小水电生态流量泄放设施改造及监测技术导则

1T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX小水电生态流量泄放设施改造及监测技术导则1.1本文件规定了小型水电站生态流量确定及泄放、泄放设施、监测和长效管理等相关工作的技术要1.2本文件适用于广东省行政区域内单站装机容量50MW及以下的小型水电站。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T17626.5电磁兼容—试验和测量技术—浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T18522.6水文仪器通则第6部分：检验规则及标志、包装、运输、贮存、使用说明GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB/T28181公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求GB/T30948泵站技术管理规程GB50179河流流量测量规范GB50201土方与爆破工程施工及验收规范GB50265泵站设计标准GB50093自动化仪表工程施工及质量验收规范SL74水利水电工程闸门设计规范SL75水闸技术管理规程SL252水利水电工程等级划分及洪水标准SL265水闸设计规范SL285水利水电工程进水口设计规范SL317泵站设备安装及验收规范SL/T426水量计量设备基本技术条件SL/T525.1建设项目水资源论证导则第1部分：水利水电建设项目SL537水工建筑物与堰槽测流规范SL609水利水电工程鱼道设计导则SL651水文监测数据通信规约SL655水利水电工程调压室设计规范SL709河湖生态保护与修复规划导则SL/Z712河湖生态环境需水计算规范SL/T796小型水电站下游河道减脱水防治技术导则SL/T820水利水电工程生态流量计算与设计规范SZY206水资源监测数据传输规约3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1生态流量ecologicalflow为满足下游河道生态保护要求、维持生态系统基本结构和功能所需要的流量及过程。3.2生态流量泄放设施dischargefacilitiesofecologicalflow2T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX用于泄放生态流量的设施，或兼顾泄放生态流量的泄水、发电引水、过鱼、通航等设施。3.3生态流量监测monitoringofecologicalflow采用测量、观测、公式计算等手段，对生态流量泄放状况进行的信息采集和传输。3.4生态泄流孔（槽）ecologicaldrainagehole(orchute)设置在坝身或两岸等适宜部位且满足下游河道生态流量泄放要求的无节制过流通道。3.5生态泄流阀ecologicaldrainvalve设置在泄流孔、洞、管道上，并安装阀门最小开度限位装置，通过调节阀门开度控制下泄流量满足下游河道生态流量的泄流节制设施。3.6生态虹吸管ecologicalsiphon由跨越坝体的一系列串联管道和辅助设施组成，利用虹吸原理将坝（闸）上游侧水体引流至坝（闸）下游侧，泄流能力满足下游河道生态流量的泄放设施。3.7生态机组ecologicalgeneratorunit以泄放生态流量为目的，装设在坝身、两岸或坝（闸）附近，在现有设施无法保障生态流量的时段，连续运行的水轮发电机组。4总则4.1小型水电站应按照生态优先、绿色发展的原则，开展生态流量确定、泄放设施建设与维护、生态流量监测等工作。4.2生态流量确定成果应与流域综合规划、水能资源开发规划等规划及规划环评，项目取水许可、项目环评等文件规定相协调。4.3生态流量泄放设施，必须符合国家有关设计、施工、运行管理相关标准，建设、运营等不得对主体工程造成不利影响。4.4生态流量监测宜采用实用、成熟、可靠的技术和手段，鼓励采用新技术提高信息化和自动化水平。5生态流量确定及泄放5.1生态流量确定5.1.1小型水电站的生态流量确定断面为取水坝（闸）址河道断面，具有多个取水河道断面的小型水电站生态流量应分别核定。5.1.2应根据SL/T525.1、SL/Z712、SL709、SL/T820等技术规范，在满足生活用水的前提下，统筹考虑生产、生态用水需求，结合河流特性、水文气象条件和水资源开发利用现状，确定生态流量。5.1.3确定生态流量时应体现流量过程，反映河道天然来水变化。5.1.4对于以综合利用功能为主或有特殊生态需求的小型水电站生态流量，应组织专题论证。5.1.5当上游新建或拆除水利水电工程、实施跨流域调水等造成来水发生明显变化或下游生活、生产、生态用水需求发生重大变化等，应重新合理确定生态流量。5.1.6位于供水、灌溉渠道上利用供水、灌溉用水发电的或无独立拦河设施的电站，可不进行生态流量确定。5.2生态流量泄放5.2.1生态流量下泄值不应小于确定值，当坝址处天然来水量小于确定的生态流量时，有调节能力的，宜采取调度运行措施保障生态流量足额泄放；无调节能力的，应按天然来水流量泄放。5.2.2在防洪、抗旱、应急调度等特殊情况下可根据相关要求暂停泄放或分时段泄放，对于无特殊保护要求且不会造成下游脱水的电站可根据日总量控制原则分时段泄放。3T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX5.2.3小型水电站应按照“电调服从水调”的原则进行生态调度。对以供水、灌溉功能为主的小型水电站，要优先满足城乡居民生活用水，统筹农业灌溉用水需求，开展生态调度运行。6生态流量泄放设施6.1一般规定6.1.1对于有生态流量泄放要求的电站，除发电调度可满足下游河道生态流量的坝后式及河床式水电站外，均应设置生态流量泄放设施。6.1.2生态流量泄放设施应布置在坝身或坝址附近，与主体工程布置相协调，其泄流能力应不小于确定的生态流量。6.1.3当受工程安全、防洪安全、地形地质条件限制，生态流量泄流设施必须远离坝址时，宜增加辅助工程措施，保障河道最小水深，恢复河流连通性。最小水深可取0.2m，无特殊保护要求的可适当放低要求，但不宜造成明显的河床裸露。辅助工程设施建设应符合GB50201、SL252、SL/T796有关规定。6.1.4生态流量泄流设施应满足不同时段的生态流量泄放要求。6.1.5生态流量泄流设施进水口宜避开高含沙量、回流区及漂浮物聚集区，其设计应符合SL285有关规定。6.1.6已有生态流量泄放设施的，应复核已有设施的泄放能力，不满足要求的应实施泄放设施改造。6.1.7尚未设置生态流量泄放设施的，应结合电站枢纽布置情况，按照“因地制宜、安全可靠、技术合理、经济适用”的原则，对现有工程进行改建或增设生态流量泄放设施。6.1.8生态流量泄放设施建设方案应从工程布置、施工条件、运行管理、工程投资及保障效果等方面进行综合比选后确定。常见生态流量泄放设施类型包括但不限于：a)生态泄流闸；b)生态泄流孔（槽）；c)生态泄流阀；d)生态虹吸管；e)生态机组；f)生态泵站；g)过鱼设施。6.2生态泄流闸6.2.1生态泄流闸包括常开状态的闸门、设置在拦河闸顶部的舌瓣闸门、设置最小开度限位装置的闸门、可锁定至预定开度的闸门。6.2.2生态泄流闸适用于水头较低或有用水调度要求的小型水电站。6.2.3泄流闸结构设计应符合SL74、SL265有关规定，操作运行应按照SL75有关规定，在现有闸门上安装门中门或设置舌瓣门的，应对现有闸门结构设计进行复核。6.3生态泄流孔（槽）6.3.1生态泄流孔（槽）包括无压和有压两种型式，适用于泄流能力稳定、无需调节下泄流量的情况。坝顶易于开槽或引水渠渠首侧向易于开孔时，宜采用无压生态泄流孔﹔坝体或两岸岸坡易于开孔时，宜采用有压生态泄流孔。6.3.2无压生态泄流孔（槽）底板高程不应高于发电引水建筑物进口底板高程，有压生态泄流孔（槽）进口底板高程不应高于死水位。6.3.3泄流孔（槽）可根据需要设置多个，过流断面宜具有相同尺寸和布置高程。6.3.4可利用大坝原有的导流底孔、冲沙孔、放空孔等孔口结构，对孔口原有的封堵结构或控制系统进行改造，成为生态泄流孔。6.3.5应定期对生态泄流孔进行清淤。6.4生态泄流阀4T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX6.4.1生态泄流阀适用于需要阀门调节下泄流量的小型水电站。6.4.2生态泄流阀宜布置在有压生态泄流孔末端等易于操作的部位。6.4.3应选择与作用水头以及有压生态泄流孔尺寸相匹配的阀门。6.4.4生态泄流阀流道可按有压生态泄流孔布置和设计，泄流阀选择应满足最低水位且阀门全开时的泄流流量不小于确定的生态流量。6.4.5采用泄流阀时，应根据泄流阀相连接的孔口阻力及阀门过流特性，计算出不同水位情况时满足生态流量泄放要求的阀门开度，绘制水位开度曲线(表)，作为运行控制的依据。6.5生态虹吸管6.5.1生态虹吸管适用于坝体结构不宜开孔且上游最低水位至坝顶跨越高度不高于当地允许的最大真空度的情况。6.5.2进水口吸水高程不应高于发电引水建筑物进口底板高程，淹没深度按SL285确定。出水口宜采用淹没出流。6.5.3宜采用单一特性的圆形断面管道。6.5.4虹吸管顶部下弯起点处（最高位置、最低压力）应设置排气和充水设施，出水口宜设置控制阀，过流管道应易于与阀门连接。6.5.5管道转弯处应设置镇墩，管道连接接头宜包纳在镇墩内。6.6生态机组6.6.1生态机组适用于有增设机组场地且技术经济可行的小型水电站。6.6.2生态机组宜装设在坝身、两岸或坝(闸)附近。6.6.3生态机组应结合水电站自身特点，提出总体布置方案、结构设计、设备选型和运行管理要求，且最小发电流量不应小于确定的生态流量。6.6.4生态机组检修、故障停机等不运行情况时，应有其他生态流量泄放方案与泄放设施，宜在机组入口和尾水间设置旁通管道和旁通阀。6.7生态泵站6.7.1生态泵站适用于有增设泵站场地且技术可行的小型水电站。6.7.2泵站宜装设在地形开阔、岸坡适宜、有利于工程布置的两岸或坝(闸)附近，站址选择应符合GB50265有关规定。6.7.3泵站设备安装及验收应符合SL317有关规定，运行管理应符合GB/T30948有关规定。6.7.4应设有备用泵站。6.8过鱼设施6.8.1过鱼设施适用于有过鱼要求且符合过鱼设施建设条件的小型水电站。6.8.2过鱼设施结构设计应符合SL609有关规定。6.8.3过鱼设施下游出口应在坝（闸）下游附近，回水可达坝址。6.8.4过鱼设施常年过流，检修等不运行情况时，应有其他生态流量泄放方案与泄放设施。7生态流量监测7.1一般规定7.1.1生态流量监测断面布设应具有代表性，且能反映电站下泄全部生态流量及过程，并避免其他建筑物运行干扰。7.1.2应根据河流特点、监测断面条件及生态流量泄放方式，选择适合的监测方法。7.1.3生态流量监测类型分为实时流量、动态视频和静态图像，监测方式包括在线监测和离线监测。7.2监测断面（点）布设7.2.1监测断面（点）布设位置应便于监测站点建设、信息传输和运行管理，并避开可能发生山洪灾5T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX害和塌方、滑坡、泥石流等地质灾害的区域，以及避免强电磁场、强振动等干扰。7.2.2监测断面（点）应布设在水电站生态流量泄放设施出口处，或坝（闸）、发电厂房尾水口下游河道断面，监测断面（点）的布设应符合GB50179和SL537有关规定。7.2.3对于引水式或混合式电站，厂坝间若有支流汇入或其他来源补水，但汇入口距离大坝较远的，生态流量监测断面应布置在汇入口的上游。7.3测流方法7.3.1测流方法包括并不限于：a)水工建筑物法；b)堰槽法；c)流量计法；d)流速面积法。7.3.2用于测流的水工建筑物有堰、闸、机组、泵站等。采用水工建筑物法测流的，其测验设施布设与观测、流量系数率定应按照SL537有关规定。a)泄流堰测流，分为自由堰流和淹没堰流，泄流计算公式见附录A（A.1）。泄流堰测流适用于生态泄流闸、过鱼设施等泄放设施。b)泄流孔测流，分为自由孔流和淹没孔流，泄流计算公式见附录A（A.2）。泄流孔测流适用于生态泄流闸、泄流孔等泄放设施。c)机组测流，应根据机组发电功率、实测水头或工作水头及机组效率等参数推算流量，具体推算公式见附录A（A.3）。d)泵站测流，泵站分为高、中扬程和低扬程，对于高、中扬程泵站应根据电功率、抽水扬程和综合效率等参数推算流量；对于低扬程泵站应根据电功率、抽水效能系数等参数推算流量，具体推算公式见附录A（A.4）。7.3.3堰槽法分为测流堰测流和测流槽测流。采用堰槽法测流的，测流堰（槽）的设置与水头测量及流量系数应符合SL537有关规定。a)测流堰常用的主要形式有矩形薄壁堰、三角形薄壁堰等，主要适用于自由流且光滑顺直的矩形河槽，测流计算公式见附录A（A.5）。b)测流槽常用的主要形式有巴歇尔槽等，主要适用于较小河流或人工河渠测流量，测流计算公式见附录A（A.6）。7.3.4流量计法采用超声波流量计或电磁流量计等实时监测满管水流流量。流量计安装位置应符合GB7.3.5流速面积法采用定点式电波测速仪或固定式声学多普勒流速剖面仪等实时监测水流流速，并通过率定流量系数计算监测断面流量。流速仪安装位置应符合GB50179有关规定。流速面积法适用于河道断面流量监测。7.3.6对测流精度要求不高的监测断面，可在监测断面安装水位自动监测设施设备，率定监测断面的水位流量关系，通过水位推求流量。7.4监测设备与数据传输7.4.1监测设备中的电源、网络、POE等应采取防雷措施，并符合GB/T17626.5有关规定。7.4.2视频图像监视设备安装位置应能看清各生态流量泄放口位置和水流情况；宜具备红外星光级及以上夜视功能；应具备定时拍照、保存、推送图像至指定服务器的功能，支持GB/T28181视频传输协7.4.3监测设备应供电可靠，有条件的地区采用市电供电，无条件的地区可采用太阳能或其他供电方式保障设备正常运行。7.4.4监测数据传输标准应符合SZY206或SL651有关规定，数据传输信息安全应符合GB/T22239的相关规定。7.4.5具备网络传输条件的电站应采用在线监测方式，实时传输和本地保存生态流量泄放图像、视频和监测数据。7.4.6不具备网络传输条件的电站应采用离线监测方式，同时本地保存生态流量连续泄放的图像、视6T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX频和监测数据备查。8长效管理8.1应按照相关规定和要求制定生态流量泄放、监测与管理规章制度，并加强管理。8.2应加强对生态流量泄放设施和监测设备的管理和维护，保障其持续正常运行。设施出现异常时，应当立即向具有管辖权的主管部门报告，并限期修复。8.3应按GB/T18522.6、GB50179、SL/T426的相关规定定期对生态流量泄放监测设备进行检定或校8.4应以河流或县级区域为单元对小水电站生态流量泄放和水生态改善情况进行不定期评估，根据评估效果对生态流量进行动态调整。7T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX（资料性）生态流量泄放设施泄流计算A.1泄流堰测流，分自由堰流和淹没堰流，可按公式（A.1-1）或公式（A.1-2）选择计算。1)自由堰流流量可按公式（A.1-1）计算。式中：Q——流量，m3/s；K——进口流态系数，在低堰进口段流向不正时用；ε——侧收缩系数；C——堰流流量系数；g——重力加速度，m/s2；H——总水头，m；n——过水孔数；b——堰口单孔宽，m。2)淹没堰流流量可按公式（A.1-2）计算。式中：σs——堰流淹没系数。图A.1泄流堰测流横剖面示意图8T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX图A.2泄流堰测流纵剖面示意图A.2泄流孔测流，分自由孔流和淹没孔流，可按公式（A.2-1）或公式（A.2-2）选择计算。1)自由孔流流量可按公式（A.2-1）计算。式中：μ——自由孔流流量系数；n——闸孔数；e——闸门开启高度，m。1)淹没孔流流量可按公式（A.2-2）计算。式中：μ1——淹没孔流流量系数；∆Z——孔上下游水位差，m。图A.3泄流孔测流横剖面示意图图A.4泄流孔测流纵剖面示意图A.3机组测流，可根据机组个数可按公式（A.3-1）或公式（A.3-2）选择计算。1)单机流量可按公式（A.3-1）计算。9T/FORMTEXTXXXFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXX式中：Qi——第i单机流量，m3／s；Ni——第i单机电功率，kW；ηi——第i单机效率；h——实测水头，m。2)多机流量可按公式（A.3-2）计算。式中：Q——多机发电流量，m3/s；n——单机个数。A.4泵站测流，可根据抽水扬程可按公式（A.4-1）、公式（A.4-2）或公式（A.4-3）选择计算。1)高、中扬程抽水站流量可按公式（A.4-1）计算。式中：Qi——第i单机流量，m3／s；ηi,——第i单机效率，%，即（有效电功率/耗用电功率）×100，包括电动机、水泵、传动系统及水管摩阻等方面的综合效率；Ni——第i单机电功率，kW；h——抽水扬程（抽水站上下水位差），m，当出水管口中心高于水面时，则以出水管中心高程与抽水池水体水位差计算扬程。2)多机流量可按公式（A.4-2）计算。式中：Q——多机流量，m3/s；n——单机个数。3)低扬程抽水站流量可按公式（A.4-3）计算，适用于扬程0~6m的范围，扬程为负值也有式中：ηK——抽水效能系数，相当于扬程为零时的每千瓦电功率的抽水流量；ε——抽水效能随扬程增加而递减的系数；e——自然对数底。计算流量。1)矩形薄壁堰测流可按公式（A.5-1）~公式（A.5-3）计算流量。式中：CD——流量系数；be——有效宽度，m；he——有效水头，m；Kb——考虑黏滞力和表面张力影响对宽度b的修正值；Kh——考虑黏滞力和表面张力影响对水头h的修正值；b——堰