湟水流域區間暴雨洪水演變規律分析研究

【摘要】湟水起源于青海省，其中河源的海拔高度為4395m。外部環境的改變很容易對湟水造成一定的影響，所以及時了解當地的氣候變化以及可以有效避免洪澇災害的發生。外部環境的改變很容易導湟水的泛濫，為此本文對洪水成因、洪水與泥沙的關系、洪水量相關計算等進行說明，以進一步減少洪澇災害的發生。本課題以湟水流域作為研究突破口，探究水沙產生的來源及演變規律，為八盤峽水庫防洪及流域水量調度提供決策依據，希望對防洪救災提供相應的技術幫助。

【關鍵詞】湟水；水資源；水電站；演變規律；流域區間

1、引言

湟水是黃河上游的最大支流，位于黃河左岸。西起日月山與青海湖水系相鄰， 北依祁連山和河西走廊水系相鄰， 南以拉雞山為界與黃河干流水系為界，東連甘肅省黃河支流莊浪河水系。大地構造屬祁連山褶皺帶，地質條件復雜，水系分布獨特，由西北向東南走向的祁連山、達板山和拉雞山三條平行的山脈和其間的兩條谷地組成了湟水干流和支流大通河水系。湟水干流位于流域的南部，河谷寬闊，流域寬60-100km，屬于西北黃土高原區；最大支流大通河在流域的北部，貫穿于祁連山和達板山之間， 地勢高亢，流域呈條狀，河長大于干流湟水，形成了兩種截然不同的自然景觀共處于一個流域的獨特格局。

民和、享堂至八盤峽庫區區間暴雨洪水，具有突發性、預見期短，難以有效的控制，同時，洪水夾雜著大量泥沙，給八盤峽水電站的運行帶來諸多的問題。湟水河及支流大通河陸續建設了許多小電站，這些電站庫容較小，出庫水量很難進行統一調度，截流、放水隨意性較強。

2、區間水資源區域水資源狀況

2.1 氣候條件及氣象要素

湟水下游屬于高原干旱、半干旱的大陸性氣候，氣候垂直變化明顯，從西向東海拔逐步降低，氣溫隨之升高，降水逐漸減少。湟水地區多年平均降水量350mm，降水時空分布不均，山區降水量大，多在450mm以上，河谷地區在330mm左右。多年平均水面蒸發量在800～1200mm，自東南向西北逐漸減少。

2.2 區間入湟支溝概況

在該區間的湟水干流附近分布有眾多支流、支溝，集水面積有2203km2。湟水干流右岸有隆治溝、二道溝、咸水溝、磨彎子溝等，左岸有牛克溝、甜水溝、倒水溝、三條溝、大溝等。右岸是區間暴雨主要的發生地，也是區間洪水主要產匯流的區域。

2.3 洪水成因

湟水河域洪水主要由暴雨形成，暴雨的特點是歷時短、強度大、面積小，較大暴雨大部分是傍晚或夜間發生。暴雨的成因主要是由于各地水汽、熱力和動力條件以及地形的差異，致使暴雨在地理分布上并不與降水量相一致。

湟水流域的洪水都是由暴雨和大雨形成。由于降雨量時空特點，加之植被條件差，因而洪水過程陡漲陡落，峰高量不大，歷時短，最短的洪水過程歷時不足5h，暴雨洪水在時間上具有很好的相應性，大多出現在7-9月，洪峰的年際變化大。降水時間短而強大，從起漲到落平只有幾小時。其洪水為春汛和夏汛，但較大洪水都發生在夏汛，由暴雨所造成。

八盤峽水庫的洪水組成主要是劉家峽水庫控制洪水和湟水流域洪水。湟水流域在民和、享堂分別設有水文站進行洪水監測預報，但湟水流經享堂、民和站74km后在八盤峽壩前匯入黃河，在此期間無任何洪水監測手段，無法掌握民和、享堂水文站至八盤峽庫區區間暴雨洪水情況。

3、區間洪水分析

3.1 民和、享堂站設計洪水

湟水民和水文站和大通河享堂水文站逐年洪峰流量及發生時間統計見表3。從表中可以看出，湟水和大通河逐年的最大洪峰流量幾乎沒有同日發生的，說明這兩條河流的年最大洪峰流量常不同步出現。

歷史洪水及其稀遇程度由歷史洪水調查資料確定。據記載，湟水、大通河匯合口下游的紅古洪水調查斷面，1847年、1898年、1919年、1948年、1935年相繼發生過大洪水，調查的洪峰流量分別為4700、2500、1800、1600、1380 m3/s，除1847年洪水痕跡無法詳細辨認，洪峰流量可能存在較大誤差不能應用外，其他洪水調查成果均較可靠。

歷史洪水的重現期依1847年為起始年，則：

（年）

其經驗頻率為：

將調查值與實測值組成的年最大洪峰流量資料序列，經過程序優化適線。得出統計參數為： m3/s，Cv=0.37，Cs/Cv=4.0。

3.2 不同量級入庫洪水及傳播時間

按照重現期10～20年為較大洪水、重現期20～50年為大洪水、重現期50年以上為特大洪水以及本課題的任務，民和、享堂洪水流量，分為小水、中水、大水和特大水；按以上量級，統計民和、享堂發生以上標準洪水，民和、享堂至八盤峽洪水傳播時間用τ傳=S距/V速計算。

水文斷面一般選擇在比較順直的河道上，比彎道、寬淺河道處的流速大，所以對上述洪水統計分析后得出各級洪水到八盤峽水庫的傳播時間。見下表6。流量的單位m3/s，傳播時間（τ）的單位h。

3.3 洪水與泥沙的關系

八盤峽水庫入庫泥沙主要來源于鹽鍋峽出庫泥沙和湟水的泥沙。鹽鍋峽出庫泥沙是可控的，與其下泄洪水基本一致。湟水的泥沙主要來自于民和以上和區間，與洪水不同步。

3.4 暴雨點面折算

研究區暴雨具有降水強度大、籠罩面積小（往往集中在幾到幾十個平方公里）、造成的災害嚴重的特點，較大面積的暴雨幾乎不可能發生。根據《甘肅省水文圖集》（甘肅省水利局水文總站編，1978.3），3小時暴雨量的衰減指數為0.65時的點面折算系數為0.59，用折算系數計算出各流域的面雨量見表8。

3.5 不同頻率的設計洪水

該區間是由無實測資料地區的眾多小流域組成，本設計采用地區經驗公式法。

《橋涵水文》中針對全國各地小流域暴雨洪水計算問題，提出了區域性較強的經驗公式，這里采用經驗公式（2），即：

（4-2）

式中：—為設計頻率為p的洪峰流量（m3/s）；

—為設計頻率為P（%）的雨力（mm/h）；

—為流域集水面積（km2）；

、、—均為模型參數。

由于穿越斷面所在流域內沒有實測雨量資料，模型參數、、在書中查得：、、。

該公式適用于流域面積較小，流域特征參數量算誤差較大的河流。

4、八盤峽入庫洪水分析

鹽鍋峽水庫為日調節水庫，經過鹽鍋峽水庫調節，能將劉家峽水庫出庫泄量調節得更加均勻，使下游工農業用水的取水口水位更加平穩。同時，鹽鍋峽水庫借助于上游劉家峽水庫的調節作用，同步運轉，在電力系統中發揮著更大地作用，電站豐水期在基荷部分運行，只參與少量調峰任務，以盡量利用河流水量；在枯水期，與劉家峽水電站和其它水電站一起共同擔負電力系統的尖峰負荷部分，為系統調峰和調整頻率服務。在非常運行期間，為了完成隨時有可能出現的事故備用要求，運行規定一般情況下鹽鍋峽水庫水位控制在1618.00m—1619.00m之間運行，這樣可以在電力系統要求增加負荷，由鹽鍋峽水電站及時開機帶負荷時，水庫有足夠的調節庫容來滿足增加負荷的要求。

鹽鍋峽水庫為日調節性能，調節庫容7.00Mm3，相應工作深度為0.50m，水位在1618.50m—1619.00m之間運行。但由于運行初期的淤積，使調節庫容逐年減少，1990年4月為5.13Mm3，1994年10月為4.85Mm3，至1998年5月僅為4.67Mm3，達不到日調節對庫容的要求。實際運行中，結合電力系統調峰及負荷調整的需要，以及滿足調整水庫水位的要求，將4000 m3/s或常年洪水情況下最低水位控制在1617.00m左右，以便減少淤積，增加有效庫容。據運行資料統計，近十年來一日內最高運行水位與最低運行水位之差最大達到3.10m（1992年8月8日，最高水位1619.70m，最低水位1616.60m），相應調節庫容達到26.00Mm3；為此在實際運行調度中，根據電力系統運行需要，將工作深度適當加大，即增大水位變化幅度，從而使調節庫容增加，為系統提供更多的調峰出力以及事故備用庫容。

龍羊峽、劉家峽兩庫聯合調節洪水，是目前黃河上游河段防洪調度的主要形式。其聯合調度洪水的原則是使所有防洪對象達到或基本達到規范規定的防洪標準，以充分利用黃河上游水資源，使上游整個梯級水電站取得較好地發電效益。自1990年以來，在龍羊峽、劉家峽兩庫聯合調節洪水的情況下，鹽鍋峽水庫最大入庫流量為1780m3/s，未達到設計洪水5510m3/s（0.5%），即未遇到設計及校核洪水標準，水資源充分利用，基本未棄水，只配合劉家峽水庫排沙，同步泄水拉沙。

5、湟水河下游段電站對八盤峽電站的影響

5.1 電站對該河段洪水過程的影響

由于該河段已建成的水電站均在河道上修建攔水壩抬高水位，將水流通過山洞或渠道引至下游發電，或者直接利用閘壩形成的水流落差發電。這些水電站庫容小，調蓄能力差，但在洪水期多座電站同時泄水會瞬間加大河道流量，形成人造洪峰。庫容泄空后又相繼蓄水，致使河道洪峰流量迅速減小。由于沒有形成有效的聯合調度機制，各電站的蓄水、泄水造成天然河道洪水呈鋸齒狀，枯水期蓄引水又會使減水河段水量減少，甚至發生斷流。

5.2 電站對該河段沙峰過程的影響

在河道上修建水電站均時，均需修建攔水壩抬高水位，形成水流落差發電。河道水位的抬高，造成河道內一定河段比降變緩、水流流速變小、挾沙能力顯著減少，致使河道內泥沙大量溯源淤積，壩址下泄水流的含沙量明顯減少。

5.3 區間水電站運行對八盤峽電站的影響

5.3.1 湟水河下游段河道對八盤峽電站運行的影響

近年來湟水河下游段流域由于采砂作業和小水電施工在一定程度上破壞了河床原有的形態結構，形成的河道堆積體較多，使得水流變緩；河流改道，加劇河岸的沖刷，使來水含沙量增大。湟水第一次洪峰來時，大量的污物進入庫區，使機組攔污柵壓差迅速升高，給機組運行帶來很大壓力。另外河道采砂船只失控事件時有發生，給水庫安全運行帶來威脅。

5.3.2 區間水電站對八盤峽水庫調度的影響

①電站不規范的運行使民和、享堂站的水情信息失真

電站運行產生的人造洪峰致使湟水河民和、享堂站的水沙情信息失真，給水庫調度運行造成一定困難；

②電站攔水壩攔蓄的泥沙對下游產生潛在威脅

攔水壩攔蓄的泥沙對八盤峽水庫有很大的潛在威脅，在正常調度情況下對電站運行不產生影響，但在水沙不同步下泄或出現小水大沙的情況，則對八盤峽電站的安全運行造成嚴重威脅。

6、防汛抗洪應急調度方案

6.1 現狀條件下，當區間電站全部發生整體垮壩的情況下，水調人員只有通過壩前庫水位的升高速度來判斷進入水庫的水量，同時由于區間流量的增大，大量雜物會沖入庫區，使攔污柵壓差急劇升高，因此，庫水位和攔污柵壓差便成為監測湟水河下游段是否發生異常的兩個重要指標。

6.2 汛期要根據天氣預報，加強陰雨天氣的水文觀測。由于湟水下游區間，汛期多發生局部大暴雨或特大暴雨，汛期陰雨天，享堂、民和站應24段制進行觀測發報，八盤峽電站壩上水位也應進行24段制觀測，水位上漲速率過快時應改為48段制觀測，嚴格按照度汛方案進行調度，做到防患于未然。

6.3 建立區間雨情監測系統。國家已在甘肅、青海省境內建立山洪災害預警系統，湟水河下游區屬山洪災害易發區，這里有山洪災害預警系統雨量觀測站，八盤峽電廠應積極與蘭州市防辦聯系。

6.4 積極探索八盤峽電站與湟水河下游電站統一調度方案。將電站的運行進行統一管理，統一調度。這樣梯級電站可與八盤峽電站共享水情信息，提高電站調度運行的能力，最大限度地提高發電效率。

6.5 加強技術合作，不斷探索電站入庫洪水過程的預報能力。隨著水情信息傳遞能力的不斷加強、水文預報技術的不斷提高，電廠應與水文部門的高級技術人員進行技術合作交流，研究八盤峽電站入庫洪水的預報方法，為電站運行調度提供技術支持。

7、總結

本文通過對湟水區間水資源區域水資源進行相關分析說明，此外針對湟水對八盤電站的影響進一步說明。在分析外界環境的改變對湟水水域產生的影響時，也對湟水的防洪設計進行了相應的說明。同時通過制定相應防洪應對策略，減少自然災害的發生和保證人們的人生安全。希望借助此論文可以對洪澇災害的發生提供相應的幫助。

參考文獻：

[1]孫靜.湟水流域徑流的變化規律與趨勢分析[A]；全國水文泥沙文選[C]；2010年.

[2]藍永超，丁永建，沈永平等.氣候變化對黃河上游水資源系統影響的研究進展[J].氣候變化研究進展， 2005， 1（3）： 122-125.