方法都是基于如何计算生态流量的技术方法，对河流生态流量下泄方式方面的研究却鲜有报道,然而生态流量下泄方式却是实现设计生态流量如期下泄至河道的重要环节，是保证河道生态系统功能正常发挥的关键。水库大坝工程开发时，通常需要设计相应的河道生态环境保护措施，如计算下泄生态流量进行生态调度[3,13-15]，但多数运营单位存在追求水库显性利益最大化思想，实际进入坝下河道的生态流量大打折扣，导致河流水环境问题状况日趋严重。

我国水利工程建设如火如荼的今天，水资源利用开发程度及河流生态流量的确定与下放已成为重大研究课题。近年来，环境保护行政主管部门虽然依据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国环境保护法》等法律法规提出了硬性管理要求，且在项目工程环境影响评价文件中都对工程运行以后，生态流量的下泄提出了明确要求,不过，实际情况是大多数水利工程生态流量泄放措施仅考虑了泄放能力——“放多少”的要求，对“怎么放”这一要求考虑明显不足。理论上，生态流量下泄量既要时时维持下游生态平衡的最小需水量，又不能影响水利工程正常效益的发挥。

党的十八大以来， 习近平总书记非常重视生态文明建设，其中在合理分水方面， 把确定生态流量作为水资源管理的一项先决性工作[16-17]。近两年出台的《水利部关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》[18](水资管[2020]67号)、《水利部办公厅关于印发全国重点河湖生态流量确定工作方案的通知》[19](办资管〔2020〕151号)、《水利部办公厅关于做好2021年重点河湖生态流量确定与保障工作的通知》[20](办资管〔2021〕155号)，以及《贵州省水资源保护条例(2021年修订)》[21]等国家政策和法规条例的制订和颁布无不体现了国家当前对河流生态流量下泄与监管的重视，因此，保证生态流量足额下泄方式的研究具有与时俱进的重要意义。

1 贵州水资源及水利工程规划概况

1.1 贵州水资源概况

贵州全省多年平均径流量1 062亿m3，其中长江流域678.0 亿m3，开发利用率10.9%；珠江流域382.0 亿m3，开发利用率4.62%。径流的年内分配极不均匀，汛期水量大且集中，枯水期水量小且平缓；多年平均最大连续4个月占全年径流量的56%～73%，由东向西递减；径流的年际变化相对较小[22]。

1.2 贵州水利工程规划概况

贵州位于我国西南腹地，属于典型的岩溶生态环境，生态环境脆弱。虽然水资源总量丰富，但因局部石漠化较严重，保水蓄水能力较差，因此成为典型的工程型缺水地区。为了提高水利工程对经济社会发展的支撑能力，保障城乡居民生活用水和社会发展用水需求，促进贵州经济社会可持续发展[23]，《贵州省水利建设生态建设石漠化治理综合规划》[24](2010年)提出建设骨干性水库工程432座，其中大型水库4座、中型水库142 座、小Ⅰ型水库222座、小Ⅱ型水库64 座，分布在贵州全省 411条河流上，覆盖全省17.62 万km2国土面积，规划水库总库容106.4 亿m3，占全省年径流量1 062 亿m3的10.02%[22]，因此保证河流生态流量足额下泄的理念融入水利工程规划设计之中是很有必要的。

2 贵州水利工程生态流量下泄方式及特点

2.1 下泄河流生态流量的常用方式

根据水利工程所在河段特征和目前成熟的河流生态流量计算方法，结合《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)》[25](环评函[2006]4号)、《建设项目水资源论证导则》[26](GB/T 35580—2017)、《河湖生态需水评估导则(试行)》[27](SL/Z 479—2010)等有关技术导则的规定，计算河流生态流量后，通过工程设计后安装生态流量泄放设施进行下放。目前贵州在建或已建水利工程运行期的生态流量下泄方式，按照水利工程设计规模进行分类统计，代表性工程及基本情况分别见表1、表2。经贵州下泄生态流量的方式按照生态流量管与放空管、供水管、取水管的接入方式(无发电机组)可分为3种，用发电机组下泄的为1种。

表1 无发电机组下泄生态流量的代表性水库工程及基本情况

表2 发电机组下泄生态流量的代表性水库工程及基本情况

各种生态流量下泄方式的工程设计思路如下：

(1) 用水库放空管下泄。根据水库工程规模及枢纽布置特点，并考虑经济性和大坝安全性，生态流量管与水库放空管共用，水库放空管进口高程布置于水库死水位与水库淤沙高程之间的适宜位置，放空管管径依据水库工程放空的需要而设定，放空管至闸阀室时，在管上设置开关闸阀。当水库需要放空时，控制闸阀全打开，否则，仅调整合适的闸阀开度，下泄环境保护需求的生态流量。

(2) 用叉管接于供水设施上下泄。一般布置于供水管坝面出口适宜位置，其管径大小因工程河段所需生态流量而定，生态流量管上设置流量控制闸阀来调整下泄的生态流量。

(3) 用支管接于取水管上下泄。这一形式是取水钢管自水库取水口引水出坝体后，于闸阀室处分支管接供水管、放空管、生态流量管，闸阀室内布置各管道阀门，主要包括放空管、生态流量管、取水管等设施的工作阀和检修阀，生态流量管设置的工作闸阀用于调整流量下泄的大小。

(4) 用发电机组下泄。此类电站机组不承担调峰任务，水库主要利用汛期弃水和生态流量发电。采取此类下泄生态流量方式的水利工程一般为大中型水库，由于下泄水量较大，为了充分利用水资源，将下泄的生态流量用于发电。当发电机组全部检修时(最不利情况)不发电时，或引水发电流量不能满足河道生态流量需求时，启用备用生态流量管下泄补充。备用生态流量管接于发电机组前的压力引水钢管，引水至下游河道，在生态流量管上设置流量调节阀对下泄的生态流量进行控制。

2.2 生态流量下泄的特点

上述水利工程运行期常采用的4种生态流量下泄方式中，均设有控制闸阀，以保证水库蓄水和生态流量下放。生态流量管上安装闸阀主要目的是在满足国家硬性要求的最低流量下，尽可能少下放，以增加水利工程的显性效益。前3种下泄方式，在管径大小确定的情况下，通过生态流量管下放的具体流量大小，还与水库水位动态变化有关，水库水位高程越高，生态流量管进口处压力越大，进而输入的水量越大，反之，越小。第4种方式，正常情况下，仅与机组发电量的输出大小有关，电量输出越大，下泄的水量越大，反之越小。当机组全检修时(最不利情况)，启用配备的生态流量管设施，此时下泄的水量特点与前3种方式一致。相对来说，第4种下泄方式的生态流量保障程度更为可靠，因为小机组发电能给运营单位带来经济效益，让其能产生积极性，同时也能满足环境保护要求，是能实现双赢的生态流量下泄方式。

从应用范围上来说，前3种下泄方式普遍应用于中小型水利工程，第4种仅能应用于大中型水利工程。

3 生态流量下泄存在的问题

(1) 机械式闸阀开度一定的情况下，下泄的生态流量随水库水位高程而变化。为了保证生态流量管出水满足工程河段所需的最小生态流量，生态流量管管径一般按照水库死水位进行设计。目前这4种河流生态流量下泄方式，从理论上说，技术成熟可靠，均可实现生态流量足额下泄。但在实际操作中，由于水库水位是动态变化的，而生态流量控制阀是机械式非自动的，就存在高水位时，下放的生态流量满足生态需水要求，此时的闸阀开度在水库水位运行至低水位时下泄水量就不能满足要求的情况。但如果以水库死水位时的压力设置闸阀开度，那么当入库水量小于工程河段生态需水量时，或水位高于水库死水位时(水库水位多数时段是高于死水位运行的)，就会影响水库正常蓄水，从而影响水库工程应有功能的发挥。

(2) 运营单位追求显性效益最大化，导致生态流量下泄不足或关闸不泄的现象常有发生。水利工程建设是为了发挥社会效益和经济效益，如在居民饮水、农田灌溉用水等供给方面产生显性社会经济效益，是运营单位主动需求，而河流生态流量下泄产生的生态效益是隐性效益，是被动需求，因此生态流量的时时足量下泄与水库兴利的社会经济效益就存在矛盾。在生态流量下泄的4种方式中，第4种方式相对较为可靠，因为下泄生态流量用于发电可以带来显性经济效益，可一举两得，而前3种方式下泄的生态流量全为隐性的生态效益，是运营单位的被动需求，在目前生态流量下泄监管机制不健全的今天，下泄不足或关闸不泄的现象常有发生。

(3) 由于非人性化机械式闸阀设计，导致生态流量实时足额下泄事实上就难以保证。另外，前3种下泄方式生态流量下泄不足还存在一个非主观原因，就是水库水位是动态变化的，而生态流量管闸阀是机械式非自动的，如欲确保生态流量足额下泄，势必需要实时调整流量闸阀开度，这明显增加了人力物力的投入，而生态效益又是隐形的，是被动需求的，那么长期如此频繁开关的操作模式，运营单位难免有“偷懒”的行为，生态流量时时足额下泄事实上就难以保证，也就是说，从保证生态流量足额下泄的方面来看，除了流量监控管理方面有待进一步完善外，目前的中小型水库工程还存在工程设计缺陷的一面。

4 保障生态流量下泄的对策举措

4.1 加强恒流量自动控制阀在水利工程中的应用研究与应用

加强恒流量自动控制阀在中小型水利工程运行期生态流量下泄方面的研究与应用，实现闸阀随水库水位变化而自动控制生态流量恒定下泄，取消机械式非自动控制阀，可为人性化管理生态流量下泄提供技术保障。

4.2 推动智慧水利平台建设

为了便于下泄生态流量的智能化管理，在生态流量采用合理方法计算确定后，充分运用移动互联网、物联网、监测感知、智能识别、云计算等先进技术，根据水库水位数据计算生态流量管高程处的压力自动调整生态流量管控制闸阀开度，确保生态流量时时足额下泄。

4.3 加强水库调度运行管理

生态用水调度应纳入水库工程运行调度规程[29]，确保生态流量实时能足额下放。

4.4 对已建工程，在水利工程坝下安装实时在线监测和视频监控系统

在水库工程投入运行前，坝下应建设完成生态流量实时监测系统，并与相关监管部门联网，实时了解运行期坝址下游河道的流量情况，当下泄流量低于生态流量设计要求的最低流量时，及时报警。监控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环境保护行政部门和水行政主管部门的有关监控平台[18]，以此对水利工程的生态流量下泄情况实施远程自动监控[30]，对暂时还不能实时监测或视频监视的，运营单位应当保存生态流量连续泄放的图片、视频或监测数据备查，并定期报送至县级水行政主管部门和生态环境主管部门[31]。

4.5 进一步推进纳入河流生态流量保障目标的河流，提升河流生态流量监管能力和水平

2019年底，贵州省完成全省50 km2以上河流的行政控制断面、重要生态敏感区断面、小(二)型以上水库等4 978个断面生态流量目标核定，2020年制定出台了全省重点河湖生态流量确定和保障实施工作方案，确定了43条省级重点河流，明确生态流量目标确定的责任单位和完成时间[32]。《贵州省水利建设生态建设石漠化建设综合规划》(2010年)提出的水利工程规划涉及400余条河流，相对于这些河流来说，目前只是大约10%的河流纳入了生态流量监管。应进一步加大河流生态流量监管的覆盖面，提升河流生态流量监管能力和水平，促进全省河流生态系统持续稳健发展。

5 结 语

河流生态流量是否足额下泄，关系到河流生态系统系统的持续、稳定、健康发展，尤其是水生生物的正常生存与繁衍。本文通过分析现阶段水利工程生态流量下泄方式的可靠性，认为水利工程采取“发电机组+生态流量管”的方式下泄生态流量最为可靠，但基于河流自身来水量及工程规模的原因，仅适用于大中型水利工程。从河流水资源开发水利工程的数量上来说，众多的还是中小型规模水利工程，涉及河流多，范围广，如果生态流量不能足额下泄，甚至关闸不泄，固然对河流生态系统影响最大，故关注中小型水利工程的生态流量是否足额下泄尤为重要。目前颁布的《中华人民共和国长江保护法》[29](2020年)、《水利部关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》[18](水资管〔2020〕67号)，以及《贵州水资源保护条例》[21](2021年)等等，都强调了生态流量的足额下泄，让有关行政主管部门对水利工程生态流量下泄的加强管理有法可依，但工程设计上存在的设计缺陷应尽早完善解决，同时推动智慧水利平台建设，生态流量的足额时时下泄才更加得以保障。为了实现中小型水利工程运行期能实时足额下泄生态流量，且方便管理，恒流量自动控制阀在水利工程中的应用与研究是未来发展方向，完善管理部门的监控平台和工程河段在线监测和视频监控系统、加强水库运行管理等方面是重要管理手段，再以有关生态流量下泄的现行法律法规为抓手，可保障水利工程河段生态系统持续稳定健康发展，维持河流生态系统良性循环，从而实现河流水资源开发与环境保护的协调发展。