基于河道生态基流保障的水电站引水流量增加幅度分析

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 年份
图 1 莺落峡水文站长系列
年平均径流流量过程线及趋势线
表 1 年内不同时期河道平均生态基流
月份
12
3
4
5
6
Qp 法（95%）
7.8 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
71 年月平均流量 10.6 11.7 14.5 23.2 37.2 67.4
Tennant 法（10%） 1.1 1.2 1.4 2.3 3.7 6.7
结合图 1 分析，长系列年平均径流流量均值 52.2 m3/s，径流流量呈现缓慢的增大趋势，特别是 2003 年至 2014 年 12 年径流流量均位于均值以上， 这与近年来实际运行中的来水流量一致。随着径 流变化及水量的增加，特别是汛期水量未充分利 用，造成水资源浪费。 3 河道生态基流保障 3.1 河流生态需水流量计算
1 工程概况 张掖黑河二龙山水电站工程是黑河大峡谷水
能规划开发的第四座梯级电站，距张掖市区 120 km，采用直接衔接上游三道湾厂房尾水的串联式引 水式开发方式，主要由进水前池、引水隧洞、厂房及 升压站等建筑物组成，设计引水流量 98 m3/s，总容 量 50.5 MW，年设计发电量 1.74 亿 kW·h，电站于 2004 年 11 月开工建设，2007 年 9 月并网发电正式投 入运行。电站自投产运行以来，受上游三道湾水电 站影响，一方面在三道湾电站机组停机检修时造成 二龙山水电站缺水停机，发电生产受到严重影响； 二是在丰水期特别是主汛期大量弃水，水量未能充 分利用，造成水能资源浪费。 2 径流变化分析 2.1 径流特性
河道基流量是指维持河床基本形态，保障河道 输水能力，防止河道断流、保持水体一定的自净能 力的最小流量，是维系河流的最基本环境功能不受 破坏，必须在河道中常年流动着的最小水量值,也是 用来维持河湖沼泽等地表水体自然和生态环境功 能需要保留在河道内的水量[2]。目前，确定基本生 态需水量的方法，有按最小值、年内不同时段值和 全年值三种方法[3，4]，并结合所在河流的水文系列资 料长短、流域水文特征及水资源状况等情况选用选 用 Tennant 法、Qp 法进行估算，同时与祁连山自然保 护区水电站下泄流量一并考虑。
卢小波 1，吕生玺 1，胡斌超 1，张晓明 1，朱 磊 2
（1. 甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000；
2. 甘肃黑河水电实业投资有限责任公司，甘肃 张掖 734000）
摘要：二龙山水电站是黑河水能梯级规划的第 4 座梯级电站，采用直接衔接上游三道湾厂房尾水的串联式开发方式。 莺落峡水文站长系列径流观测资料显示，黑河径流成增加趋势，电站在丰水期，特别是主汛期大量弃水，造成水能资 源浪费。为提高水电站水能利用效率，亟待进行提质增效。因此，在保障河流生态基流的基础上进行水电站引水流 量增加幅度分析是非常必要的。本文通过统计分析长系列水文观测资料，在径流变化趋势分析、河道生态流量分析 计算的基础上，进行了电站引水流量增加幅度分析，分析结果显示，二龙山电站可增加的引水流量区间为 0.8～47.8 m3/s，增加幅度 0.7%～30.4%。在设计引水流量 98 m3/s 的基础上，可增加的幅度为 7.15%，增加引水流量 7 m3/s，引水流 量增加后，有功负荷增加至 51.5 MW，电站日增加有功发电量 4.8 万 kW·h，年增加发电效益 55 万元。 关键词：径流变化；生态基流保障；引水流量；增加幅度 中图分类号：X171；TV213.4 文献标志码：B 文章编号：2095-0144（2019）08-0018-04
黑河径流主要来源于黑河干流莺落峡以上流 域，由祁连山山区降水和融冰化雪混合补给，以降 水补给为主。由于冰川融水补给对降水径流起着 补偿调解作用，径流年际变化不大，据莺落峡站年 径流资料反映，黑河上游流域最大与最小年径流量 比值为 1.95 倍。径流受降水和气温的影响，在年内
分配很不均匀，与降水的年内分配特性相应，绝大 部分径流集中在汛期 6-9 月。4-5 月为春汛期，虽 然降水不多，但由于气温逐渐升高，上游山区冰雪 融化补给河流，河流径流量逐渐上涨，其量占年水 量的 11.69%；6-9 月为河流主汛期，径流主要由降水 补给，其量占年水量的 68.2%，全年的最大洪水皆发 生于此期间；10-11 月降水减少，为河流的退水期， 径流呈递减趋势，其水量占年水量的 10.48%；12 月 至次年 3 月为冬季枯水期，径流主要由地下水补给， 全年的最小流量即发生在这一时期的 1-2 月间，而 且这个时期是河流的结冰、流凌和封冻季节，由于 河流结冰的影响，这一时期的水量有一部分在河槽 内结为冰块储存起来，到第二年春天才化为径流， 这一时期的水量占年水量的 9.63%。 2.2 径流变化趋势分析[1]
70
用多年平均径流量的 10%～20%计算，二龙山多年
平均流量为 43.8 m3/s 情况下，河道内生态基流流量
60
为 4.38～8.76 m3/s，平均值为 6.57 m3/s。年内不同时
50
期ห้องสมุดไป่ตู้道平均生态基流见表 1、图 2。
40
30
20 1940
年平均流量过程线 年平均流量趋势线
年平均流量均值 y=0.123 8x-192.92 R2=0.095 7
根据黑河莺落峡水文站 1944 至 2014 年 71 年 的实测径流系列资料分析计算，用矩法估算参数， 采 用 P-Ⅲ 型 曲 线 适 线 ，得 到 莺 落 峡 站 径 流 参 数 为 ：年 平 均 径 流 量 均 值 为 52.2 m3/s，Cv=0.16，Cs= 2Cv 。 长 系 列 年 平 均 径 流 流 量 过 程 线 及 趋 势 线 见 图 1。
第 55 卷 第 8 期 2019 年 8 月
甘肃水利水电技术
GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY
Vol.55，No.8 Aug.，2019
DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2019.08.005
基于河道生态基流保障的水电站引水流量增加幅度分析
收稿日期：2019-07-12 作者简介：卢小波（1978-），男，甘肃通渭人，高级工程师，主要从事水利水电工程规划与设计，E-mail：2477225671@qq.com。
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年平均流量/（m3/s）
第8期
卢小波，等：基于河道生态基流保障的水电站引水流量增加幅度分析
第 55 卷
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系列资料并采用水文比拟法进行计算，生态流量采