国外水电站水文分析计算及几点思考

摘 要：以南沐1水电站水文分析计算工作为例，结合其他项目设计实践，阐述了国外水电项目水文工作情况、存在的问题，探讨了中西方设计理念差异，提出利用网络共享3S数据输入水文模型进行计算，解决水电站前期设计中“无米下锅”的难题。

关键词：水文分析计算；无资料地区；ArcGIS；DEM；3S；水文模型

近期国内大型水电站已陆续完工，少数处于建设期，在研水电站项目越来越少，国内水电市场已呈现出逐年萎缩的趋势。国内水电设计公司纷纷走出国门，将水电站市场经营重心转移到国外。本文以老挝南沐1电站为例，阐述国外水电站设计咨询工作情况及存在的问题，并提出了几点思考。

1 流域概况及基础资料收集

1.1 流域概况

南沐1电站位于老挝川圹省南沐河上。南沐河为流经老挝和越南的国际河流，其发源于两国国界处普赛莱楞山南麓。流域地形以山区为主，地势南高北低，地形高差较大，沟谷深切，水系发育，流域平均坡降约为33‰。南沐河流域属热带季风型气候，降水量较为丰富，森林覆盖率较高，主要植被类型为热带季雨林。

1.2 基础资料收集

1）数字高程模型（DEM）数据：收集了SRTM90m分辨率的DEM数据，其由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。

2）水文站点资料：南沐河老挝境内河段无水文站点分布，越南境内河段设有孟森水文站，距南沐1坝址河道距离约56km，其流域面积为2629km2，该站自1969年起有水文观测记录资料。由于越南对水文资料较为保密，且对中国公司警惕性较高，可研前期未从越南收集到该站点的水文资料；可研后期经过合作方协调，才从越南方面收集到该站点资料，该站具有1969年至2015年共47年的日水位、日流量和日降水系列。本文还收集南沐河流域邻近老挝境内的4个水文站点资料。

3）雨量相关资料：收集南沐河流域及邻近的18个雨量站点资料；收集了由湄公河委员会整编的老挝降水等值线图及邻近电站的相关设计资料。

2 水文分析计算

综合考虑后，选取本流域内孟森站作为设计依据站，其系列长度满足规范要求。

2.1 复核流域面积

1）利用1：5万地形图量算坝址及厂址控制流域面积，分别为900km2、1020km2；2）利用90m分辨率DEM借助ArcGIS软件，提取水系，面积量算成果分别898km2、1000km2。两种方法所得成果变幅均小于2%，故推荐采用1：5万地形图量算成果。坝址以上流域平均高程为1382m，河长约75km，河道比降约24.5‰。

2.2 坝址设计径流

南沐河流域的径流补给全部来源于降水，受降水时程分配的影响，流域内径流的年际变化不大，年内分配不均匀，6月～10月径流占全年的75%，11月～次年5月径流占全年的25%。

根据收集的雨量站点资料，利用ArcGIS软件的空间插值功能绘制区域降水量等值线图，同时参考老挝降水等值线图，量算得南沐1坝址和孟森站以上流域多年平均降水量成果，分别为1751mm、1365mm。根据孟森水文站多年平均流量成果，采用面积加降水量修正的水文比拟法推求电站坝址多年平均流量，成果為30.3m3/s。坝址月径流过程以孟森站过程为典型按两者多年平均流量比值缩放得到。

合理性分析：1）利用邻近流域2个系列较长的波利站及丛彤站采用水文比拟法计算得坝址多年平均流量分别为30.1m3/s、31.1m3/s，变幅仅为-0.7%、2.6%，成果均较为接近。2）坝址径流分配过程同孟森站；对比南沐河流域孟森站與波利站和丛彤站多年平均径流年内分配过程，如图1所示，可见三者相似性较高，最大月平均流量均出现在8月，最小值则出现在3月至4月。综上，本次径流计算成果是合理的。

2.3 坝址设计洪水

流域洪水主要由暴雨形成，多发生于6月至9月。洪水陡涨陡落，一次洪水过程一般在1天至3天左右，洪水过程以单峰型为主。

孟森站站于2011年6月25日发生了一场排位第一的特大洪水，洪峰流量为3680m3/s，是第二位洪峰流量2050m3/s的1.80倍，是多年平均洪峰流量712m3/s的5.2倍。经由本站及邻近站降水量、水位资料进行复核，当天降水量均达到150mm以上，水位为有记录以来最高值；查阅历年台风资料，2011年6月24日20时台风“海马”在穿越雷州半岛和北部湾后于越南北部沿海登陆，带来了大暴雨。综上，该场次洪水量级基本可靠。

利用孟森站47年洪峰系列采用P-Ⅲ型频率曲线适线，因2011年洪峰为特大值，其重现期还有待进行洪水调查考证，故适线时经过第二大洪峰点据，频率曲线见图2。采用水文比拟法（面积比的n次方）计算坝址各频率设计洪峰流量；根据孟森站及下游另一水文站同期洪峰系列分析得n为2/3。由此得到坝址校核标准（P=0.2%）洪峰为2600m3/s，设计标准（P=2%）洪峰为1360m3/s。

3 设计工作的几点思考

3.1 基础资料收集

南沐1电站可研初期依据原越南公司可研报告附录月值和40年洪峰资料开展水文分析计算；直到第二次咨询会后，才收集到孟森站逐日流量系列，并延长了2011年至2015年系列。但新增系列中2011年洪峰流量为特大值，复核后校核标准洪峰较原成果增大24%，导致需要重新调整枢纽布置，进而影响后续所有专业，调整工作量较大。

目前国外指标较优的水电站项目资源往往已被西方设计公司掌握，我国设计公司能进入的基本为经济发展落后、进场条件较差、政治形势不稳定的东南亚、非洲和拉美地区，这些地区大多对基础资料观测工作不重视。故在设计工作中，应积极收集研究流域的水文观测资料，必要时建立专用站积累水文资料，便于计算径流洪水，保证工作顺利推进，避免返工。

3.2 中西方设计理念差异

西方设计或咨询公司重视设计工作过程，报告论述详细，且大多不太认同中国常用的水文比拟法，而采用水文模型来确定设计径流和洪水成果。

而中国设计报告较少关注过程，更注重结果，且传统设计中较少采用水文模型方法。对于南沐1水文分析计算，拟在保留水文比拟法的同时，增加水文模型方法，在中西融合中扩大中国设计规范的影响。

3.3 无资料或短缺资料地区的前期水文分析计算

在水电项目前期规划工作中，往往来不及收集水文气象和地形资料，而又要估算设计流量，便于判断项目可行性及指标优劣程度，若按传统工作模式，则往往无法进行水文分析计算。利用网络共享的DEM、土地覆盖影像、土壤栅格、卫星测雨数据、空间插值的格点降水数据以及邻近站点流量系列，采用GIS软件可以提取流域水系，确定坝址流域面积，绘制降水量等值线图；采用水箱模型、SWAT模型等，可以由降水推求径流，将参数移植到研究流域推求坝址设计径流，解决无资料或短缺资料地区水文分析计算“无米下锅”难题，为项目判断决策提供较为可靠的参考。

4 结语

在国外水电项目设计工作中，应重视水文基础资料收集工作，并充分利用3S软件及网络共享3S数据、水文气象数据资源，建立一套新的水文分析计算模式，适应国际水电项目设计工作要求。

参考文献：

[1] 詹道江，叶守泽.工程水文学[M].中国水利水电出版社，2000，10.

[2] 王中根，刘昌明，等.SWAT模型的原理、结构及应用研究[J].2003，01.

作者简介：唐亚松（1985-），男，湖南临武人，工程师，从事水利水电勘测设计工作。