白鹤滩水电站水文要素特征分析

曹 辉，张继顺，陈翠华

(1.中国长江三峡集团公司，北京100038;2.三峡水利枢纽梯级调度通信中心，四川成都610041)

河川径流特性分析是河流水文系统的重要内容，分析径流的变化趋势，了解与掌握各区域的水资源特征及规律，对于认识径流的形成及其演化规律、合理利用水资源具有重要意义[1]。白鹤滩水电站主要特性指标：地下洞室群规模世界第一、单机容量100万kW世界第一、300 m级高坝抗震参数世界第一、圆筒式尾水调压井规模世界第一、无压泄洪洞规模世界第一、300 m级高坝全坝使用低热水泥混凝土世界第一、拱坝总水推力1 650万 t世界第二、拱坝坝高289 m世界第三、枢纽泄洪功率世界第三、工程综合技术难度名列世界前茅。因此，了解白鹤滩水文特性对工程建设和后期运行至关重要。本文根据前期设计阶段成果并结合最新水文资料，对其坝址径流及洪水特性进行分析与阐述[2]。

1 工程概况

(1)白鹤滩水电站位于四川省凉山州宁南县和云南省昭通市巧家县境内，是金沙江下游四个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的第二个梯级，工程开发目标以发电为主，兼有防洪、航运、拦沙、促进地方经济社会发展等综合效益。其坝址以上控制流域面积43.03 万km2，大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289 m，正常蓄水位825 m，防洪限制水位785 m，总装机容量1 600万kW，多年平均发电量624.43亿kW·h，水库具有年调节能力，调节库容 104.36亿m3，防洪库容75 亿m3；水库淹没影响涉及川、滇两省近10万移民。根据施工总体规划，大坝将于2021年5月下闸蓄水，同年首批机组投产发电，全部机组将于2022年底建成投产。

(2)白鹤滩水电站坝址上游约42 km建有华弹水文站(2014年迁建至白鹤滩坝址下游4 km处)，控制流域面积425 948 km2，占白鹤滩坝址集水面积的99%，控制除黑水河以外绝大部分流域。因此，坝址径流设计依据站为华弹水文站和宁南水文站；洪水设计依据站为华弹水文站。金沙江下游主要干支流情况见表1。

表1 金沙江下游主要干支流情况 km2

2 径 流

(1)径流年际变化。白鹤滩坝址多年平均径流量约为1 291亿m3，其中，华弹站平均径流量为1 263亿m3，占到坝址径流量的98%[3]，黑水河宁南站多年平均径流量约为28亿m3。根据表2和图1华弹站多年径流情况可以看出，20世纪50年代是明显风水段；而60年代中期至80年代，进入枯水段；90年代末至2005 年，是丰水段；2006年以后为连续枯水年；华弹站各时段年均径流量均有一定变化，但无明显周期性规律[4]。

表2 华弹站径流量年际变化对比

图1 华弹站多年径流过程线

(2)径流年内分配。白鹤滩坝址所在区域属于金沙江干热河谷气候，干湿季节分明，年降水量在500～900 mm之间，主要集中在5月～10月，可占全年总降水量90%以上，径流主要来自降水，年内变化规律与降水规律基本一致[5]。

金沙江径流的年内变化规律一般为：2月～3月为年内径流最枯时段，4月～5月份径流缓慢增加，6月份径流增加明显，7月～9 月份径流为年内最丰时段，10 月份径流明显减少，11月～次年1月径流不断减小，形成显著的年内径流变化规律。年径流主要集中在6月～10月份，占年径流的75%左右；金沙江干流各站年内月径流以8月份最丰，可占年径流的19%左右[6]，具体年内分配情况见表3。

表3 白鹤滩坝址径流量年内分配统计

3 洪 水

金沙江洪水主要由暴雨形成，特别是干流中、下游洪水具有大范围、长历时降水的特点。其流域面积广大，地形地势差异极大，暴雨的时空分布极不均匀，全域性同时发生暴雨的几率较小，但降水可在不同地区连续发生，加之金沙江流域形状狭长，汇流历时较长，致使不同河段洪峰的发生时间并不相应；干流整个汛期洪水过程，基本上表现为不断叠加的复式峰型，前一次洪水过程尚未退尽，后一场洪水又接着开始起涨，一般7月份开始，10月份结束；年内最大场次洪水过程一般历时30～60 d，下游较上游持续时间长[7]。

3.1 历史洪水

分析金沙江流域历史洪水，白鹤滩坝址洪水组成可分为三种情况：

第一类，以金沙江中游来水为主，雅砻江为一般洪水。如1966年8月洪水，该场洪水在金沙江中、下游干流攀枝花、华弹站都十分突出，各站洪峰均列实测系列之首；该年洪水在雅砻江支流并不突出，在小得石站仅列实测洪水的第5位。

第二类，以雅砻江来水为主，金沙江中游为一般洪水。如1965年8月，小得石站洪峰列实测系列之首，攀枝花站洪峰在实测系列中的排位在第十位之后，金沙江中游、雅砻江、(攀枝花、小得石)～华弹站区间洪水叠加，致使华弹站洪峰达21 800 m3/s，列实测系列的第5位。

第三类，金沙江中游攀枝花、雅砻江小得石站为一般性大洪水，两江洪水叠加形成华弹站大洪水。如1974年9 月洪水，攀枝花站洪峰列实测系列的第9位，小得石占洪峰列实测系列的第6位，攀枝花、小得石洪水叠加形成华弹站洪峰22 300 m3/s，列实测系列的第四位[8]。金沙江中下游前五位最大洪峰排位及发生时间见表4。

表4 金沙江中下游前五位最大洪峰排位及发生时间 m3/s

3.2 设计洪水

根据设计阶段成果[9]，白鹤滩水电站按年最大值独立取样原则，矩法初估参数，适线法确定统计参数[10]，白鹤滩坝址10 000年一遇校核洪峰为46 100 m3/s，1 000年一遇设计洪峰为38 800 m3/s；10 000年一遇、1 000年一遇3、7 d洪量分别为113.0、95.2亿m3和240.0、202.0亿m3，具体设计洪水成果见表5。

4 结 论

(1)白鹤滩坝址多年平均径流量约为1 291亿m3。其中，干流1 126亿m3，占98%；坝址来水近5年均值为1 151亿m3，偏枯7%左右。

(2)白鹤滩降雨主要集中在5月～10月，可占全年总降水量90%以上；径流主要来自降水，年内变化规律与降水规律基本一致，6月～10月径流约占年径流的75%左右。

表5 白鹤滩坝址设计洪水频率

(3)白鹤滩坝址历史最大洪峰流量25 800 m3/s，约为30年一遇洪水。根据可研阶段设计成果，白鹤滩坝址10 000年一遇校核洪峰为46 100 m3/s，1 000年一遇设计洪峰为38 800 m3/s。