白鶴灘水電站水文要素特征分析

曹 輝，張繼順，陳翠華

(1.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，北京100038;2.三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心，四川成都610041)

河川徑流特性分析是河流水文系統(tǒng)的重要內(nèi)容，分析徑流的變化趨勢(shì)，了解與掌握各區(qū)域的水資源特征及規(guī)律，對(duì)于認(rèn)識(shí)徑流的形成及其演化規(guī)律、合理利用水資源具有重要意義[1]。白鶴灘水電站主要特性指標(biāo)：地下洞室群規(guī)模世界第一、單機(jī)容量100萬kW世界第一、300 m級(jí)高壩抗震參數(shù)世界第一、圓筒式尾水調(diào)壓井規(guī)模世界第一、無壓泄洪洞規(guī)模世界第一、300 m級(jí)高壩全壩使用低熱水泥混凝土世界第一、拱壩總水推力1 650萬 t世界第二、拱壩壩高289 m世界第三、樞紐泄洪功率世界第三、工程綜合技術(shù)難度名列世界前茅。因此，了解白鶴灘水文特性對(duì)工程建設(shè)和后期運(yùn)行至關(guān)重要。本文根據(jù)前期設(shè)計(jì)階段成果并結(jié)合最新水文資料，對(duì)其壩址徑流及洪水特性進(jìn)行分析與闡述[2]。

1 工程概況

(1)白鶴灘水電站位于四川省涼山州寧南縣和云南省昭通市巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游四個(gè)水電梯級(jí)——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的第二個(gè)梯級(jí)，工程開發(fā)目標(biāo)以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、攔沙、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等綜合效益。其壩址以上控制流域面積43.03 萬km2，大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289 m，正常蓄水位825 m，防洪限制水位785 m，總裝機(jī)容量1 600萬kW，多年平均發(fā)電量624.43億kW·h，水庫具有年調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)庫容 104.36億m3，防洪庫容75 億m3；水庫淹沒影響涉及川、滇兩省近10萬移民。根據(jù)施工總體規(guī)劃，大壩將于2021年5月下閘蓄水，同年首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，全部機(jī)組將于2022年底建成投產(chǎn)。

(2)白鶴灘水電站壩址上游約42 km建有華彈水文站(2014年遷建至白鶴灘壩址下游4 km處)，控制流域面積425 948 km2，占白鶴灘壩址集水面積的99%，控制除黑水河以外絕大部分流域。因此，壩址徑流設(shè)計(jì)依據(jù)站為華彈水文站和寧南水文站；洪水設(shè)計(jì)依據(jù)站為華彈水文站。金沙江下游主要干支流情況見表1。

表1 金沙江下游主要干支流情況 km2

2 徑 流

(1)徑流年際變化。白鶴灘壩址多年平均徑流量約為1 291億m3，其中，華彈站平均徑流量為1 263億m3，占到壩址徑流量的98%[3]，黑水河寧南站多年平均徑流量約為28億m3。根據(jù)表2和圖1華彈站多年徑流情況可以看出，20世紀(jì)50年代是明顯風(fēng)水段；而60年代中期至80年代，進(jìn)入枯水段；90年代末至2005 年，是豐水段；2006年以后為連續(xù)枯水年；華彈站各時(shí)段年均徑流量均有一定變化，但無明顯周期性規(guī)律[4]。

表2 華彈站徑流量年際變化對(duì)比

圖1 華彈站多年徑流過程線

(2)徑流年內(nèi)分配。白鶴灘壩址所在區(qū)域?qū)儆诮鹕辰蔁岷庸葰夂颍蓾窦竟?jié)分明，年降水量在500～900 mm之間，主要集中在5月～10月，可占全年總降水量90%以上，徑流主要來自降水，年內(nèi)變化規(guī)律與降水規(guī)律基本一致[5]。

金沙江徑流的年內(nèi)變化規(guī)律一般為：2月～3月為年內(nèi)徑流最枯時(shí)段，4月～5月份徑流緩慢增加，6月份徑流增加明顯，7月～9 月份徑流為年內(nèi)最豐時(shí)段，10 月份徑流明顯減少，11月～次年1月徑流不斷減小，形成顯著的年內(nèi)徑流變化規(guī)律。年徑流主要集中在6月～10月份，占年徑流的75%左右；金沙江干流各站年內(nèi)月徑流以8月份最豐，可占年徑流的19%左右[6]，具體年內(nèi)分配情況見表3。

表3 白鶴灘壩址徑流量年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)

3 洪 水

金沙江洪水主要由暴雨形成，特別是干流中、下游洪水具有大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)降水的特點(diǎn)。其流域面積廣大，地形地勢(shì)差異極大，暴雨的時(shí)空分布極不均勻，全域性同時(shí)發(fā)生暴雨的幾率較小，但降水可在不同地區(qū)連續(xù)發(fā)生，加之金沙江流域形狀狹長(zhǎng)，匯流歷時(shí)較長(zhǎng)，致使不同河段洪峰的發(fā)生時(shí)間并不相應(yīng)；干流整個(gè)汛期洪水過程，基本上表現(xiàn)為不斷疊加的復(fù)式峰型，前一次洪水過程尚未退盡，后一場(chǎng)洪水又接著開始起漲，一般7月份開始，10月份結(jié)束；年內(nèi)最大場(chǎng)次洪水過程一般歷時(shí)30～60 d，下游較上游持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)[7]。

3.1 歷史洪水

分析金沙江流域歷史洪水，白鶴灘壩址洪水組成可分為三種情況：

第一類，以金沙江中游來水為主，雅礱江為一般洪水。如1966年8月洪水，該場(chǎng)洪水在金沙江中、下游干流攀枝花、華彈站都十分突出，各站洪峰均列實(shí)測(cè)系列之首；該年洪水在雅礱江支流并不突出，在小得石站僅列實(shí)測(cè)洪水的第5位。

第二類，以雅礱江來水為主，金沙江中游為一般洪水。如1965年8月，小得石站洪峰列實(shí)測(cè)系列之首，攀枝花站洪峰在實(shí)測(cè)系列中的排位在第十位之后，金沙江中游、雅礱江、(攀枝花、小得石)～華彈站區(qū)間洪水疊加，致使華彈站洪峰達(dá)21 800 m3/s，列實(shí)測(cè)系列的第5位。

第三類，金沙江中游攀枝花、雅礱江小得石站為一般性大洪水，兩江洪水疊加形成華彈站大洪水。如1974年9 月洪水，攀枝花站洪峰列實(shí)測(cè)系列的第9位，小得石占洪峰列實(shí)測(cè)系列的第6位，攀枝花、小得石洪水疊加形成華彈站洪峰22 300 m3/s，列實(shí)測(cè)系列的第四位[8]。金沙江中下游前五位最大洪峰排位及發(fā)生時(shí)間見表4。

表4 金沙江中下游前五位最大洪峰排位及發(fā)生時(shí)間 m3/s

3.2 設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)設(shè)計(jì)階段成果[9]，白鶴灘水電站按年最大值獨(dú)立取樣原則，矩法初估參數(shù)，適線法確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)[10]，白鶴灘壩址10 000年一遇校核洪峰為46 100 m3/s，1 000年一遇設(shè)計(jì)洪峰為38 800 m3/s；10 000年一遇、1 000年一遇3、7 d洪量分別為113.0、95.2億m3和240.0、202.0億m3，具體設(shè)計(jì)洪水成果見表5。

4 結(jié) 論

(1)白鶴灘壩址多年平均徑流量約為1 291億m3。其中，干流1 126億m3，占98%；壩址來水近5年均值為1 151億m3，偏枯7%左右。

(2)白鶴灘降雨主要集中在5月～10月，可占全年總降水量90%以上；徑流主要來自降水，年內(nèi)變化規(guī)律與降水規(guī)律基本一致，6月～10月徑流約占年徑流的75%左右。

表5 白鶴灘壩址設(shè)計(jì)洪水頻率

(3)白鶴灘壩址歷史最大洪峰流量25 800 m3/s，約為30年一遇洪水。根據(jù)可研階段設(shè)計(jì)成果，白鶴灘壩址10 000年一遇校核洪峰為46 100 m3/s，1 000年一遇設(shè)計(jì)洪峰為38 800 m3/s。