基于電站工程的徑流系列及其代表性分析

胡 湘，周 龍，高志國

( 牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江157000)

0 引 言

水文計算是進行水利計算、論證設計方案經濟合理性的基礎，是確定水工建筑物規模尺寸的依據，是一項重要的前期工作。

水文過程是一種復雜的過程，由于自然變遷及人類活動等的影響，改變了河段天然徑流的情況，徑流系列發生變化，進行水文計算時就需要首先對變化后的徑流系列進行系列代表性分析。

本文以三間房水電站為例，淺談一下電站工程的徑流系列及其代表性分析。

1 工程概述

牡丹江市三間房水電站在牡丹江干流上，位于牡丹江市西安區溫春鎮老黑山村下游1.4 km處，上游距鏡泊湖發電廠100 km，距石頭發電廠約50 km，距石頭水文站46.7 km，距溫春鎮12 km，下游距牡丹江市區14 km。流域面積16 664 km2，占全流域面積的44.3%。

牡丹江為松花江第二大支流，發源于長白山牡丹嶺，經吉林省敦化市境內流入寧安市鏡泊湖，河流大致近南北向，全長725 km，平均坡降1.39‰，總落差為1 007 m，流域面積37 600 km2。

牡丹江為山區性河流，流域內植被覆蓋率高，水量充沛，水能資源極為豐富。

流域地形的基本特點是坡降陡的山地丘陵，故暴雨過后集流很快，形成洪水過程陡漲陡落。

2 水文測站概況

牡丹江流域水文氣象觀測較早。牡丹江站1907年開始觀測雨量，之后依蘭、敦化分別于1916、1929年開始觀測雨量，到1945年停止觀測。自1950年又陸續恢復和增加新的雨量站，到目前為止共有雨量站89 處。水位最早于1934年在敦化、寧安開始觀測，至1945年全流域先后設立水位站共18 處。流量測驗早在1935—1945年間，曾在四季通、牡丹江市、二道溝、泥什哈等處進行過。1945年6月—1948年期間，除鏡泊湖有些水文紀錄外，全流域水文觀測中斷。解放后逐步恢復了以往的水文測站，同時在干、支流上增設一些水文站及水位站，至今全流域有水文站19 處，水位站22 處。

三間房水電站建在牡丹江干流上，鄰近有兩處水文站，即石頭水文站和牡丹江水文站。

2.1 石頭水文站

該站位于牡丹江中游寧安市石巖鎮，流域面積為13 771 km2，建站始于1955年7月1日，同時開始水位流量的觀測，測驗河段基本斷面的上、下游500 m內，斷面變化很小，沖淤甚微，斷面呈U 型，河床為砂卵石，無雜草灌木。建站后遭遇過1956年、1957年和1960年大洪水，1956年、1957年有高水位資料，1960年測流設備被沖毀，高水位相應流量是采用比降法推算的。

東勘院在1964年、1991年兩次復查，都提出用1957年H～Q 修正1956年、1960年H ～Q 成果。設計采用東勘院修正后成果，即1960年洪峰流量為2 700 m3/s。經多次審查，資料可靠，測驗精度較高，其測驗資料均由省水文局統一整編。

2.2 牡丹江水文站

該站位于牡丹江市城區，1934年2月8日成立，1945年抗戰勝利后停測，1949年9月由松江省人民政府農業廳水利局在海浪大橋設水位站，1954年改為水文站，觀測項目有水位、流量、輸沙率、水溫、冰凌。當時流量測驗斷面在海浪大橋下游300 處，1961年1月1日流量測驗斷面上遷800 m，大連高程系統，此處集雨面積為22 194 km2。測驗河段附近河道順直，基本水尺和水準點沒有變動，流量測驗均為流速儀測流，斷面垂線、測點布置和儀器檢測均按水文測驗規范進行。H ～Q 曲線比較穩定，基本成一狹窄的條帶，離差很小，各年水位歷時曲線銜接。經多次復查，資料可靠，測驗精度較高，其測驗資料均由黑龍江省水文局統一整編。

3 徑流系列及其代表性分析

3.1 水文資料復核

牡丹江水文站及石頭水文站水文資料復查分別由東勘院、松遼委、省院和牡丹江市院等單位進行過多次，資料可靠，測驗精度較高。

3.2 分析計算

石頭水文站上游53.3 km處為鏡泊湖發電廠。鏡泊湖老電廠自1939年開始興建，于1942年建成，電站裝機容量36 000 kW。鏡泊湖新電廠自1979年并網發電，電站裝機容量60 000 kW。由于新、舊電廠的建成，改變了本河段天然徑流的情況，因此需要分別對短系列1958—1978年、1979—2005年進行系列代表性分析。

利用石頭站為參證站，借用牡丹江站1908—2005年長系列年降水資料，用差積曲線法進行系列代表性分析。

首先分析石頭站與牡丹江站短系列同期年降水和年徑流差積曲線的一致性，進而分析牡丹江站短系列對長系列降水的代表性。牡丹江站及石頭站差積曲線成果詳見表1、表2及圖1 ～圖4。

表1 牡丹江站年降水長、短系列比較表

表2 1979—2005 石頭站年降水量差積曲線計算

圖1 系列代表性分析圖

圖2 系列代表性分析圖

從差積曲線圖1、2 中可以看出，1958—1978年石頭站同期年降水和年徑流差積曲線的變化基本相對應，和牡丹江站的同期年降水變化也基本上是一致的，因此可以通過年降水系列代表性分析年徑流系列的代表性。從牡丹江站長系列降水差積曲線來看，1958—1965年是豐水年，1965—1974年是平水年，1974—1978年為枯水年。由于新電廠的建成，改變了徑流情勢，雖然該系列有一個較完整的豐、平、枯水周期，但對于三間房水電站建成后的徑流不具有代表性，故設計中不采用1958—1978年系列。

圖3 系列代表性分析圖

圖4 系列代表性分析圖

從差積曲線圖3、4 可以看出，1979—2005年的石頭站同期年降水和年徑流差積曲線的變化基本相對應，和牡丹江站的同期年降水變化也是一致的，因此可以通過年降水系列代表性分析年徑流系列的代表性。從牡丹江站長系列降水差積曲線來看，1979—1994年是豐水年，1994—1999年為枯水年，1999—2005年為平水年。1979—2005年系列是一個完整的豐、平、枯水周期，系列代表性較好，并且從1979年至今鏡泊湖電廠到石頭站，通過分析氣候因素、地理因素、人類活動影響，發現徑流還是比較穩定的，系列的一致性較好。三間房電站建成運行后的徑流情勢與1979—2005年相似，故設計中采用1979—2005年系列做為計算系列。

4 結 語

對于電站工程，通常由于流域梯級開發或其它工程的興建使得水文資料系列發生變化，這時就需要對水文計算中的采用系列先行進行系列的三性分析，才能為工程設計提供準確可靠的依據。

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