青衣江中上游水利水电工程对水文预报的影响及对策

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(四川省雅安水文水资源勘测局，四川 雅安，625000)

1　基本情况

1.1　流域概况

青衣江中上游地理位置介于青藏高原与四川盆地之间的过渡地带，区内山地面积占总面积的90%以上，极高山、高山、中山、低山、丘陵、河谷阶地、浅丘、平坝等地貌种类齐全，流域地形大致以炳灵、荥经、天全、灵关、大川一线为界，分东西两大片。东面属低山丘陵区，地势平缓，海拔高程约600m～1100m，河谷呈“U”型，有宽阔的漫滩和阶地，河道比降约1.8‰；出露地层多属侏罗系及白垩系，地质构造较单一，以褶皱变动为主，河床覆盖较浅，地震烈度Ⅵ-Ⅶ度。西面约占流域面积的60%，多为高山峡谷；人口稀疏，耕地较少，森林广布，覆盖良好，海拔高程一般在1000m以上，河谷多呈“V”型，漫滩阶地极少，河道比降大于8‰；区内出露地层多属古生界，地质构造复杂，褶皱强烈，断裂发育，地震烈度为Ⅶ-Ⅷ度。

青衣江属岷江右岸的二级支流，飞仙关以上为上游，河长147km，控制集雨面积8750km2；飞仙关以下为中下游，河长142km，区间集雨面积4147km2。干流长总计289km，落差2844m，流域面积12897km2。

1.2　青衣江暴雨及洪水特性

青衣江在历史上就是洪水多发、易发区域，洪水多由暴雨形成。青衣江中上游多以山地为主，该地域水系发育、河网密度大，具有丰富的洪水来源。虽然植被较好，但山地地形落差大致产流速度快，发达的水系、比降较大的山溪型河流使汇流速度很快，特别是飞仙关以上扇形水系极易洪水汇集。在降雨、植被、地形、地理位置、特殊的水系结构等各种因素共同作用下，青衣江洪水具有暴涨暴落、峰高量大、峰形尖瘦的特点。区内气候类型多为以亚热带气候为基带的山地气候，年均降水量1700多mm，在内地城市中名列第一，汛期降雨量占全年降雨量的80%以上，且具有夏多暴雨、秋多绵雨、夜雨偏多、地方性小气候差异大的特点。

近30多年来，青衣江干流虽然未发生7000m3/s以上较大洪水，但受全球大尺度气候异常及局部地形和水利水电工程等因素的影响，青衣江中上游点暴雨、局部暴雨呈现出量大、强度大、次数增多趋势；支流或干流局部河段发生较大洪水趋势增大，从近几年实测水文资料看局部支流相继发生超过10年、20年一遇洪水，中小洪水甚至出现复式洪峰的洪水情况。

根据年最大24h暴雨均值等值线图、年最大3日暴雨均值等值线图资料，青衣江中上游的宝兴河下游、荥经河、天全河中下游、陇西河、周公河、名山河、青衣江中游等位于暴雨区中心最高值区域，天全河中上游、宝兴河中游、芦山河中游位于暴雨区中心附近的高值区域，宝兴河上游、芦山河上游位于暴雨区边缘，根据实测最大24h暴雨量分布图资料，暴雨中心24h暴雨量普遍达300mm以上，暴雨中心个别点甚至达到500mm以上。

据青衣江干流控制性站多营坪水文站历年洪水资料分析，洪水过程线多为单峰，洪水历时一般2d～3d。年最大流量均出现在6～9月，尤以7、8两月最频繁。多营坪水文站(1955～2016年)历年最大洪水在各月发生频次见表1。

表1多营坪水文站(1955～2016年)年最大洪峰流量出现频次

1.3　水利水电工程概况

青衣江中上游水利水电工程主要包括无调节能力的水电站，日调节、年调节的水电站，生活生产引水工程，农田灌溉引水工程等。其中大小水电站上百个，电站中又以无调节和日调节的电站为主，具有年调节的电站有硗碛电站、瓦屋山电站。其中硗碛电站的水库为青衣江源头水库，瓦屋山电站的水库在青衣江支流周公河上。

2　水利水电工程对水文情报预报影响分析

2.1　枯水期和丰水期对径流的影响分析

丰水期定为5～10月，枯水期定为11～次年4月。

对青衣江枯水期和丰水期径流形成影响的主要为硗碛水电站、瓦屋山水电站，但日调节电站对径流也有一定影响。由于硗碛、瓦屋山电站均在2008年才建成，建成后的年限太短，得出的均值不够可靠，所以本文选用雨城电站来分析。雨城电站1996年建成，为青衣江干流上第一个拦河坝电站。表2、表3分别是雨城电站建成前后多营坪各月平均流量和最大流量对比情况。

表2雨城电站建成前后多营坪站各月平均流量对比情况　单位：m3/s

表3雨城电站建成前后多营坪站各月最大流量对比情况　单位：m3/s

从表2、表3统计情况可以看出，雨城电站建成后，枯水期月平均流量变小7.2%，丰水期月平均流量变小19%，而枯水期月最大流量却变大26.5%，丰水期月最大流量变化不大。显然电站建成前后对月均流量和枯水期最大流量影响较大，掌握这些特点，对枯水预测和汛期预测具有一定的参考价值。

2.2　对不同级别洪水的影响分析

水利工程对洪水具有一定的调节能力，为了清楚地掌握电站运行对不同级别的洪水产生的影响，应先了解电站的运行调度情况，以雨城电站为例，详细情况见下表4。

表4雨城水电站汛期设计闸门调度运行方式

电站对不同级别的洪水的处理方式不一样，对不同洪水的影响也就不一样，现就不同级别的洪水分别探讨。以下洪水过程均为多营坪水文站的实际观测资料，该站为国家级重点水文站，距离雨城电站大坝下游300m左右，为雨城电站的出库站，能真实反映电站的调节影响。

2.2.13000m3/s以下的一般洪水特点

图1为建库前后多营坪水文站3000m3/s以下流量的洪水过程对照图。从图中可以看出，建库前洪水过程更为平稳，退水过程较长，但是建库之后在涨水过程中1500m3/s以下有人为调控影响，在退水过程中，明显电站在开始蓄水，符合电站的运行方式，在这一过程中，电站的蓄水意图明显，并最终蓄水成功，但没有对最大洪峰的峰量造成影响。在整个过程中洪峰量变化不大，退水过程加快。

图1　建库前后3000m3/s以下流量洪水过程对照

2.2.23000m3/s以上5000m3/s以下的较大洪水特点

图2为建库前后4000m3/s流量左右的洪水过程对照图。从图中可以看出，在退水过程中还有蓄水意图，但是由于库容不大，最终回归天然状态。在整个过程中电站有积极调峰、削峰、蓄水意图，但最终限库容和大坝安全，并没有蓄水成功，有一定的削弱洪峰效果。

图2　建库前后4000m3/s流量左右洪水过程对照

2.2.35000m3/s以上的大洪水特点

图3为建库前后5000m3/s以上流量的大洪水过程对照图。在这个洪水过程中，电站是全力保证大坝安全，完全回归了天然洪水状态，在退到1500m3/s左右才开始有蓄水意图。

图3　建库前后5000m3/s以上流量大洪水过程对照

3　水利水电工程对洪水影响的水文预报分析及对策

3.1　合成流量预报法原理

对于有两条以上的支流汇入的河段，在作洪水预报时，可用合成流量法完成预报。认为各上游控制站传到下游控制站的流量是相互独立，可以迭加，且不考虑干、支流洪水波之间的相互干扰。因此，同时到达下游控制站的各上游控制站流量加上区间降水流量(区间降水也可看成一条支流)应等于下控制站的流量，其关系式如下：

式中：Q下，t——下控制站流量(m3/s)；

Q上i，ti-τi——上控制站流量(m3/s)；

Q区间，t——区间流量(m3/s)；

n——干支流数；

t——传播时间(h)。

在上述公式中t值的确定最为关键，要求必须考虑干、支流洪水波的干扰和流量大小，采用变动的传播时间较为合适。为了简便，也可以从历年水文资料中选取合适的多次洪水求其平均传播时间。对于区间雨量形成的径流也可以通过历年水文资料分析求出相关参数参与洪水预报，才符合水量平衡的基本原理，保证预报的准确性。

修建水利水电工程后的径流，是天然状况下受到人为调节的径流，所以新的预报方案在原有预报方案的预报量的基础上修订人为调节量，即原有预报量减去入库流量与出库流量之差值。其预报公式变为：

水文预报的对策主要就是确定人为调节量，并把人为调节量放到预报当中来，人为调节量包括时间上的调节和水量上的调节。

3.2　水利水电工程对洪水影响的水文预报对策

目前雨城水电站是青衣江干流上重要的第一个蓄水式电站，具有一定的调节能力。本文就选用雨城电站的出库控制站多营坪水文站来分析说明。

多营坪水文站以上的来水主要是干流的宝兴河，支流的天全河、芦山河、荥经河，再加上期间降水量。干流上有硗碛水电站为年调节电站，但在其下游有宝兴水文站控制观测洪水，所以在给多营坪水文站做短期预报时可以不考虑其影响，宝兴水文站以下还有一些电站，为日调节和无调节电站，对洪水也有一定的调节能力，飞仙关电站正在修建中，各支流上也有相应的控制水文站，控制水文站到多营坪水文站之间有各类小电站。多营坪水文站的洪水预报结合建站后洪水过程特点与雨城电站的运行调度操作做出相应的对策如下：

(1)1500m3/s以下，电站以发电为主。这个级别的洪水预报，电站以发电为主，洪峰过后，尽量蓄水，水位很快降到低水位，在对下游预报时，涨水过程和洪峰与原有方案基本一致，退水过程因蓄水而加快。

(2)3000m3/s以下，建库前洪水过程更为平稳，退水过程较长，但是建库之后在涨水过程中1500m3/s以下有人为调控影响。在整个过程中，洪峰量变化不大，退水过程加快。在预报洪峰时，应注意电站接到洪水预报时，可能提前放水，有一定的削峰作用，退水时有蓄水意图，退水过程明显加快。

(3)3000m3/s以上至5000m3/s以下洪水上涨过程与天然一致，退水时有蓄水意图，退水过程加快。流量越大就越接近天然状态，流量越小受电站控制越强，在作洪水预报时，根据上游的洪水大小，结合电站运行特点来决定其受影响程度。总的来说3000m3/s以上的流量涨水过程与天然状况一致，退水过程加快，在径流降到2000m3/s，电站随时都有蓄水的意图，结合上游来水量做出退水预报。

(4)5000m3/s以上洪水过程完全吻合天然径流状况。大洪水、特大洪水电站不做调节，完全回归天然状态。

(5)电站修建后在枯水期月平均径流减少的情况下，反而最大月平均流量变大明显。在枯水期由于径流量较小，相对来说电站调节能力就更强，电站为获得经济效益，并依照国家电网的调控，对枯水期径流进行了很大程度的径流调节。根据建站后枯水期水位过程线的多年收集资料，得出水位在5时至10时保持最低水位，10时至23时保持中水位，23时开始涨水，次日1时达到最高，5时又退至最低水位的有规律的锯齿形变化。根据这一特点结合总体来水量的限制，可以准确预报枯水期径流。

(6)年径流、月平均流量在逐步变小。因为在各条重要河流上都有水文监测点，所以这一现象不影响短期的水文预报，在中长期水文预报中，有一定指导意义。

根据平时的预报，还发现以下一些特点：①预报单位给电站作出大洪水预报之后，电站为安全会提前放水，造成下游洪水的提前到来；②梯级水库形成后，回水线大大延长，缩短了水库与水库之间的距离，使得上下游之间的传播时间缩短；③由于洪水变化大，致水文站水位流量关系发生变化，在做预报时不能反映流量的真实情况，降低预报精度。应该要求水文站在水位流量关系变化之后，尽快做出新的关系线，确保预报精度。

其他有调节能力的电站所在断面的洪水预报，可以根据雨城电站建成后多营坪洪水的特点，结合电站自身水库的库容大小、电站的调节能力和运行方式来做出预报。梯级开发河段所在下游电站的洪水经过多个上游电站调节后，以上的特点更加显著。

4　结语与建议

修建水利水电工程后的径流，是天然状况下受到人为调节的径流，所以新的预报方案在原有预报方案预报量的基础上修订人为调节量，即原有预报量减去入库流量与出库流量之差值。这种预报思路满足水量平衡原理，可以用于实际水文预报中来。但是存在人为调节量确定难的问题，所以应在重要河段上有日调节能力的电站设立入库、出库水文站，并且加强对电站运行方式的了解与掌握，重点分析建站前后的洪水过程变化，并把分析成果用于实践，在实际工作中检验，修订预报方案，使之逐步完善。同时应加强同洪水调度者的联系，特别是梯级开发的河流，非常有必要加强上下游之间的联系，动态掌握各电站调度情况。适时滚动修订预报，提高预报精度。随着社会的发展，还有更多的水利工程修建，河流径流状况会有新的变化，所以要不断地研究预报方案或者方式，以满足新的预报要求。

建议防办协调预报单位、各水电站组建水情信息和调度信息平台，实现资源信息共享，联合调度，精确预报，统一指挥，实现最大的经济效益，确保防洪安全；在重要河段上有日调节能力的电站设立入库、出库水文站，掌握电站入库、出库流量过程，以此提高预报精度。