貴州清水河流域大花水水電站洪水臨界面雨量分析

吉廷艷，王紅麗，秦 杰，胡躍文，夏小玲

(1.貴州省氣象服務中心，貴州貴陽550002;2.貴陽市息烽縣氣象局，貴州息烽551100;3.貴州省氣象信息中心，貴州貴陽550002)

大花水水電站位于貴州省開陽縣與福泉市交界處，是烏江南岸支流清水河干流水電梯級規劃中的第3個梯級［1］。電站位于清水河中游，壩址控制流域面積4 328 km2，多年平均流量75.8 m3/s。水庫正常蓄水位868 m，死水位845 m。

一定量級和強度的降雨是造成山洪災害的主要因素。一個流域或區域某時段內雨量達到或超過某一量級和強度時，該流域或區域將發生洪水、泥石流、滑坡等山洪災害，這時的降雨量稱為該流域或區域的臨界面雨量。國內許多學者針對地質災害臨界面雨量研究方面做了一些有益的探索［2－8］。面雨量是某一確定區域給定時段內平均雨量的大小，是影響水電站入庫流量的主要因素。對于水電站來說，降雨誘發的洪水對電站安全生產影響重大，因此，水電站流域洪水臨界面雨量的研究具有重要意義。筆者利用2008～2012年貴州清水河流域大花水水電站逐日入庫流量、庫水位和面雨量資料進行相關分析和多元回歸計算，針對電站關鍵入庫流量，研究確定電站流域洪水臨界面雨量，為電力調度和電站生產管理提供參考，以保障電力安全運營，更好地服務于經濟社會。

1 資料和方法

資料來源于貴州烏江水電開發有限責任公司，包括大花水水電站流域2008～2012年逐日面雨量、庫水位、入庫流量等。利用SPSS軟件中多元回歸分析功能計算大花水水電站流域面雨量和其他因子對入庫流量的影響關系，建立回歸方程，同時，針對電站入庫流量關鍵值，分析給出臨界面雨量指標。

多元線性回歸分析是指建立因變量與多個自變量之間的回歸關系函數表達式，關系式表達為:Y=a+b1X1+b2X2+…+bkXk，式中，Y為因變量，在此表示入庫流量;X1、X2、…、Xk為自變量，在此分別表示前1 d面雨量、前10 d累積面雨量和前1 d入庫流量;a為常數項;b1、b2、…、bk為回歸系數。某一時刻的入庫流量除了與前1 d面雨量和前1 d流量相關外，與前期累積面雨量也有很好的相關性，主要原因是雨量降落地面并匯集到河流形成流量的過程需要一定時間，也就是說電站入庫流量的大小相對于流域面雨量來說具有時間上的滯后性，所以除了選取前1 d面雨量和前1 d流量作為自變量外，還選取前10 d累積面雨量作為自變量進行回歸分析。

2 結果與分析

2.1 大花水水電站水文基本特征 大花水水電站近5年觀測資料顯示，壩址入庫流量平均為67.5 m3/s，最大流量為1 243.4 m3/s，出現在2008年7月24日。由于大花水水電站處于烏江支流，來水量不受烏江干流電站人為因素影響，因此，通常情況下，該電站庫容水位的漲落除與發電狀況有關外，更主要與降雨產生的入庫流量密切相關。對比分析入庫流量和壩上水位數據(圖1)發現，多數情況下，入庫流量＞300 m3/s時，水位上漲明顯，平均漲幅為2.19 m，因此大于300 m3/s流量的來水對大花水水電站安全生產具有一定的威脅性。5～10月是洪水較為頻發的時期，300 m3/s以上的洪水過程相對較多，11月～次年4月流域來水流量較小。5年中共出現31次入庫流量達300 m3/s的脈動過程，平均每年約為6次，多數情況下，一次脈動過程持續1～2 d，占78%，最長持續4 d;入庫流量超過500 m3/s的脈動過程相對較少，5年中共出現11次，脈動持續1～2 d。

2.2 大花水水電站流域洪水臨界面雨量 將大花水水電站入庫流量分別與前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累積面雨量進行相關分析，繪制散點圖(圖2)，結果表明，大花水水電站入庫流量與三者的相關性均較好，相關系數R2分別為0.512、0.426、0.500。大花水水電站所處流域屬于烏江支流，其上游無大型電站，受人為因素影響較小，所以其入庫流量與面雨量的相關性較好。通過SPSS軟件建立大花水水電站入庫流量與3個因子的回歸關系表達式為:Y=1.828+7.965R1+0.441R10+0.515F，式中，R1表示前1 d 面雨量，R10表示前10 d累積面雨量，F表示前1 d流量。回歸方程的R2值為 0.77。

表1 大花水水電站300 m3/s入庫流量對應的臨界面雨量指標

表2 大花水水電站500 m3/s入庫流量對應的臨界面雨量指標

根據電站實際工作要求，300和500 m3/s入庫流量是該電站安全生產的2個關鍵值。為此，針對這2個關鍵流量值，通過上述回歸方程可以計算出不同條件下的面雨量值，形成該電站流域洪水臨界面雨量指標(表1～2)。根據表1～2可以繪制不同條件下大花水水電站達300和500 m3/s流量洪水時可能需要的臨界面雨量圖(圖3)。從表1～2和圖3可以看出，前1 d入庫流量相對較小時(如50 m3/s)，需要較大的面雨量(25.9～32.0 mm)才有可能形成300 m3/s流量洪水，而前1 d入庫流量相對較大時(如250 m3/s)，僅需要較小的面雨量(13.0～19.1 mm)就有可能形成300 m3/s流量洪水;同樣，前1 d入庫流量在200 m3/s時，需要較大的面雨量(41.3～47.4 mm)才有可能形成500 m3/s流量洪水，而前1 d入庫流量為450 m3/s時，僅需要相對較小的面雨量(25.1 ～31.2 mm)就有可能形成500 m3/s流量洪水。

3 小結

(1)大花水水電站庫容水位的漲落除與發電狀況有關外，更主要與降雨產生的入庫流量密切相關，入庫流量＞300 m3/s時，水位上漲明顯。

(2)大花水水電站入庫流量與前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累積面雨量的相關性均較好，相關系數R2分別為0.512、0.426、0.500。

(3)針對300和500 m3/s這2個關鍵流量，通過回歸計算給出了不同條件下的臨界面雨量指標，臨界面雨量指標表明，前日入庫流量相對較小時，需要較大的面雨量才有可能形成300或500 m3/s流量洪水，而前日入庫流量相對較大時，僅需要相對較小的面雨量就有可能形成300或500 m3/s流量洪水。

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