不同水文序列下的徑流規(guī)律分析

張婷

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽441025）

水電站的能量指標(biāo)反映水電站的能量特性，主要包括保證出力、多年平均發(fā)電量和多年平均耗水率；能量指標(biāo)復(fù)核前往往需要對流域的徑流規(guī)律進行分析。肖文瓊[1]等通過研究水文規(guī)律和電站的實際運行調(diào)度得到影響電站能量指標(biāo)的因素；李子婷[2]和李慧[3]則以安康水電站為例，研究分析徑流序列延長后能量指標(biāo)的變化趨勢。

目前對于徑流分析的方法較為單一；肖文瓊等使用的徑流數(shù)據(jù)較短，缺乏規(guī)律性，李子婷和安慧雖然分析了較長的水溫序列，但僅以水文序列長度來劃分歷史水文序列的方法缺乏代表性和說服力。本文以某流域為研究對象，從徑流周期、徑流過程和徑流總量三個角度入手，對比分析徑流規(guī)律并提出分類標(biāo)準(zhǔn)分類。

1 連續(xù)徑流的豐枯分段

1.1 豐枯周期

通過小波分析方法得到相應(yīng)的時間尺度下歷史徑流序列存在的平均周期和豐枯變化特征。

目前，可以選擇的小波函數(shù)有Mexican hat 小波、Haar 小波、Morlet 小波和Meyer 小波。根據(jù)研究需要，我們選用Morlet 連續(xù)復(fù)小波變換[4]，將系數(shù)代入式小波方差公式（1）得到徑流變化的小波方差，并可繪制小波方差圖（如圖1 所示）。

圖1 小波方差圖

由圖1 可知，最大峰值對應(yīng)的時間尺度為29 年，這說明此時間尺度下震蕩最強，是歷史徑流時間序列的第一主周期。

1.2 豐枯分段

依據(jù)豐枯周期的計算結(jié)果，找出時間尺度為29 年所對應(yīng)的小波系數(shù)，并繪制出其小波系數(shù)圖（如圖2 所示）。

圖2 水電站A 壩址年徑流量的29 年特征時間尺度小波實部過程線

由圖2 可知，在29 年特征時間尺度上歷史徑流序列總共出現(xiàn)了7 次豐枯交替，而豐枯交替的周期大約為10 年。選擇歷史徑流序列中1960～2009 年作為研究對象，將徑流序列劃分成5個連續(xù)的豐枯段（1960-1969，…）進行分析，并分別用Ai（i=1～5）表示。

2 按徑流過程分類

2.1 分類標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)P 為每月徑流量占全年徑流總量的百分比，計算公式為：

進一步逐年逐月分析Pi,j后可知，雖然水電站A 的來水都集中在汛期2-8 月，按但汛期內(nèi)的具體來水情況卻存在差異；有的年份汛期內(nèi)來水集中在汛前期2～5 月，而有的年份汛期內(nèi)來

表1 歷史徑流序列按徑流過程分類結(jié)果

表2 歷史徑流序列按徑流總量分級

水則集中在汛后期6～8 月。考慮來水在汛期存在的時間差異，依據(jù)月平均流量為前豐后枯和前枯后豐徑流過程將歷史徑流序列劃分為兩類水文子序列。

根據(jù)流域的徑流特性，設(shè)P1為2～5 月徑流量占全年徑流總量百分比的平均值，P2為6～8 月徑流量占全年徑流總量百分比的平均值，計算公式分別為：

式中，Pi,j表示第i 年第j 月徑流量占當(dāng)年徑流總量的百分比。

2.2 分類結(jié)果

3 按徑流總量分級

流域的年徑流量波動較大且有明顯的豐枯規(guī)律，將歷史徑流序列按年徑流總量分級，劃分成豐、平、枯三個級別的水文子序列。

3.1 分類標(biāo)準(zhǔn)

參照《能量指標(biāo)復(fù)核》中對于水電站A 典型年的選取標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)Qi為年平均流量，取Q 為多年平均流量，Q25%為保證率為25%的年平均流量，為保證率為Q75%的年平均流量，Qi的計算公式如下：

式中：Qi,j為第i 年第j 月的平均流量，單位m3/s。

3.2 分類結(jié)果

4 結(jié)論

本文從徑流周期、徑流過程和徑流總量三個方面劃分歷史徑流序列，解決了能量指標(biāo)研究中徑流序列劃分方法單一且缺乏科學(xué)依據(jù)的問題，通過不同的分類方式全面闡釋了流域徑流的特征。