绰斯甲水电站设计洪水分析与研究

张 植

（中国安能集团第三工程局有限公司,四川 成都 610000）

中国经济发展面临的环境污染问题和节能减排压力,使得中国能源形势日益严峻[1]。水电由于具有低碳、经济、高效等优势,在清洁能源发展中占有重要地位[2]。近年来,中国水电建设快速发展,为东、中部经济发展提供能源保障的同时,也为西部大开发战略的实施带来有力支撑[3]。水电开发建设除了具有显著的发电、防洪、灌溉、航运等效益外,对社会经济发展也具有很强的推动作用[4-6]。

绰斯甲河是大渡河东西两源中的西源,发源于青海省和四川省交界的巴颜喀拉山东南端,上源称杜柯河,东南流至青海省班玛县境内的达卡乡,接右岸支流夏曲后继续东南流进入四川省色达县,经色达县的年龙、知钦后进入壤塘县,过上杜柯后折向南流不远后又转向东南流,经壤塘县城后往南,在二林场上游与右岸最大支流色曲汇合后叫绰斯甲河,到上寨转向东流,在蒲西上游左岸纳入尤日柯河,蒲西下游从右岸纳入斯格日沟后,继续东流并进入金川县,在二嘎里乡左纳磨子沟,右纳俄日河,至木尔宗乡右纳入太阳河,于可尔因汇入大金川。

绰斯甲流域群山环绕,地势西北高东南低。绰斯甲河东与足木足河分水,北与黄河为邻,西南部与雅垄江、鲜水河相望,南与大渡河支流革什扎河为界。域内支流发育,但左右岸支沟不对称,较大支流均位于右岸,如夏曲、色曲、俄日河、太阳河等。绰斯甲河流域位于青藏高原东南边缘,系典型的高山峡谷地貌,受高空西风环流和西南季风气流影响,高原季风性气候十分显著。

本文参照绰斯甲河流域地理位置,通过对绰斯甲河流域的径流特性分析和绰斯甲水电站坝址径流计算,进行设计洪水,充分利用绰斯甲河流域的水资源,设计洪水参数以期作为试验数据选取的参考。

1 绰斯甲河流域的径流分析

1.1 径流特性

流域的径流主要由降水形成,其次为融雪、地下水等。由于域内植被良好,流域调节性能相对较好。

据绰斯甲水文站1960 年5 月～2018 年4 月径流系列统计,多年平均流量为179 m3/s,折合成年径流量为56.5 亿m3。径流的年内分配和降雨的年内分配基本相应,丰水期（5 月～10 月）多年平均流量为292 m3/s,占年径流量的81.9%,枯水期（11 月～翌年4 月）多年平均流量为65.4 m3/s,占年径流量的18.1%。绰斯甲水文站最丰水年（2012 年5 月～2013 年4 月）和最枯水年（2002 年5 月～2003 年4 月）平均流量分别为270 m3/s和99.5 m3/s,分别为多年平均值的1.51 倍和0.56 倍,径流的年际变化不大。

1.2 绰斯甲水电站坝址径流计算

根据壳三水文站1960 年2 月～1962 年7 月实测径流系列,按面积比一次方推求得到绰斯甲电站～绰斯甲水文站区间同期径流系列,再由绰斯甲水文站减去区间径流,得到闸址1960 年2 月～1962 年7 月的径流系列,建立闸址与绰斯甲水文站同期月径流相关,相关关系较好,据此推求闸址径流系列,得到绰斯甲水电站闸址1960 年～2018 年径流系列。

根据绰斯甲水电站闸址1960 年6 月～2018 年5 月共58 年径流系列,分别进行年（5 月～翌年4 月）、枯水期（11 月～翌年4 月）平均流量的频率计算,用数学期望公式：计算经验频率,以P－Ⅲ型曲线适线确定其统计参数,由此得到闸址径流设计成果。经与可研阶段成果相比,差异不大,本次仍采用可研阶段径流成果。绰斯甲水电站闸址设计径流成果见表1。

表1 绰斯甲水电站闸址径流设计成果表

2 绰斯甲水电站设计洪水分析

2.1 暴雨洪水特性

绰斯甲流域属青藏高原边缘地区,远离水汽源地,并受青藏高原大地形的影响,暴雨的量级不大,实测最24 小时暴雨仅为61.9 mm（1991 年9 月9 日）。

洪水主要由暴雨形成,洪水以单峰为主,洪水历时一般7 天左右。

据绰斯甲水文站1960 年～2018 年资料统计,历年实测年最大流量最大值为1550 m3/s（发生在1992 年6 月29 日）；最小值为410 m3/s（发生在2002 年6 月23 日）。年最大流量最早出现在6 月13 日（1971 年）,洪峰流量为846 m3/s；最晚出现在9 月29 日（1988 年）,流量为688 m3/s。年最大洪水一般发生在6 月～9 月,其中发生在6 月～7 月约占的69.5%,其中尤以7 月份发生的次数最多,占总数的47.5%。绰斯甲水文站年最大流量各月出现频次见表2。

表2 绰斯甲水文站年最大流量各月出现频次表

2.2 历史洪水

为大渡河规划设计需要,成都院于1966 年在绰斯甲河段进行了洪水调查。访问河段以观音岩、麦斯卡为中心,上至二岗里、下至森工局约18 km 范围内进行,共访问20 多位老人。由于沿河居民居住较高且离河较远,洪水对当地居民威胁较小,洪水给当地人印象不深,访问条件亦较差。调查到的首大洪水1904 年,洪痕点2 个,可靠性较差,二大洪水1927 年,洪痕点2 个,较可靠。此外,调查到较大洪水还有1917、1948 年,但年份述说不够确切,未作排序。

根据《四川省洪水调查资料》,1904 年和1927 年洪峰流量分别为2850 m3/s 和1390 m3/s。由于1927 年洪水流量小于实测的1992 年（1550 m3/s）、1993 年（1420 m3/s）,量级不突出,且有上游海子爆涨水等非天然因素,设计洪水计算不予考虑。由于本地区属少数民族地区,缺少历史文献资料,历史洪水重现期难以追溯到更远的年代,故只能从1904 年起算,1904 年洪水作为1904 年来的首大洪水,重现期为115 年。

2.3 分期设计洪水

根据绰斯甲流域的降雨洪水特性及绰斯甲水文站1960 年～2018 年的年、月最大流量散布图,全年可分为1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月～9 月、10 月、11 月、12 月共9 个时段。在各时段内采用年独立最大取样,分别组成各分期连序系列,进行频率计算,汛期6 月～9 月采用年最大洪峰流量频率计算成果。

绰斯甲水电站闸址分期设计洪水由绰斯甲水文站各分期设计洪水按面积比的不同次方推求。其中,1 月、2 月、3 月和11 月、12 月采用面积比一次方,4 月、5 月、10 月采用面积比0.8 次方。汛期（6 月～9 月）采用闸址设计洪水成果。由于5 月末6 月初洪水量级较大,故将汛期设计成果提前5 天使用,其余各分期成果按分期使用。

绰斯甲水电站闸址分期设计洪水成果见表3。

表3 绰斯甲水电站闸址分期设计洪水成果表

2.4 设计洪水计算

根据绰斯甲水文站1960 年～2018 年年最大洪水系列,加入调查的1904 年历史洪水（历史洪水重现期难以追溯到更远的年代,故只能从1904 年起算,1904 年洪水作为1904 年来的首大洪水,重现期为115 年）,组成不连序系列进行频率计算。经验频率按期望公式计算,用P-Ⅲ型理论频率曲线适线确定统计参数。

根据大渡河上游流域各支流水文站洪水频率计算成果,绘制区域洪峰流量地区综合关系,可以看出,地区综合面积比指数与通常采用的2/3 基本接近,故本次电站设计洪水计算时,采用面积比的2/3 次方,将绰斯甲水文站频率计算成果推算到绰斯甲电站闸址,成果见表4。

表4 绰斯甲水电站闸址设计洪水成果表

3 结语

通过对绰斯甲河流域的径流特性分析,绰斯甲水文站最丰水年和最枯水年平均流量分别为270 m3/s 和99.5 m3/s,分别为多年平均值的1.51 倍和0.56 倍,径流的年际变化不大。经绰斯甲水电站坝址径流计算,与可研阶段成果相比,差异不大,仍可采用可研阶段径流成果。依据大渡河上游流域各支流水文站洪水频率数据,得到区域洪峰流量地区综合关系,得出该地区综合面积比指数与通常采用的2/3 基本接近,因此,绰斯甲水电站设计洪水计算,采用面积比的2/3 次方为宜。