豐滿水電站對徑流影響評價研究

賈 鳳

(河北工程大學，河北 邯鄲 056000)

1 研究背景

豐滿電站是我國最早建成的大型水電站，位于吉林省吉林市豐滿區南源松花江中上游河段。豐滿水電站作為我國最早建成的大型流域控制性水電工程，具有不可替代的區域重要性及流域重要性[1-2]。由于開發年代較早，且建設處于特殊歷史時期，松花江流域相關環境保護工作開展相對較少，豐滿水電站及上游的白山、紅石水電站建設之初也未進行環境影響評價[3]。隨著我國環境保護事業的迅速發展，對水電項目的環境影響關注不斷提高，為了合理、科學地分析豐滿水電站主要的環境、徑流影響及有關機制，針對工程制定有效的環境保護與減緩措施，本文對豐滿水電站徑流影響進行評價研究，系統客觀地總結分析電站建設、運行以來對豐滿水電站及其所屬的水環境系統產生的綜合效益和主要環境影響。

2 研究區域概況

豐滿水電站于1937年開始建設，至1953年大壩才全面建成。建成后，松花江其他梯級電站也相繼建成運行，對松花江徑流產生較大的影響。尤其是豐滿水電站及其上游的白山水電站，由于水庫庫容較大(調節庫容分別為56.71×108、29.5×108m3)，具有多年調節能力，它們的建成，對天然徑流產生了較強的調節作用，改變了下游水庫、河流水量的分配狀況，使徑流分配更加均勻[4-5]。本次徑流分析主要是按各梯級建設時序對白山、紅石、豐滿電站徑流分段進行還原。

3 徑流影響還原評價

3.1 梯級徑流還原時段劃分

本次按各梯級建設時序對白山、紅石、豐滿電站徑流進行分段還原，時段劃分如下：

1933年1月～1943年3月，為天然徑流；

1943年4月～1982年，豐滿單庫運行，僅對豐滿水庫單庫進行入庫流量還原計算；

1983～1985年，白山、豐滿兩庫聯合運行，根據兩個水庫的出入庫流量資料進行豐滿入庫流量還原計算；

1986～2008年，白山、紅石、豐滿三庫聯合運行，其中紅石水庫為日調節，對豐滿入庫流量調節作用不大，本時段根據白山、豐滿兩個水庫的出入庫流量資料進行豐滿入庫流量還原計算[6]。

最后，將還原后天然狀態的徑流與受水庫調蓄影響后的徑流進行對比分析。

3.2 梯級電站運行后徑流量變化

3.2.1 全系列水文過程變化比較

根據1933～2008年豐滿水庫上游水文過程進行還原計算，對豐滿水庫天然狀態下的徑流和豐滿水庫(包括上游梯級)運行影響后的徑流成果進行比較，年內分配變化情況、汛枯期變化情況見表1、表2。

表1 豐滿水庫運行后對天然徑流年內分配影響比較表

注：豐滿運行后，出庫流量已扣除庫區取用水及水庫損耗水量。

表2 豐滿水庫運行后對徑流汛枯期變化影響比較表

注：豐滿運行后，出庫流量已扣除庫區取用水及水庫損耗水量。

表1、表2中，徑流量變化值負值表示聯合運行流量值小于天然狀態流量值；正值表示聯合運行流量值大于天然狀態流量值。

從多年平均徑流年內分配與天然情況比較的變化可以看出(圖1)：

1) 汛期4～9月份，運行徑流量小于天然徑流量；枯期10月份～翌年3月份運行徑流量大于天然徑流量。

2) 汛期4～9月份，聯合運行徑流量比天然徑流量減少34.7×108m3；枯期10月份～翌年3月份，典型豐水年聯合運行徑流量比天然徑流量增加22.4×108m3，變化率為19.4%。

圖1 豐滿水庫運行后對天然狀態下年徑流過程的影響對比圖

3.2.2 不同時期變化比較

根據白山、紅石豐滿電站建設時序，將各時段豐滿壩址還原之后的天然徑流與豐滿電站出庫流量進行對比如下。

根據豐滿水庫1943～1982年間單獨運行期間的徑流還原變化比較可以看出(圖2)，在近40年的運行過程中，豐滿水庫對天然徑流過程的調節作用表現明顯。枯期(10～3月份)流量平均增加163 m3，汛期(4～9月份)流量平均減少219 m3。其中，最枯期月流量增幅為224 m3/s；汛期最大洪水消減幅度391 m3/s。

圖2 豐滿水庫單庫運行(1943～1982年)徑流變化圖

根據白山水庫建成后，豐滿、白山水庫1983～1985年間聯合運行期間的徑流還原變化比較可以看出(圖3)，梯級水庫對天然徑流過程的調節作用進一步增強。枯期(10～3月份)流量平均增加144 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均減少315 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅為217 m3/s；汛期最大洪水消減幅度455 m3/s。可見，白山水庫投入運行以后，其調蓄性能即已顯現，汛期豐滿水庫的下泄流量進一步減少。

圖3 豐滿、白山水庫聯合運行(1983～1985年)徑流變化圖

1986年紅石水庫建成，由于其僅具備日調節性能，其對徑流分配的影響不大。在豐滿、白山、紅石水庫1986～2008年間聯合運行過程中，主要得益于白山水庫的運行不斷趨于穩定，梯級水庫運行對天然徑流過程的調節作用最大程度顯現。從徑流還原變化比較可以看出(圖4)，枯期(10～3月份)流量平均增加174 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均減少295 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅為225 m3/s；汛期最大洪水消減幅度595 m3/s。可見，白山水庫運行以后，與豐滿水庫形成的聯合調蓄性能已非常明顯，汛期對豐滿水庫出庫流量的削弱作用顯著。

圖4 豐滿、白山、紅石水庫聯合運行(1986～2008年)徑流變化圖

4 典型年選擇及流量變化情況

考慮豐滿、白山水庫建成前后對豐滿水庫及下游影響，以豐滿電站第一臺機組發電到一期工程完工(1943～1952年)、白山電站第一臺機組發電(1983年)來對豐滿徑流系列進行時段劃分，分段選取典型年。

徑流典型年的選擇是采用水量選年法，兼顧枯期水量，并考慮豐滿水庫長系列年、枯期多年平均流量與代表年、枯期平均流量接近的原則選定。選定的典型年如下：

4.1 1943～1952年

豐水年(10%)：1944年；平水年(50%)：1943年；枯水年(90%)：1950年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表3。

表3 豐滿水庫受梯級運行影響和天然狀態典型年流量變化對照表

4.2 1953～1982年

豐水年(10%)：1953年；平水年(50%)：1962年；枯水年(90%)：1970年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表4。

表4 豐滿水庫受梯級運行影響和天然狀態典型年流量變化對照表

4.3 1983～2008年

豐水年(10%)：2005年；平水年(50%)：2002年；枯水年(90%)：2000年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表5。

表5 豐滿水庫受梯級運行影響和天然狀態典型年流量變化對照表

由各典型年的月平均徑流量變化可看出:

1) 豐滿電站正式運行(1953年以后)，運行徑流量與天然徑流量比較，各典型年均有4～9月份運行徑流量小于天然徑流量、10月份～翌年3月份運行徑流量大于天然徑流量的特點。其中，1962年6月、1970年6月運行徑流量大于天然徑流量，是由于上游來水量較小，為滿足下游用水需求，電站放水致使運行徑流量大于天然徑流量。

2) 從1953年以前典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級運行徑流量比天然情況減少205 m3/s；平水年梯級運行徑流量比天然徑流量減少105 m3/s；枯水年梯級運行徑流量比天然徑流量大，增加127 m3/s。

3) 從1953～1982年典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級運行徑流量比天然情況減少64.9 m3/s；平水年梯級運行徑流量比天然徑流量減少44.8 m3/s；枯水年梯級運行徑流量比天然徑流量減少3.96 m3/s，基本持平。

4) 從1983～2008年典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級運行徑流量比天然情況減少164 m3/s；平水年梯級運行徑流量比天然徑流量減少59.9 m3/s；枯水年梯級運行徑流量比天然徑流量大，增加25.8 m3/s。

5) 比較各典型年徑流量過程的變化，梯級電站運行徑流量和徑流過程改變天然狀態，枯水年影響最大，其次是平水年，豐水年影響相對小。

5 結 論

從以上分析可知，豐滿水電站的運行改變了河流天然狀態年際徑流量和徑流量分布。汛期豐滿電站出庫徑流量比天然情況減少，平均變化率為-29.5%，將水蓄積；枯期梯級電站斷面徑流量比天然狀況增大，平均變化率為13.4%。改變了徑流的年內分配，減少了汛期水量，增加了枯期水量，相應地使汛期和枯期水位發生變化。在上游徑流量小的情況下，仍可正常發電。豐水年情況下，各梯級電站年平均流量比天然壩址流量減少，而枯水年各梯級電站年平均流量比天然壩址流量持平或增加，表明豐滿水庫的多年調節作用顯著，將豐水年水量調至枯水年用，增加了枯水年的水量。

梯級電站聯合運行后，改變徑流的年際分配，通過白山水庫和豐滿水庫的多年調節作用，將豐水年水量調節至枯水年用，增加了枯水年的水量。這些影響對下游地區開發能源、發展農田灌溉、提高航運能力、改善生態環境等，都有著極其重要的意義，其效益是十分巨大的。

由此可見，梯級開發對徑流的人工控制完全改變了松花江中下游自然河流狀態的徑流量年內分配，影響很大。