北盤江流域光照水電站徑流特性分析

肖 鵬

（貴州黔源電力股份有限公司 貴州 貴陽 550002）

1 流域概況

北盤江流域?qū)僦榻饔蛭鹘?，流域發(fā)源于云南省曲靖市馬雄山西北坡，河源至河口全長441.9km，天然落差1932m，全流域面積26557km2。光照水電站壩址位于北盤江干流中游，壩址集雨面積13548km2，多年平均降雨量 1178.8mm[1]。光照水電站是北盤江干流茅口以下龍頭電站，裝機(jī)1040MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量27.54億kW·h，多年平均流量257m3/s，多年平均徑流量81.10億m3，水庫總庫容32.45億m3，具備不完全多年調(diào)節(jié)性能。

2 徑流特性分析

2.1 年徑流序列三性分析

水文現(xiàn)象隨時間變化的過程稱為水文過程或水文序列，它是一種自然現(xiàn)象，具有確定性和隨機(jī)性變化規(guī)律[2]。確定性的變化規(guī)律突出表現(xiàn)在過程中有年、日等周期變化。隨機(jī)性的變化特征則表現(xiàn)在隨時間的增長，過程會出現(xiàn)逐漸上升或下降的趨勢或跳躍的變化等現(xiàn)象。

本文在初始設(shè)計(jì)資料基礎(chǔ)上，通過外延、補(bǔ)充資料，采用單累積曲線（圖2-1）檢查了光照壩址（1952年～2011年）的徑流序列資料一致性，分析可得：盡管光照水庫于2008年下閘蓄水，但資料一致性較好，滿足要求；同時對徑流資料也進(jìn)行了可靠性及顯著性檢查，充分表明光照壩址（1952年～2011年）的年徑流序列滿足徑流特性分析要求。

2.2 徑流年際變化與年內(nèi)分配

根據(jù)光照壩址（1952年～2011年）多年徑流資料，多年平均流量為251m3/s，多年平均徑流量為79.24億m3。對其年徑流序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2-1）得出，1992～2001年偏豐，2002年～2011年偏枯。偏枯時期徑流量約為偏豐時期徑流量的72%，反映了光照水電站壩址徑流年際變化較大的特點(diǎn)。

光照壩址各月徑流年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)如表2-2所示，可以得出，全年徑流集中在6月份～9月份，即主汛期，占全年徑流的69.39%，其中尤以7月份最大，占22.13%，而3、4月份最小，充分反映了徑流月分配不均勻的特點(diǎn)。

2.3 趨勢成分分析

隨著時間增長，對年徑流序列的各值平均而言，或是增加或是減少，形成序列在相當(dāng)長時期內(nèi)向上或向下緩慢地變動。這種有一定規(guī)則的變化就稱為趨勢，若趨勢出現(xiàn)在序列全過程，稱為整體趨勢；若只出現(xiàn)在序列中的一段時間，稱為局部趨勢[3]。采用Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)對光照壩址年徑流序列作趨勢分析。

Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)[4]是較為常用的統(tǒng)計(jì)方法，主要原理是針對序列｛X1，X2，…，Xn｝，先確定所有對偶值（Xi，Xj）（j＞i）中（Xi＜Xj）出現(xiàn)的個數(shù)，記為K。如果按順序前進(jìn)的值大于前一個值，表示具有上升趨勢，k=（n-1）+（n-2）+…+1，總和為 n（n-1）/2，若全部倒過來則，具有下降趨勢。的數(shù)學(xué)期望。采用檢驗(yàn)對序列趨勢成分進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量：

圖1 北盤江流域水系圖

圖2-1 光照壩址年徑流單累積曲線（徑流：億m3）

表2-1 年徑流年際平均值分配統(tǒng)計(jì)表 （徑流量:億m3）

表2-2 年徑流年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表 （徑流量:億m3、月占比:100%）

圖2-2 光照壩址年徑流局部趨勢變化曲線（徑流：億m3）

圖2-3 光照壩址年徑流差積曲線（徑流：億m3）

流域 徑流序列 存在突變點(diǎn)（是/否） 突變點(diǎn)（年）北盤江 光照壩址 是 2009

假設(shè)序列無趨勢，給定一顯著性水平或，查正態(tài)分布臨界值。對序列趨勢成分進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。若|U|＞Uα/2，則拒絕原假設(shè)，認(rèn)為序列具有趨勢成分；若|U|＜Uα/2，則接受原假設(shè)，認(rèn)為序列中趨勢成分不顯著。

（1）應(yīng)用Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法對光照壩址徑流進(jìn)行趨勢分析，取α=0.05，Uα/2=1.96，計(jì)算 U=-0.93，說明徑流序列具有減小現(xiàn)象。

（2）在設(shè)計(jì)資料基礎(chǔ)上，補(bǔ)充外延后的資料后，發(fā)現(xiàn)光照壩址多年徑流量在多年平均值附近變化，在一段時間內(nèi)也呈現(xiàn)出增加或減少的趨勢，但是總體趨勢不顯著，僅具有局部趨勢。

（3）從年徑流距平后的差積曲線（圖2-3）中表現(xiàn)出的變化可知，各年際間徑流變化有一定趨勢，具體表現(xiàn)出有少水年組與多水年組間交替變化的特征。

（4）光照壩址年徑流局部趨勢變化曲線（圖2-2）大體呈現(xiàn)：1952年～1966年是周期為7年～8年的少水與多水年組間變化，196年～1974年為平水年組，1975年～1986年過渡為多水年組，1987年～1992年又變化為少水年組，1993年～2001年為多水年組；從2002年開始光照壩址以上呈現(xiàn)少水年組趨勢，從2010年開始表現(xiàn)為偏枯，且在2011年為特枯，是有歷史資料以來的極值年。

2.4 跳躍成分分析

跳躍成分識別：采用游程檢驗(yàn)法[2]，該方法基于統(tǒng)計(jì)推斷中的假設(shè)檢驗(yàn)。假設(shè)存在某個跳躍項(xiàng)或突變點(diǎn)，年徑流序列自此分為發(fā)生跳躍前、發(fā)生跳躍后兩個序列，然后分別用A、B為兩序列中的數(shù)值編號，然后將序列全部數(shù)值由小到大進(jìn)行排序。統(tǒng)計(jì)相同字母（A或B）連續(xù)出現(xiàn)的個數(shù)，把每一連續(xù)出現(xiàn)同一字母的稱為1個游程，每個游程所含元素的個數(shù)為游程長。當(dāng)游程出現(xiàn)個數(shù)較期望的游程少時，就比較趨向于拒絕兩個樣本來自同一總體的假設(shè)。

采用上述方法對光照壩址年徑流序列進(jìn)行游程統(tǒng)計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)，識別出的跳躍成分詳見表2-3。

綜合分析光照壩址徑流序列存在的跳躍原因，可能受水庫蓄水影響，產(chǎn)生了突變點(diǎn)。但因跳躍成分識別需要一定的經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)判斷所以除了上述識別出的跳躍項(xiàng)外，年徑流序列中也有可能存在其他跳躍成分。

2.5 周期成分分析

年徑流序列具有的周期成分，主要取決于氣候因素的變化，而氣候因素則取決于大氣環(huán)流的特點(diǎn)，大氣環(huán)流的變化則受太陽活動制約。本文采用廣泛應(yīng)用的簡單分波法，對排除跳躍成分之后的年徑流序列進(jìn)行近似周期成分分析。

簡單分波法[5]基于統(tǒng)計(jì)推斷中的假設(shè)檢驗(yàn)。在對年徑流序列按近似周期進(jìn)行行、列分組之后，通過計(jì)算組內(nèi)離差平方和與組間離差平方和，進(jìn)而構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量，然后在給定的顯著性水平下，對統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)若通過假設(shè)檢驗(yàn)，即說明無明顯周期，反之則存在周期成分；識別出周期成分之后，通過計(jì)算這一周期序列的均值，即可提取出該周期的成分。

通過應(yīng)用簡單分波法對年徑流序列進(jìn)行周期分離提取，得到徑流序列存在15年、2年的準(zhǔn)周期，其中15年尺度周期最顯著。

3 結(jié)論

本文分析北盤江流域光照水電站壩址徑流1952年～2011年的變化特性，得出以下結(jié)論：（1）徑流的年際變化大致表現(xiàn)為1952年～1971年、1982年～2001偏豐，1972年～1981年、2002年～2011年偏枯的特征；年內(nèi)分配特征則表現(xiàn)為徑流集中于主汛期（6月～9月）。（2）年徑流在一段時間呈現(xiàn)出增加或減少趨勢，但總體趨勢不顯著，僅具有局部趨勢，總體表現(xiàn)為徑流減小。（3）年徑流序列突變起始時間在2009年，序列也具有一定的周期，顯著周期為15年。（4）年徑流序列的減小趨勢和突變發(fā)生原因有待進(jìn)一步分析。陜西水利

[1]貴州黔源電力股份有限公司.貴州黔源電力股份有限公司水庫調(diào)度手冊[Z].貴陽.2009年:11.

[2]王文圣，丁晶，金菊良.隨機(jī)水文學(xué)[M].北京.中國水利水電出版社，2008年:1.

[3]黃振平，陳元芳.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京.中國水利水電出版社，2011年:323.

[4]郭希望，李中平，劉其發(fā).三峽工程壩址徑流特性分析 [J].人民長江，2008,39（17）:96-98.

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