水電站生態泄流及監控系統解決方案

福建省水電站生態泄流及監控技術指導意見

一、總則

（一）為推動我省綠色水電發展，科學合理制定水電站生態修復目標，加強水電站生態泄流及監控技術指導，有效落實河道生態流量，改善河道水生態環境，特制定本指導意見。

（二）水電站生態修復應按照河道生態環境保護要求，結合減脫水河段生態變化的狀況，科學核定河道生態下泄流量，明確泄流措施，為河流生態功能修復創造條件。

（三）水電站生態修復涉及的建筑物、金屬結構、機電設備等應按照國家相關技術標準進行安全復核，確保原工程結構、防洪及發電安全，消除安全隱患，提升科技與自動化水平。

（四）水電站生態修復改造和運行管理應遵循國家和地方政策要求，符合相關的法律、法規，技術標準。

二、 生態修復目標

（一）水電站壩址下游河道生態需水得到保障，因水電開發導致的減水脫流問題得到有效解決。

（二）水電站相關河段流動性得到有效改善。

三、生態流量核定

水電站生態下泄流量核定，依照省水利廳、環保廳下發的《關于開展水電站生態下泄流量核定工作的通知》（閩水農〔2017〕19號）規定執行。當有關條件改變時，可重新核定水電站生態下泄流量。

四、生態泄流設施

按照引水式、堤壩式、混合式等不同開發類型，水電站生態泄流設施應確保安全可靠，從解決河道減水脫水問題出發，遵循技術合理、經濟適用的原則進行選擇（詳見附錄2），泄流裝置應在壩址處或盡量靠近壩址的地方，其泄流能力應不小于核定的最小生態下泄流量。

（一）利用引水系統改造泄流

1.采用渠道引水的水電站，在渠道過壩后的適當位置開口修建側堰（公式見附錄3）或埋設放水管（算例見附錄3），向下游壩后河道泄放流量。

2.采用隧洞引水的電站，可利用原有的近壩施工支洞改造或新挖泄水洞，并安裝放水管向下游河道泄放流量。

3.技術經濟可行的項目，可在放水管出口安裝“生態機組”。

（二）利用泄洪閘小開度泄流

對閘壩電站，可一孔或多孔閘門不完全關閉、控制一定開度向下游河道泄放流量。閘門泄流開度通過閘孔泄流公式計算確定后，可通過閘門行程控制器或在閘底板設置限位墩（水泥墩）等方式控制。

（三）利用溢洪道閘門改造泄流

根據電站樞紐布置的實際情況，可對溢洪道工作閘門進行改造，設置門中門或舌瓣門，增設啟閉設備，向下游泄放流量。

（四）利用大壩放空設施改造泄流

對大壩原有的底孔設施（如導流底孔、排沙孔、水庫放空孔、泄洪洞等）進行改造，增設閘控系統，調整調度運行方式，泄放生態流量。

（五）設置生態基荷或采用反調節調度泄流

對堤壩式電站，通過機組發電放水能滿足生態下泄流量的水電站，可不設置專用泄流設施，根據上游來水情況、調節庫容和電站發電機組的特性，優化水庫調度運行，保證電站至少有1臺機組不間斷運行，通過基荷或反調節調度泄放流量，并盡量減少下游河道流量日內變幅。

（六）安裝生態機組

在大機組之外安裝單獨設置的、長期正常運行、承擔生態下泄流量泄放任務的生態發電機組。

（七）利用機組旁通管改造泄流

在機組進水控制閥旁通管上開孔引接放水管等，利用電站原有的引水設施改造后向下游泄放流量。

（八）增設大壩放水設施

在壩區適當位置增設倒虹吸管、抽水系統、泄流通道等設施，不間斷地從水庫上游取水躍壩再泄入壩下游河道，滿足生態流量要求。

五、輔助工程措施

在遵循安全第一、尊重自然、保護優先的原則下，在完成水電站生態泄流量改造工作的基礎上，還可考慮在下游受影響河段因地制宜采取輔助工程措施，進一步開展生態修復。

（一）生態跌坎

1.生態跌坎適用于水流平緩、有魚類洄游的順直河段。應能維持其保護河段河道的生態環境水位或最小水深，未明確相關要求時，應至少不造成河道主槽裸露。坎高采用0.8m~1.5m，坎頂高程一般按最小水深要求設置。

2.生態跌坎沿河道橫斷面方向的布置，坎頂高程自中間向兩側應逐次降低，靠近河岸處應能保證河道常年連通，保證體型較大魚類等水生生物可自由洄游。或者跌坎兩側高，中間低，在汛期來流較多時，跌坎整體處于淹沒狀態，增加泄流能力；在枯期來流較少時，中間較低處形成過流主槽，保障上下游連通。

3.生態跌坎可設置多級，多級生態跌坎的組成和構造與單級生態跌坎相同，多級跌坎的分級數目和各級落差大小，應根據地形、地質、工程量大小等具體情況綜合分析確定。

（二）生態堰壩

1.對現狀河面較寬、河道平緩、河床巖基埋深較淺、對上游村莊等防洪影響較小河段，可在減（脫）水河段適當位置修建固定或活動式堰壩，使減（脫）水河段保持一定水深，滿足河流縱向連通性要求。

2.堰壩的高度及間距根據控制斷面最小水深、河道底坡等要求確定；壩頂高程應根據河道防洪要求確定；壩軸線盡量采用曲線。堰頂高程宜兩頭高中間低，以減少主流對兩岸沖刷。壩腳充分利用原河道河谷漫灘的自然地貌，構造采用柔性結構的高低錯落的坡腳。

3.堰壩型式和堰體結構宜結合生態修復工程及生態水文化景觀需要布置，并考慮與周邊環境的結合與適應，注重其生態性，尊重河流自然走勢。高度小于1m的堰壩可采用坦水堰或寬頂堰，高度大于2m的堰壩宜采用多級跌水堰或滾水堰，滿足魚類洄游要求。

（三）生態閘

生態閘適用于有一定調節水深要求，洪水期流量較大有防洪和抗沖蝕要求的情況。典型的生態閘為底部基礎帶生態泄流孔的翻板閘。最低水位時生態泄流孔過流能力應不小于最小下泄流量。汛期高水位時，可以開閘泄洪。生態閘高度一般不超過5m。

（四）河道縱向深槽

1.河道縱向深槽適用于河道主槽穩定，枯水期來水較少、河道較寬且蒸發量大，以及區間魚類等水生生物對河道水深有一定要求的減脫水河道的修復。

2.河道縱向深槽的尺寸應綜合考慮河床挖填平衡、最小水深、最小水面寬、下游攔水堰壅水等因素確定。深槽斷面形式宜采用拋物線型。

六、生態泄流測量和數據采集技術

（一）數據采集監控點

生態泄流監控應在電站各泄水口設立監測點，也可在電站壩址下游附近選擇河道斷面作為監測斷面，安裝測流裝置，監測下泄流量。不同型式水電站的生態下泄流量監控斷面應按照以下原則布置：

1．引水式水電站的監測斷面布置在廠房前的水庫大壩所在流域下游；

2．混合式水電站的監測斷面布置在廠房前的水庫大壩所在流域下游；

3．堤壩式水電站的監測斷面布置在水庫大壩下游或發電廠房尾水下游；

4．在大壩或發電尾水出口與監測斷面之間若有支流或其他來源補水，監測斷面應布置在支流或其他來源補水匯入口的上游。

（二）生態泄流測量技術

采用與監測斷面情況、水流特性及泄放措施相適宜的測流方式，以實時在線監測方式為主，其他人工比測率定為輔，能客觀、準確反映泄放流量。生態泄流的測流方法及技術要求參照規范SL555、SL247、SL61及SL415，生態下泄流量監測資料參照規范SL247。

1．常規流速儀法。在監測斷面處安裝水位自動監測設施設備（水位自記井、水位計、電子水尺等），用常規流速儀法測流，率定該監控斷面水位流量關系，通過水位推求流量。

2．多普勒（ADCP）測流法。采用定點式ADCP，將儀器固定于水面、河底或水面以下某一位置，測定垂線或斷面分層流速，根據ADCP測出的分層流速推求全斷面流速，并通過流速儀或ADCP比測率定流量系數，推求斷面流量。

3．實時雷達波測流系統。視監測斷面流速情況，布設一個或多個雷達流速儀探頭，實時監測水流表面流速，并通過流速儀或ADCP比測率定斷面水面流速系數，推求斷面流量。

4．電磁流量計。將流量計安裝在滿流管道上，通過感應電壓與流速的正比關系，得到管道流量值。

5．水表法。根據常用流量選擇水表口徑，將選定水表安裝于放水管道上，通過讀取一定時間內的下泄水量推求下泄流量。

6．水工建筑物法

（1）側堰泄流：采取側堰泄放生態流量時，應根據堰閘類型、閘門開度與上下游水位監測值、流態類型，結合綜合流量系數推求下泄流量。

（2）孔口、管道泄流：采用孔口、管道泄放生態流量時，應根據上下游水位監測值、流態類型，率定該管道水位流量關系，通過水位推求下泄流量。

（3）隧洞泄流：采用隧洞泄放生態流量時，應根據上下游水位監測值、流態類型，結合率定的或經驗流量系數推求下泄流量。

（4）閘門放水：采用開啟閘門泄放生態流量時，應根據堰閘類型、閘門開度與上下游水位監測值、流態類型，結合率定的或經驗流量系數推求下泄流量。

（5）機組發電出流：通過機組發電泄放生態流量時，應根據發電功率、工作水頭或實測水頭推求下泄流量。

（6）抽水系統放水：人工抽水泄放生態流量的，應根據抽水站效率、水泵凈揚程及功率計算下泄流量。

七、監控系統及監控數據傳輸技術

（一）監控系統

1．水電站生態泄流工程應同步建立生態泄流數據監控系統，監控系統包括流量監控設備和數據傳輸設備。流量監控設備應能實時監測水電站壩（閘）下泄流量，數據傳輸設備應能將監控數據傳輸到監控平臺。

2．生態泄流數據監控系統應確保生態流量數據的真實性、完整性和連續性，為生態流量泄放調度管理和主管部門監督提供支持。

3．有條件的水電站，生態泄流監控系統宜與水電站計算機監控系統結合，達到無人值班或少人值守的要求。

4．對于有多個監控點（泄水口）的水電站，其內部應建立中控系統，并能夠真實反映水電站的實際下泄流量。

5．生態泄流數據監控系統應具備流量異常告警功能、數據電子保存打印輸出能力。

6．生態泄流監測設備若布置在野外，沒有外接電源的，可采用太陽能或其他供電方式保證監測設備的正常穩定運行。

7．生態泄流監測設備工程施工及設備安裝應盡量簡單，易于維護，同時應有必要的防護和防雷措施，以防止監測設備損壞或者被盜。

8．流量監控設備應具備保存近1年數據的功能，并提供數據查詢、導出功能。

9．監控系統必須采集與下泄流量有關的所有原始數據，計算下泄流量的公式、設置參數不能被隨意更改，用戶登錄和參數更改必須有日志記錄。原始數據、統計數據和參數修改日志必須保存1年以上，并且可以現場不用密碼直接查詢。

10．建立能反映泄流情況的視頻監控點，實時記錄流量數據、視頻和照片。監控設備應能保存一定時間的流量數據、視頻和照片供現場及遠程查詢和導出。實時視頻可以不借助其他插件直接在支持HTML5的瀏覽器（PC端/移動端）中播放。監控設備應每小時至少拍攝一張照片并保存，照片上疊加電站位置、實時流量數據及時間信息。視頻監控設備安裝位置應能看清各出水口位置、水位值等。

（二）監控數據傳輸技術要求

生態流量監控數據傳輸應符合《福建省水電站下泄流量監控數據傳輸規范》（見附錄4）。數據傳輸可通過有線光纖、寬帶或無線網絡等進行。

八、組織實施

（一）水電企業是電站生態泄流工程的責任主體單位，應按照有關要求，因地制宜、科學設計，認真組織編制水電站生態泄流技術方案，加快實施生態泄流工程。

（二）生態泄流技術方案應明確生態泄流的泄放措施和監控方式，實施計劃、工程投資、保障措施、工程驗收等內容。

（三）生態泄流技術方案編制完成后，總裝機5萬千瓦以上的水電站應向設區市經信部門報備，總裝機5萬千瓦及以下的水電站應按照分級管理要求，報送水利部門報備或審核。

（四）水電企業根據技術方案，依據國家有關的設計、施工、運行管理標準、行業規范、技術規程等，組織電站生態泄流工程的施工。

（五）完成生態改造的水電站，總裝機5萬千瓦以上的水電站應及時向設區市經信、環保部門報備，總裝機5萬千瓦及以下的水電站應按照分級管理要求及時向水利、環保部門報備。

九、監督與管理

（一）水電站應按照“電調服從水調”的原則，根據河道生態泄流要求，進行水量生態調度。

（二）當上游來流量小于規定應下泄的生態流量時，應按壩址處上游實際來流量進行泄放。

（三）水電站應將生態泄流設施及其監測、監控設施的運行維護納入日常工作中，制定生態泄流管理規程，由電站負責監控水庫蓄水、電站運行期的流量泄放工作，負責數據的存儲、分析、統計、上傳和整理，并接受有關部門的檢查。

（四）完成生態泄流工程的水電站應安裝生態泄流監控系統，水電企業完成報備后主動向環保部門申請，接入下泄流量監控平臺，接受相關部門檢查和考核。對少數確實不具備下泄流量監測設施建設條件的，要充分發揮公眾、河道專管員的作用，實現監測監管全覆蓋。

十、其他

省水利廳負責解釋5萬千瓦及以下水電站生態泄流、流量測量和數據采集技術要求；省經信委負責解釋5萬千瓦以上水電站生態泄流、流量測量和數據采集技術要求；省環保廳負責解釋水電站下泄流量監控數據傳輸規范和平臺聯網技術要求。

案例分享：

福建省水電站生態泄流及監控系統——雙平臺上報解決方案

為推動福建省綠色水電發展，有效落實河道生態流量，改善河道生態環境，加強水電站生態泄流設施改造，監控數據傳輸及監控平臺聯網等工作的順利進行，2018年福建省水利廳、福建省經濟和信息化委員會、福建省環境保護廳聯合印發了《福建省水電站生態泄流及監控技術指導意見》，意見要求所有安裝在線設備的水電站，數據都需要上報到福建省的平臺；另外，由于下泄流量數據涉及到對水電站的考核，水電站負責人還需要本地查看自己水電站上報到福建省平臺的數據以及視頻圖像，為此平升提供了如下解決方案：

方案一：

方案二：

福建省平臺（平臺一）：數采儀按福建省水電站下泄流量監控數據傳輸規范要求把數據上報到省平臺。

水電站本地監控平臺（平臺二）：由平升提供平臺軟件，采用2種部署方式，各水電站根據自身情況選擇其中一種。本次項目中部分測站選擇了方式一、部分測站選擇了方式二。

1、本地通過網口通訊：因本地計算機和數采儀都在水電站內，距離很近，平升數采儀內置網口與計算機直接通過局域網連接，直接查看數據。這種方式的優點是成本低、簡單方便，缺點是只有局域網內計算機才能查看數據和視頻。

2、租用具有外網固定IP地址的服務器或者云平臺，此種部署與省平臺方式基本一致，優點是網頁瀏覽即可查看數據和視頻，同時支持手機APP軟件，方便管理者隨時隨地查看自己所管轄水電站的數據。缺點是租用服務器或云平臺產生一定的費用（服務器約1~2萬元/年，云平臺約0.2~0.8萬元/年）。

平升數采儀在解決方案中發揮了重要作用，該設備具備4G全網通、定時拍照、液晶顯示、手機藍牙維護、自動報警，對接海康威視、大華等主流攝像頭、兼容所有市場上電磁、超聲波等類型流量計、一機雙發（不同通訊協議平臺）等功能特點，還可以根據客戶需求更改配置、功能。

總結：

目前少數廠家能支持數據上報福建省平臺，只要遵循省里的通訊標準即可，但是支持雙平臺、不同標準通訊協議上報數據，而且視頻和數據能同時查看的廠家鳳毛麟角，平升公司一直堅持自主研發，通過認真分析客戶需求和對產品的不斷鉆研，解決了福建省水電站生態泄流系統中需要雙平臺上報這一問題。

水電站生態泄流及監控系統解決方案

應用背景：

        生態流量是指水流區域內保持生態環境所需要的水流流量。近年來，一些水電站因下泄生態流量不足造成部分河段減水、脫水甚至干涸，一定程度上影響了河流的正常生態功能和群眾的生產、生活。

        為保障河湖生態用水，推進小水電綠色發展，維護河流健康生命，水利部發布了《水利部 生態環境部關于加強長江經濟帶小水電站生態流量監管的通知》（水電[2019]241號）。為做好小水電站生態流量監管平臺建設工作，水利部組織編制了《水利部辦公廳關于印發小水電站生態流量監管平臺技術指導意見的通知》（辦水電函〔2019〕1378 號）。

       平升水電站生態泄流及監控系統（下泄生態流量在線監測）要求實時監測水電站下泄流量數據，視頻/圖像監控泄水口實況，將現場信息遠程傳輸至省級水利、環保監管平臺，實現實時監管和數據共享。

解決方案：

      平升公司結合水利部相關文件和100多個實際項目經驗(福建、云南、四川、湖南、重慶、山西、遼寧等省/直轄市的項目)，進一步優化了生態流量監測系統方案。

系統構成：

系統功能：

☆實時流量監測

      生態流量監測終端DATA-9201，實時采集泄水口的測量儀表數據，直讀流量計或通過水位折算流量，并遠傳至監管中心。

      還可擴展監測雨量、水質等。

☆視頻/圖像監控泄水口實況

      生態流量監測終端控制攝像頭/照相機，定時拍照、保存、推送圖像至監管中心，實時視頻監控，支持GB/T 28181視頻傳輸協議。

 ☆視頻/圖像上疊加實時流量數據

      生態流量監測終端通過內部程序，為視頻/圖像疊加電站統計代碼、電站名稱、采樣時間、實時流量數據、核定流量等信息，遠傳至監管中心。

☆按水利/環保部標準通信規約上報至省平臺

       多種通信方式可選： 

       ◆ 光纖/4G：可傳輸視頻和數據   ◆  3G/2G：可傳輸數據和照片    ◆  NB-IoT：只傳輸數據

      具備多種上報規約：

      ◆ 《水資源監測數據傳輸規約（SZY206-2016）》

      ◆ 《水文監測數據通信規約（SL651-2014）》

      ◆ 《四川省水文測報系統技術規約（SCSW008-2015）》

      ◆ 《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準（HJ/T212-2017）》   

      ◆  MQTT協議           ◆ 其他特殊規約可定制開發 

☆遠程監管平臺

系統優勢：

常見的幾種下泄流量計量方法：

生態流量監測設備——生態流量成套監測終端

     《水利部辦公廳關于印發小水電站生態流量監管平臺技術指導意見的通知》（辦水電函〔2019〕1378 號）發布以來，各地水電站監測項目正在如火如荼地進行。通知要求水電站在泄水口設定監測點，也可在電站壩址下游選擇河道斷面作為監測斷面，安裝生態流量成套監測終端。

      每個水電站現場情況各不相同，如何選配性價比高且滿足國家和地方政策要求的生態流量成套監測終端，成為業主和工程商們的難題。

      因此，平升電子公司結合相關文件要求和多省（福建、云南、四川、湖南、重慶、山西、遼寧等）實際項目經驗，根據現場供電和網絡情況的不同，推出了五種生態流量成套監測終端。

（一）生態流量成套監測終端（DATA-9201-Ⅰ）

          適用現場：有市電，無4G網絡

（二）生態流量成套監測終端（DATA-9201-Ⅱ）

          適用現場：有市電，有4G網絡

（三）生態流量成套監測終端（DATA-9201-Ⅲ）

          適用現場：有市電，有光纖/寬帶網絡

（四）生態流量成套監測終端（DATA-9201-Ⅳ）

          適用現場：無市電，無4G網絡

（五）生態流量成套監測終端（DATA-9201-Ⅴ）

          適用現場：無市電，有4G網絡