沅水流域徑流變化與電能影響分析

李玲

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 沅水流域概況及規(guī)劃情況

1.1 沅水流域概況

沅水流域跨湘、黔、渝、鄂4省市，干流分南北兩源，南源為主流。北源重安江發(fā)源于湖北省宣恩與鶴峰兩縣交界之酉源山，穿行于鄂、渝、湘3省邊境，屬典型的省際邊界河流；南源馬尾河（又名龍頭江）發(fā)源于貴州省云霧山，流經(jīng)都勻、凱里，在汊河口與重安江會(huì)合后稱清水江，然后流經(jīng)劍河、錦屏，至鑾山進(jìn)入湖南省芷江縣境，至黔城匯入河舞水后，水量大增，始稱沅水。沅水在湖南省境內(nèi)先后流經(jīng)芷江、會(huì)同、黔陽、懷化、溆浦、辰溪、瀘溪等縣境，至沅陵折向東北，經(jīng)桃源、常德注入洞庭湖。全流域面積89163km2，包括湘西、黔東南、渝東及鄂西等地，其中湖南省流域面積51600km2，占全流域的57.9%。沅水干流全長1028km，其中湖南省境內(nèi)干流長568km，落差187m。

沅水支流眾多，呈羽狀分布，流域面積大于2000km2的有渠水、河舞水、巫水、溆水、辰水、酉水及二級(jí)支流花垣河和猛洞河9條，其中河舞水和酉水的流域面積均大于10000km2。支流總流域面積54244km2，占沅水流域面積的61%，兩岸支流分布不對(duì)稱，左岸支流面積為右岸的2.8倍。

沅水干流及支流基本情況見表1。

1.2 河流規(guī)劃情況

沅水干流未開發(fā)的梯級(jí)多為調(diào)節(jié)性能相對(duì)較差的中低水頭電站，效益相對(duì)不夠好，根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，2003年《沅水干流規(guī)劃復(fù)核報(bào)告》，提出將三板溪至洪江河段遠(yuǎn)口和白市、托口和江市分別合并，將5個(gè)梯級(jí)（掛治、遠(yuǎn)口、白市、托口、江市）合并為3級(jí)，即掛治+天柱+托口，形成一個(gè)反調(diào)節(jié)、兩個(gè)不完全年調(diào)節(jié)水庫。洪江至五強(qiáng)溪河段基本維持原規(guī)劃方案，僅個(gè)別梯級(jí)水位等規(guī)模有一些變化，調(diào)整后為13級(jí)開發(fā)，即革東（505m）+三板溪（475m）+掛治（322m）+白市（300m）+托口（250m）+洪江（190m）+安江（165m）+銅灣（152.5m）+清水塘（139m）+大洑潭（129m）+漁潭（115m）+五強(qiáng)溪（108m）+凌津?yàn)?1m）。

表1 沅水干、支流基本情況表

目前，上游三板溪、掛治、下游五強(qiáng)溪、凌津?yàn)┘爸杏魏榻?、銅灣、大洑潭、清水塘電站已先后建成發(fā)電，上游白市、中游托口電站已開工建設(shè)。

2 沅水流域徑流變化分析

2.1 沅水流域徑流基本情況

流域暴雨發(fā)生在3～10月份，以5～10月份出現(xiàn)次數(shù)最多，大面積長歷時(shí)的暴雨一般發(fā)生在6～7月份。暴雨發(fā)生季節(jié)，有先（5～7月份）東南、后（6～8月份）西北的趨勢(shì)。流域內(nèi)實(shí)測(cè)最大1d、3d點(diǎn)雨量為325mm、446mm。暴雨的地區(qū)分布大致分為全流域、中下游、上游、中上游等4種情況，以中下游暴雨居多，且常與澧水、清江形成同一雨帶。暴雨走向一般自北向南，或自西北向東南。暴雨中心多出現(xiàn)在北部的沅陵、古丈及南部的雷山、丹寨一帶。全流域性暴雨（面平均雨量大于或等于50mm）歷時(shí)一般為1d，單站暴雨最長持續(xù)4d。除上游清水江為少雨區(qū)，湖南境內(nèi)平均降雨量約1500mm，下游地區(qū)及酉水流域較大，為（1500～1800）mm。沅水上、中游汛期4～9月份，降雨量為全年降雨量的70%～80%，下游及洞庭湖區(qū)汛期雨量占全年雨量的60%～70%。

受降雨特征影響，沅水流域徑流總量的75%在4～9月份，連續(xù)最大4個(gè)月的徑流量多發(fā)生在4～7月份，占全年徑流的62%左右，尤以5、6兩個(gè)月份為最大，可占全年的35%～40%，枯水期12月份及次年1月份的徑流量僅占全年的5%左右。

徑流的地區(qū)分配不均衡，下游的酉水、武水和溆水較大，上游渠水、河舞水和巫水較少，徑流模數(shù)最大相差1.66倍。

沅水流域設(shè)立最早的水文站為常德站，1924年10月開始觀測(cè)水位。全流域現(xiàn)有水文站43個(gè)，水位站12個(gè)，基本上控制了干、支流的水情變化，其中桃源站為沅水入洞庭湖的控制站。沅水干、支流主要水文站多年平均流量見表2。

表2 沅水干、支流主要水文站多年平均流量表

根據(jù)1956～2009年系列統(tǒng)計(jì)，桃源站多年平均流量1998m3/s。

多年平均年徑流量達(dá)630億m3（桃源站），占洞庭湖四水總量的39%。徑流分布與降雨的分布基本一致。洪水多發(fā)生在5月份下旬至7月份上旬，比年徑流量與之相近的湘江約滯后1個(gè)月。而汛期沅水入湖洪量約占四水總量的40%～50%。桃源站典型年徑流量逐月分配見表3。

2.2 沅水流域徑流變化分析

2.2.1 基本資料

（1）資料。

徑流資料為五強(qiáng)溪水庫的入庫資料。五強(qiáng)溪水庫位于沅水干流上，壩址控制流域面積83800km2，占全流域面積的93%。水庫正常蓄水位108.0m，相應(yīng)庫容29.9億m3；死水位90.0m，相應(yīng)庫容10.37億m3；汛限水位98.0m，防洪庫容13.6億m3，有效庫容20.21億m3，庫容系數(shù)0.033，為季調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)容量1200MW，多年平均發(fā)電量53.7億kW·h。

（2）分界年份的選取。

三板溪水電站位于沅水上游，在貴州省黔東南錦屏縣境內(nèi)，下距錦屏縣縣城25km，壩址控制流域面積11050km2，多年平均流量240m3/s。水庫正常蓄水位475.0m，相應(yīng)庫容37.5億m3，死水位425.0m，相應(yīng)庫容11.3億m3，有效庫容26.2億m3，庫容系數(shù)0.346，具多年調(diào)節(jié)性能。工程以發(fā)電和提高下游梯級(jí)電站的效益為主，并兼有防洪、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用效益。電站總裝機(jī)容量1000MW，保證出力23.5萬kW，年發(fā)電量24.3億kW·h，是沅水干流上唯一具有多年調(diào)節(jié)能力的龍頭電站。

表3 沅水流域桃源站典型年徑流量月分配表

三板溪水電站主要供電湖南，承擔(dān)湖南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。三板溪工程2002年7月開工建設(shè)，2003年9月大江截流，2006年7月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，12月4臺(tái)機(jī)組全部建成投產(chǎn)。本次以三板溪開工年份2002年作為分界年份，對(duì)徑流系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.2 分析方法及結(jié)果

對(duì)五強(qiáng)溪水庫1951年1月～2010年10月平均流量序列和各月平均流量序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以2002年為界分析多年徑流變化情況、趨勢(shì)及徑流變化年內(nèi)分布情況，分析結(jié)果見表4、表5。

表4 沅水流域五強(qiáng)溪水庫多年平均流量統(tǒng)計(jì)表（按旬統(tǒng)計(jì)）

表5 沅水流域五強(qiáng)溪水庫多年平均流量統(tǒng)計(jì)表（按月統(tǒng)計(jì)）

從表中可以看出，1951年1月～2010年10月共60年長系列逐旬徑流資料統(tǒng)計(jì)得，五強(qiáng)溪壩址多年平均流量1910m3/s；以2002年為分界，2002年以前（不包括2002年）五強(qiáng)溪壩址多年平均流量1931m3/s，2002年以后五強(qiáng)溪壩址多年平均流量1791m3/s，2002年以后多年平均流量與全系列（1951～2006年）距平為-6.23%，與2002年以前距平為-7.27%，顯示2002年以后徑流量呈減少趨勢(shì)。1951～2010年沅水流域年徑流變化情況見圖1。

圖1 1951～2010年沅水流域年徑流變化情況圖

月徑流量序列中，2002年以后的徑流序列全年數(shù)值盡管呈微弱的減少趨勢(shì)，但1月、2月、3月、11月、12月月平均流量較全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增長趨勢(shì)。其中1月、2月、3月、11月、12月各月份2002年以后的徑流序列平均流量分別為707，843，1439，1400，695 m3/s。其中2月、11月徑流變化過程見圖2、圖3。

無論是1951～2010年序列，還是2002～2010年序列，夏秋季各月份的距平值均為負(fù)，反映夏秋季的徑流呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，特別是在2002～2010年序列中，由于徑流總體減少明顯，在夏秋季表現(xiàn)徑流減少也更明顯。

圖2 1951～2010年沅水流域2月份徑流變化情況圖

圖3 1951～2009年沅水流域11月份徑流變化情況圖

2.2.3 徑流變化的成因

從1951～2010年沅水流域徑流分析可知，2002～2010年的9年間，年徑流量呈遞減趨勢(shì)，從圖1可以看出，2006年徑流量已到長系列的最小值，2007年徑流量開始回升，從長系列看，仍屬正常波動(dòng)。

2002年以后的1～3月平均流量較全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增長趨勢(shì)，經(jīng)分析，影響因素較多，從水量平衡的角度，區(qū)域徑流量受降水、蒸發(fā)、土壤含水量等因素影響，也可能受上游水利工程對(duì)徑流的重新分配影響。該時(shí)段內(nèi)，上游有三板溪和天柱等水庫在建，三板溪水庫2005年開始蓄水，對(duì)下游的徑流分配產(chǎn)生一定的影響，從降雨資料來看，2002年以后1～3月降雨量較以前系列略偏大，也對(duì)徑流分配產(chǎn)生一些影響。

3 徑流變化對(duì)已建電站電能影響分析

（1）設(shè)計(jì)年發(fā)電量是一個(gè)多年平均指標(biāo)，由于徑流的變化，年發(fā)電量有高亦有低，從以上分析可知，2002年以后，流域的徑流量正處于一個(gè)周期性的低值區(qū)，從2007年開始徑流量有回升趨勢(shì)，通常情況下年發(fā)電量也會(huì)上升。

（2）設(shè)計(jì)發(fā)電量是非常理想情況下設(shè)計(jì)的一種電站調(diào)度方式下的電量，而實(shí)際運(yùn)行過程中，因受電力系統(tǒng)負(fù)荷變化、水庫防洪調(diào)度、河川徑流以及調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和管理水平的影響，難以達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量，從已建電站統(tǒng)計(jì)分析，多年平均實(shí)際發(fā)電量一般只能達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量的90%左右。對(duì)于承擔(dān)防洪庫容較重的水庫，因受防汛調(diào)度的影響，多年平均實(shí)際發(fā)電量往往低于90%。

（3）五強(qiáng)溪電站和凌津?yàn)╇娬緦?shí)際發(fā)電量見表6。

從表6可知，五強(qiáng)溪電站運(yùn)行后的多年平均發(fā)電量47.72億kW·h，為設(shè)計(jì)年發(fā)電量53.7億kW·h的88.9%。

從2004年開始，五強(qiáng)溪水庫作為省內(nèi)汛期汛限水位動(dòng)態(tài)控制的試點(diǎn)，后被列入我國12座汛期汛限水位動(dòng)態(tài)控制試點(diǎn)水庫之一，應(yīng)該說，從2004～2010年間，水庫汛期的調(diào)度是在挖潛的，2005年和2006年發(fā)電量較小，僅為設(shè)計(jì)發(fā)電量的80.4%和81.5%；2007年徑流量僅為多年平均值的87.5%，由于受三板溪水庫調(diào)蓄影響，五強(qiáng)溪水庫上游來水較均勻，使得沅水流域下游的洪江、五強(qiáng)溪、凌津?yàn)╇娬灸臧l(fā)電量均超設(shè)計(jì)發(fā)電量。隨著水庫調(diào)度水平的提高，上游三板溪水庫的調(diào)蓄作用將進(jìn)一步發(fā)揮。

表6 五強(qiáng)溪和凌津?yàn)╇娬練v年發(fā)電量

綜合分析認(rèn)為：沅水流域從2002～2006年徑流量為周期性的低值區(qū)，從2007年開始徑流量又在上升。2005年和2006年發(fā)電量減少，主要是由于周期性的徑流變化引起的。從五強(qiáng)溪水庫實(shí)際運(yùn)行12年來看，多年平均發(fā)電量為47.72億kW·h，為設(shè)計(jì)發(fā)電量的88.9%。凌津?yàn)╇娬?003～2010年平均發(fā)電量10.56億kW·h，僅為設(shè)計(jì)發(fā)電量11.6億kW·h的91.0%。由于凌津?yàn)╇娬救繖C(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行的時(shí)間不長，正好又遇上2005年、2006年較枯年份，使得8年平均發(fā)電量偏小。