沅水流域徑流變化與電能影響分析

李玲

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 沅水流域概況及規劃情況

1.1 沅水流域概況

沅水流域跨湘、黔、渝、鄂4省市，干流分南北兩源，南源為主流。北源重安江發源于湖北省宣恩與鶴峰兩縣交界之酉源山，穿行于鄂、渝、湘3省邊境，屬典型的省際邊界河流；南源馬尾河（又名龍頭江）發源于貴州省云霧山，流經都勻、凱里，在汊河口與重安江會合后稱清水江，然后流經劍河、錦屏，至鑾山進入湖南省芷江縣境，至黔城匯入河舞水后，水量大增，始稱沅水。沅水在湖南省境內先后流經芷江、會同、黔陽、懷化、溆浦、辰溪、瀘溪等縣境，至沅陵折向東北，經桃源、常德注入洞庭湖。全流域面積89163km2，包括湘西、黔東南、渝東及鄂西等地，其中湖南省流域面積51600km2，占全流域的57.9%。沅水干流全長1028km，其中湖南省境內干流長568km，落差187m。

沅水支流眾多，呈羽狀分布，流域面積大于2000km2的有渠水、河舞水、巫水、溆水、辰水、酉水及二級支流花垣河和猛洞河9條，其中河舞水和酉水的流域面積均大于10000km2。支流總流域面積54244km2，占沅水流域面積的61%，兩岸支流分布不對稱，左岸支流面積為右岸的2.8倍。

沅水干流及支流基本情況見表1。

1.2 河流規劃情況

沅水干流未開發的梯級多為調節性能相對較差的中低水頭電站，效益相對不夠好，根據國民經濟發展要求，2003年《沅水干流規劃復核報告》，提出將三板溪至洪江河段遠口和白市、托口和江市分別合并，將5個梯級（掛治、遠口、白市、托口、江市）合并為3級，即掛治+天柱+托口，形成一個反調節、兩個不完全年調節水庫。洪江至五強溪河段基本維持原規劃方案，僅個別梯級水位等規模有一些變化，調整后為13級開發，即革東（505m）+三板溪（475m）+掛治（322m）+白市（300m）+托口（250m）+洪江（190m）+安江（165m）+銅灣（152.5m）+清水塘（139m）+大洑潭（129m）+漁潭（115m）+五強溪（108m）+凌津灘（51m）。

表1 沅水干、支流基本情況表

目前，上游三板溪、掛治、下游五強溪、凌津灘及中游洪江、銅灣、大洑潭、清水塘電站已先后建成發電，上游白市、中游托口電站已開工建設。

2 沅水流域徑流變化分析

2.1 沅水流域徑流基本情況

流域暴雨發生在3～10月份，以5～10月份出現次數最多，大面積長歷時的暴雨一般發生在6～7月份。暴雨發生季節，有先（5～7月份）東南、后（6～8月份）西北的趨勢。流域內實測最大1d、3d點雨量為325mm、446mm。暴雨的地區分布大致分為全流域、中下游、上游、中上游等4種情況，以中下游暴雨居多，且常與澧水、清江形成同一雨帶。暴雨走向一般自北向南，或自西北向東南。暴雨中心多出現在北部的沅陵、古丈及南部的雷山、丹寨一帶。全流域性暴雨（面平均雨量大于或等于50mm）歷時一般為1d，單站暴雨最長持續4d。除上游清水江為少雨區，湖南境內平均降雨量約1500mm，下游地區及酉水流域較大，為（1500～1800）mm。沅水上、中游汛期4～9月份，降雨量為全年降雨量的70%～80%，下游及洞庭湖區汛期雨量占全年雨量的60%～70%。

受降雨特征影響，沅水流域徑流總量的75%在4～9月份，連續最大4個月的徑流量多發生在4～7月份，占全年徑流的62%左右，尤以5、6兩個月份為最大，可占全年的35%～40%，枯水期12月份及次年1月份的徑流量僅占全年的5%左右。

徑流的地區分配不均衡，下游的酉水、武水和溆水較大，上游渠水、河舞水和巫水較少，徑流模數最大相差1.66倍。

沅水流域設立最早的水文站為常德站，1924年10月開始觀測水位。全流域現有水文站43個，水位站12個，基本上控制了干、支流的水情變化，其中桃源站為沅水入洞庭湖的控制站。沅水干、支流主要水文站多年平均流量見表2。

表2 沅水干、支流主要水文站多年平均流量表

根據1956～2009年系列統計，桃源站多年平均流量1998m3/s。

多年平均年徑流量達630億m3（桃源站），占洞庭湖四水總量的39%。徑流分布與降雨的分布基本一致。洪水多發生在5月份下旬至7月份上旬，比年徑流量與之相近的湘江約滯后1個月。而汛期沅水入湖洪量約占四水總量的40%～50%。桃源站典型年徑流量逐月分配見表3。

2.2 沅水流域徑流變化分析

2.2.1 基本資料

（1）資料。

徑流資料為五強溪水庫的入庫資料。五強溪水庫位于沅水干流上，壩址控制流域面積83800km2，占全流域面積的93%。水庫正常蓄水位108.0m，相應庫容29.9億m3；死水位90.0m，相應庫容10.37億m3；汛限水位98.0m，防洪庫容13.6億m3，有效庫容20.21億m3，庫容系數0.033，為季調節水庫，電站裝機容量1200MW，多年平均發電量53.7億kW·h。

（2）分界年份的選取。

三板溪水電站位于沅水上游，在貴州省黔東南錦屏縣境內，下距錦屏縣縣城25km，壩址控制流域面積11050km2，多年平均流量240m3/s。水庫正常蓄水位475.0m，相應庫容37.5億m3，死水位425.0m，相應庫容11.3億m3，有效庫容26.2億m3，庫容系數0.346，具多年調節性能。工程以發電和提高下游梯級電站的效益為主，并兼有防洪、航運、養殖、旅游等綜合利用效益。電站總裝機容量1000MW，保證出力23.5萬kW，年發電量24.3億kW·h，是沅水干流上唯一具有多年調節能力的龍頭電站。

表3 沅水流域桃源站典型年徑流量月分配表

三板溪水電站主要供電湖南，承擔湖南電力系統的調峰、調頻和事故備用。三板溪工程2002年7月開工建設，2003年9月大江截流，2006年7月首臺機組投產發電，12月4臺機組全部建成投產。本次以三板溪開工年份2002年作為分界年份，對徑流系列進行統計分析。

2.2.2 分析方法及結果

對五強溪水庫1951年1月～2010年10月平均流量序列和各月平均流量序列進行統計，以2002年為界分析多年徑流變化情況、趨勢及徑流變化年內分布情況，分析結果見表4、表5。

表4 沅水流域五強溪水庫多年平均流量統計表（按旬統計）

表5 沅水流域五強溪水庫多年平均流量統計表（按月統計）

從表中可以看出，1951年1月～2010年10月共60年長系列逐旬徑流資料統計得，五強溪壩址多年平均流量1910m3/s；以2002年為分界，2002年以前（不包括2002年）五強溪壩址多年平均流量1931m3/s，2002年以后五強溪壩址多年平均流量1791m3/s，2002年以后多年平均流量與全系列（1951～2006年）距平為-6.23%，與2002年以前距平為-7.27%，顯示2002年以后徑流量呈減少趨勢。1951～2010年沅水流域年徑流變化情況見圖1。

圖1 1951～2010年沅水流域年徑流變化情況圖

月徑流量序列中，2002年以后的徑流序列全年數值盡管呈微弱的減少趨勢，但1月、2月、3月、11月、12月月平均流量較全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增長趨勢。其中1月、2月、3月、11月、12月各月份2002年以后的徑流序列平均流量分別為707，843，1439，1400，695 m3/s。其中2月、11月徑流變化過程見圖2、圖3。

無論是1951～2010年序列，還是2002～2010年序列，夏秋季各月份的距平值均為負，反映夏秋季的徑流呈現減少趨勢，特別是在2002～2010年序列中，由于徑流總體減少明顯，在夏秋季表現徑流減少也更明顯。

圖2 1951～2010年沅水流域2月份徑流變化情況圖

圖3 1951～2009年沅水流域11月份徑流變化情況圖

2.2.3 徑流變化的成因

從1951～2010年沅水流域徑流分析可知，2002～2010年的9年間，年徑流量呈遞減趨勢，從圖1可以看出，2006年徑流量已到長系列的最小值，2007年徑流量開始回升，從長系列看，仍屬正常波動。

2002年以后的1～3月平均流量較全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增長趨勢，經分析，影響因素較多，從水量平衡的角度，區域徑流量受降水、蒸發、土壤含水量等因素影響，也可能受上游水利工程對徑流的重新分配影響。該時段內，上游有三板溪和天柱等水庫在建，三板溪水庫2005年開始蓄水，對下游的徑流分配產生一定的影響，從降雨資料來看，2002年以后1～3月降雨量較以前系列略偏大，也對徑流分配產生一些影響。

3 徑流變化對已建電站電能影響分析

（1）設計年發電量是一個多年平均指標，由于徑流的變化，年發電量有高亦有低，從以上分析可知，2002年以后，流域的徑流量正處于一個周期性的低值區，從2007年開始徑流量有回升趨勢，通常情況下年發電量也會上升。

（2）設計發電量是非常理想情況下設計的一種電站調度方式下的電量，而實際運行過程中，因受電力系統負荷變化、水庫防洪調度、河川徑流以及調度經驗和管理水平的影響，難以達到設計發電量，從已建電站統計分析，多年平均實際發電量一般只能達到設計發電量的90%左右。對于承擔防洪庫容較重的水庫，因受防汛調度的影響，多年平均實際發電量往往低于90%。

（3）五強溪電站和凌津灘電站實際發電量見表6。

從表6可知，五強溪電站運行后的多年平均發電量47.72億kW·h，為設計年發電量53.7億kW·h的88.9%。

從2004年開始，五強溪水庫作為省內汛期汛限水位動態控制的試點，后被列入我國12座汛期汛限水位動態控制試點水庫之一，應該說，從2004～2010年間，水庫汛期的調度是在挖潛的，2005年和2006年發電量較小，僅為設計發電量的80.4%和81.5%；2007年徑流量僅為多年平均值的87.5%，由于受三板溪水庫調蓄影響，五強溪水庫上游來水較均勻，使得沅水流域下游的洪江、五強溪、凌津灘電站年發電量均超設計發電量。隨著水庫調度水平的提高，上游三板溪水庫的調蓄作用將進一步發揮。

表6 五強溪和凌津灘電站歷年發電量

綜合分析認為：沅水流域從2002～2006年徑流量為周期性的低值區，從2007年開始徑流量又在上升。2005年和2006年發電量減少，主要是由于周期性的徑流變化引起的。從五強溪水庫實際運行12年來看，多年平均發電量為47.72億kW·h，為設計發電量的88.9%。凌津灘電站2003～2010年平均發電量10.56億kW·h，僅為設計發電量11.6億kW·h的91.0%。由于凌津灘電站全部機組投產運行的時間不長，正好又遇上2005年、2006年較枯年份，使得8年平均發電量偏小。