[摘要] 水能資源是一種共享資源，保護天然河流和水資源是人類共同的責(zé)任，對出于商業(yè)和經(jīng)濟的一些目的，人們開發(fā)水能資源，可能會導(dǎo)致天然河流及附近地區(qū)水環(huán)境惡化。人類在發(fā)展社會經(jīng)濟的同時，不能以犧牲環(huán)境為代價，要注意對天然河流水資源開發(fā)中的水環(huán)境問題，改善水環(huán)境任重道遠。本文根據(jù)河流生態(tài)環(huán)境需水量的概念，針對廣西河流的特點，利用實際項目設(shè)計資料，分析了項目下游河流最小生態(tài)流量，并提出廣西水電站生態(tài)流量的確定方法。

　　　[關(guān)鍵詞] 水電站；設(shè)計審批; 最小生態(tài)流量

　　　1 河流最小生態(tài)流量的概念

　　　生態(tài)需水量應(yīng)該是特定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)需水量的總稱，包括生物體自身的需水量和生物體賴以生存的環(huán)境需水量，生態(tài)需水量實質(zhì)上就是維持生態(tài)系統(tǒng)生物群落和棲息環(huán)境動態(tài)穩(wěn)定所需的用水量。由中國工程院組織、43位院士和近300位院外專家參加完成的《21世紀(jì)中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》認(rèn)為：廣義的生態(tài)環(huán)境用水，是指“維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需用的水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等，都是生態(tài)環(huán)境用水”。“狹義的生態(tài)環(huán)境用水是指為維護生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐漸改善所需要消耗的水資源總量”。狹義的“生態(tài)環(huán)境用水計算的區(qū)域應(yīng)當(dāng)是水資源供需矛盾突出以及生態(tài)環(huán)境相對脆弱和問題嚴(yán)重的干旱、半干旱和季節(jié)性干旱的半濕潤區(qū)”。狹義的生態(tài)環(huán)境用水主要包括“保護和恢復(fù)內(nèi)陸河流下游的天然植被及生態(tài)環(huán)境；水土保持及水保范圍之外的林草植被建設(shè)；維持河流水沙平衡及濕地、水域等生態(tài)環(huán)境的基流；回補黃淮海平原及其他地方的超采地下水”等方面。

　　　在美國，環(huán)境用水系指服務(wù)于魚類和野生動物、娛樂及其他美學(xué)價值類的水資源需求。主要包括：1、聯(lián)邦和州確定的自然和景觀河流的基本流量。2、河道內(nèi)用水：指用于航運、娛樂、漁類和野生動物保護以及景觀等美學(xué)價值等的用水。3、濕地需水：主要指濕地保護區(qū)的需水包括咸水濕地、微鹽沼澤和淡水濕地的需水。4、海灣和三角洲的流量：為保持和控制海灣和三角洲的環(huán)境包括咸度、入海流量而規(guī)定的需水量[1]。

　　　目前，關(guān)于河流最小生態(tài)環(huán)境需水量的研究尚不充分。在有限的研究成果中，河流水污染防治用水臨界值可用以水質(zhì)目標(biāo)為約束的方法求得，或按照簡單的十年最枯月平均流量法估算。前者需要知道上游來流中的污染物濃度、河段內(nèi)污染物產(chǎn)生量、河段內(nèi)污染物治理程度、河段內(nèi)污廢水資源化程度、河段內(nèi)城市污廢水產(chǎn)生總量和污染物削減等詳細信息，在不易獲得準(zhǔn)確信息時可以近似采用后一種方法。河流生態(tài)用水因河流本身就是其中生物體不能完全脫離的生活環(huán)境，所以許多情況下都避開生物體自身需水的問題而直接尋求滿足一定數(shù)量和質(zhì)量生物體生存的河流水量，有關(guān)的方法如濕周法、R2CROSS法和河道內(nèi)流量增加法等。在資料短缺的情況下，可以對最小河流生態(tài)用水進行規(guī)定，如法國規(guī)定最小河流生態(tài)用水流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10。對多年平均流量大于80m3/s的河流，最低流量的下限也不得低于多年平均流量的1/20。

　　　2 河流水能利用與生態(tài)環(huán)境用水

　　　河流系統(tǒng)是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一。河流系統(tǒng)具有多種功能，通常受到關(guān)注的主要有輸水、輸沙、泄洪、防污、景觀、航運、生態(tài)等功能。在不同的區(qū)域和不同的階段，為了維持河流系統(tǒng)功能的健康和滿足河流系統(tǒng)水資源開發(fā)利用的不同目的，必然會提出水資源利用的具體模式。然而，為了使河流水資源能夠得到可持續(xù)的利用，必須考慮生態(tài)環(huán)境用水的需求，從而也就提出了河流生態(tài)環(huán)境需水量的概念。

　　　河流生態(tài)環(huán)境需水量是在特定時間和空間為滿足特定服務(wù)目標(biāo)的變量，它是能夠在特定水平下滿足河流系統(tǒng)諸項功能所需水量的總稱。一方面，河流生態(tài)環(huán)境需水量可以隨時間和空間變化，表現(xiàn)出動態(tài)變化的特征；另一方面，河流生態(tài)環(huán)境需水量具有協(xié)調(diào)各項河流基本功能的內(nèi)涵，表現(xiàn)出在特定時空單元內(nèi)最大限度地滿足河流主要功能的優(yōu)先選擇性。河流生態(tài)環(huán)境需水量的動態(tài)配置必須有利于單位水資源的生態(tài)環(huán)境服務(wù)最大化。1997年，聯(lián)合國大會雖然通過了《國際水域非航海使用法條款》，但同樣沒有指出河流生態(tài)環(huán)境需水量的考量方法。

　　　河流系統(tǒng)與人類活動的關(guān)系非常密切，世界各國都通過不同的法律和管理手段來保證對河流系統(tǒng)中水能的合理開發(fā)和利用。在美國，擁有河流水資源管理權(quán)的46個州中就有11個州制定了明確的法規(guī)和條例，用以指導(dǎo)水能的利用和河流生態(tài)環(huán)境的保護。在法國，通過1992年頒布的水法來保證水資源的統(tǒng)一管理和水環(huán)境保護，明確將河流最小生態(tài)需水放在了僅次于飲用水的優(yōu)先地位。在中國，利用工程措施調(diào)節(jié)和分配水資源是滿足河流各種主要功能的重要途徑。在印度和孟加拉國，多年來一直就恒河水量的合理分配進行協(xié)調(diào)。在捷克、斯洛伐克和匈牙利，關(guān)于合理利用多瑙河水資源的探索正在持續(xù)進行。在泰國和越南，圍繞湄公河的分水問題也在不斷地談判。在非洲，由兩個國家共有河流或湖泊的流域就有57個，因水資源利用協(xié)調(diào)不善而引發(fā)的矛盾屢見不鮮。在中東，水危機造成的沖突尤為典型。

　　　3 水能資源開發(fā)中的注意的水環(huán)境問題

　　　在很多時候，人類對河流的傷害都是由于人們的愚昧和貪婪造成的。需要對天然河流水資源的開發(fā)中應(yīng)注意以下水環(huán)境問題。

　　　3.1 要注意維護天然河流的自然綜合功能

　　　每一條河流，都是經(jīng)過了漫長的自然演化而形成的。人類在河流的中上游地區(qū)進行水資源的開發(fā)利用，修建攔、蓄、引、調(diào)工程，必然要改變河流的天然水流狀態(tài)及時空分布。與此同時，必須要考慮工程對河流下游地區(qū)維持原有生態(tài)系統(tǒng)最低限度的流量要求，以利于繼續(xù)發(fā)揮其河流的自然綜合功能。

　　　3.2 注意修復(fù)、維護水生態(tài)系統(tǒng)

　　　生態(tài)系統(tǒng)，是指一定空間中的生物群落與其環(huán)境組成的系統(tǒng)。其中各成員借助能量交換和物質(zhì)循環(huán)形成一個組織有序的功能復(fù)合體。在整個系統(tǒng)整體中的任何一種因素遭到破壞，都會引起系統(tǒng)的失衡。人類要尊重自然界生態(tài)系統(tǒng)的平衡，并防止由于人類的活動破壞這種平衡。自然界中的水體及相關(guān)生物群落是一個有機的生態(tài)系統(tǒng)，一條河流就是一個生態(tài)系統(tǒng)，人類對河流的水資源開發(fā)，興修水利工程，必然的要改變天然水體的時空分布和水質(zhì)狀況，使原有水生態(tài)系統(tǒng)受到人類的干擾 。這就要求興建水利水電工程應(yīng)該考慮怎樣減少對原有水生態(tài)系統(tǒng)的破壞、維護河流形態(tài)的多樣化，使河流水域與岸上陸域生態(tài)系統(tǒng)有機聯(lián)系，并通過綜合的工程措施對已遭到破壞的水生態(tài)系統(tǒng)進行修復(fù)和維護，以利于實現(xiàn)人類與河流和諧相處。

　　　3.3 注意營造、美化水利景觀

　　　自然的水域及周邊景觀是天然水自然生成的景觀。水利工程建設(shè)以水為對象，由自然水域變成工程水域必然要改變水域及周邊的自然景觀。改變是不可抗拒的，我們必須減少因水利工程的建設(shè)帶來的負(fù)面影響，依靠水利工程來營造出新的景觀，美化水域及周邊地區(qū)的景觀，使各具特色的水域、水陸過渡域及陸域有機的組合，形成豐富多彩的水利景觀，使之成為人們生活居住、休閑活動的自然水利景觀。

　　　3.4 注意開發(fā)和弘揚水利人文

　　　水環(huán)境是人類文明的一面鏡子，優(yōu)秀的水文化可以促進人水關(guān)系的協(xié)調(diào)；落后的水文化使人水關(guān)系緊張。新時代的水資源開發(fā)建設(shè)活動中，水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)、管理，既要注意保護我國歷史上遺留下來的優(yōu)秀水文化；又要注意引進先進的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、文化理念，創(chuàng)造現(xiàn)代的水文化，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)與人類社會的進步；引導(dǎo)人類社會與自然水環(huán)境和諧相處；提倡人們進行現(xiàn)代文明的生產(chǎn)、生活方式，以實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。長期的人類活動，創(chuàng)造并遺留下了大量特定水域周邊的人文景觀，在各個領(lǐng)域都積累沉淀了豐富的水文化，并真實的記錄了歷史上的水旱災(zāi)害和社會歷史變遷。各種形式的詩歌、碑刻、繪畫、史記、著作、傳說、民俗、信仰、祭祀等都蘊含著及其豐富的水文化。

　　　4. 水電站最小生態(tài)流量的實例研究

　　　在小水電開發(fā)建設(shè)過程中，過去考慮較多的是對區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和發(fā)電效益，而對保護生態(tài)水環(huán)境考慮的較少，如不考慮電站大壩最小下泄流量而引起下游河段水環(huán)境惡化等問題，已越來越引起社會各界的關(guān)注。特別是引水式電站，由于其大壩與廠房之間往往會形成一定的脫水段，脫水段的形成必然會給下游生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。如何確定大壩下泄最小流量，才能滿足下游生態(tài)環(huán)境需水量的要求呢，國內(nèi)外有許多學(xué)者提出了各種生態(tài)環(huán)境需水量計算方法，如濕周法、河道內(nèi)流量增加法、“R2CROSS法”、最枯月平均流量法等等，但是在我國目前還沒有一個統(tǒng)一的計算標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合電站實例，用代表年法和長系列法，對大壩下泄最小流量的確定進行了分析和初步探討。

　　　工程概況:某水電站位，為一引水式電站。壩址以上集雨面積385 km2，流域內(nèi)多年平均降雨量3200 mm，壩址斷面多年平均流量36.98 m3/s。工程擬建攔河壩高122m，輸水系統(tǒng)長4.2 km。電站設(shè)計水頭94 m，設(shè)計發(fā)電流量17 m3/s，裝機2×7000kw。流域內(nèi)主要河道彎曲曲折，水能資源豐富。流域內(nèi)林深坡陡，地表植被較好。

　　　電站流域內(nèi)無實測水文站，故利用降雨資料推求徑流，即利用鄰近周邊氣候、下墊面條件基本一致的雨量站為依據(jù)，及較近處有水文站，計算出電站壩址控制流域1964年—1992年共28年的徑流系列，徑流系列參數(shù)為Q= 36.98 m3/s, Cv=0.146 , Cs=2 Cv

　　　根據(jù)設(shè)計的水電站年徑流系列，根據(jù)代表年（P=90%）枯水年法和長系列法，分別以年最小月平均流量、年最小日平均流量選樣，經(jīng)分析求得響水洞電站壩址處的枯水流量成果見上表。

　　　從上表可以得出以下結(jié)論：長系列法計算出最小枯水流量，更接近天然狀態(tài)下的枯水流量，但用代表年法計算的最小月平均流量能滿足設(shè)計精度要求；設(shè)計中采用代表年法，P=90%枯水年的最小月平均流量可以滿足下游生態(tài)需水量的要求。由于本項目處于河流上游區(qū),壩址以上淹沒人員較少,故采用電站最小生態(tài)下瀉流量為6.5 m3/s。