龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)性分析

朱 麟

（龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠，廣西 天峨 547300）

龍灘水電站位于黔桂省區(qū)交界的廣西天峨縣境內(nèi),處于紅水河上游河段峽谷區(qū)，壩址控制流域面積9.85萬km2，多年平均流量1610 m3/s，多年平均徑流量508億m3。具有年調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量為490萬kW，多年平均發(fā)電量156.70億kW·h。龍灘水電站是紅水河的“龍頭”水庫(kù)電站，壩址距天峨縣城15 km。紅水河流域地處副熱帶季風(fēng)區(qū)，4月～10月份為雨季，降水總量約占全年降水量的89%，雨日約占全年的71%。龍灘站地處紅水河上游，一般4月底5月初進(jìn)入汛期，10月份汛期結(jié)束[1,2]。

龍灘水電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼防洪、改善航運(yùn)、水資源配置等綜合效益，是綜合運(yùn)行生產(chǎn)調(diào)度體系的重要組成部分。大氣降水直接影響龍灘大壩的蓄水和運(yùn)行方式，及時(shí)做好龍灘水電站區(qū)降水的預(yù)測(cè)對(duì)洪澇防控調(diào)度有重要影響。由于氣象部門的降水預(yù)報(bào)工作基于國(guó)家一般氣象站和基本氣象站數(shù)據(jù)，其與龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)雨量監(jiān)測(cè)站存在何種差異對(duì)該區(qū)準(zhǔn)確運(yùn)行有重要意義。本文以此為切入點(diǎn)，對(duì)比分析龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)典型站點(diǎn)與國(guó)家氣象基本站的雨日特征。

1 資料收集和分析方法

1.1 資料收集

由于國(guó)家氣象基本站點(diǎn)選址的遵循代表性原則，氣象基本站對(duì)該區(qū)的氣象條件有較強(qiáng)的代表性；另外氣象基本站維護(hù)具有規(guī)范性，上述兩方面原因決定了氣象基本站數(shù)據(jù)的可靠性。通過對(duì)比龍灘水電站區(qū)雨量站和國(guó)家氣象部門基本站的經(jīng)緯度和海拔高度，隨機(jī)選取了11個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的雨日特征進(jìn)行對(duì)比分析。11個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分別是安龍、普坪、隆林、冊(cè)亨、舊州、雙江、長(zhǎng)田、望謨、蔗香、桑郎和樂業(yè)見表1。由表1中可知，經(jīng)緯度位置基本接近，除冊(cè)亨和舊州兩站外，海拔接近，冊(cè)亨和舊州兩站海拔差異較大。

表1 龍灘水庫(kù)雨量站與國(guó)家氣象基本站信息對(duì)比

1.2 分析方法

本文運(yùn)用SPASS10.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件，通過單因素方差分析[3]和相關(guān)系數(shù)分析[4]兩種方法，對(duì)11個(gè)站點(diǎn)2010年、2012年、2015年和2017年4年的逐日雨日（24小時(shí)降水量≥3 mm）特征進(jìn)行對(duì)比分析，分析兩者的相關(guān)性和差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)典型站點(diǎn)雨日降水量相關(guān)性及差異性分析

龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)11個(gè)典型雨量測(cè)點(diǎn)與國(guó)家氣象基本站雨日降水特征的相關(guān)性及差異性分析結(jié)果見表2。

表2 龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)典型站點(diǎn)雨日降水量相關(guān)性及差異性分析

由表2可知，11個(gè)典型站點(diǎn)大多呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，特別是2010年和2012年這兩年雨日降雨特征相關(guān)系數(shù)均較大，大多在0.8以上，能夠通過顯著性水平的95%的相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)，蔗香站相關(guān)系數(shù)達(dá)到1，而舊州和望謨則相關(guān)系數(shù)接近0，龍灘水庫(kù)區(qū)和基本站區(qū)雨日特征沒有相關(guān)性。

通過對(duì)典型年份典型站點(diǎn)的龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和國(guó)家氣象基本站的雨日特征的單因素差異性分析可知，大多數(shù)站點(diǎn)差異性不顯著，說明兩者雨日相互聯(lián)系；而部分站點(diǎn)差異性顯著，通過了95%的差異顯著性檢驗(yàn)，大多集中在2015年和2017年，2017年最為明顯。

2.2 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)典型站點(diǎn)雨日距平特征分析

距平表示兩者差距的指標(biāo)，距平越大說明兩者差異越大。龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)11個(gè)典型站點(diǎn)與國(guó)家氣象基本站典型年份降水特征距平特征，見圖1～11。反映龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和國(guó)家氣象基本站雨日降水距平的對(duì)比。

安龍站兩者間典型年份的差異見圖1，可知2010年和2012年距平較小，絕大多數(shù)雨日在±10 mm以內(nèi)。而2015年和2017年距平值較大，達(dá)到-56.4 mm。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）也可知，2010年和2012年兩站雨日特征相關(guān)性很高，而2015和2017年則不相關(guān)，差異性明顯。

圖1 安龍站降水距平特征

普坪站兩者間典型年份的差異見圖2，可知2010年和2012年距平較小，絕大多數(shù)雨日在±8 mm以內(nèi)。而2015年和2017年距平值較大，達(dá)到-59.7 mm。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可看出，四年兩站雨日特征相關(guān)性很高，而僅2017年通過了95%的顯著性差異檢驗(yàn)，差異性明顯。

圖2 普坪站降水距平特征

隆林站兩者間典型年份的差異見圖3，可知隆林站特征類似于普坪站，2010年和2012年距平較小，而2015年和2017年距平值較大，達(dá)到80 mm以上。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可看出，2010年和2012年兩站雨日特征相關(guān)性很高，2015年相關(guān)系數(shù)較小但差異不明顯，而2017年兩站雨日特征無相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0，通過了95%的顯著性差異檢驗(yàn)，差異性明顯。

圖3 隆林站降水距平特征

冊(cè)亨站兩者間典型年份的差異見圖4，可知冊(cè)亨站雨日特征類似于普坪站、隆林站，2010年和2012年距平較小，而2015年和2017年距平值較大，最大值達(dá)到130 mm以上。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，2010年和2012年兩站雨日特征相關(guān)性很高，2015年相關(guān)系數(shù)較小但差異不明顯，而2017年兩站雨日特征無相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0，通過了95%的顯著性差異檢驗(yàn)，差異性明顯。

圖4 冊(cè)亨站降水距平特征

舊州站兩者間典型年份的差異見圖5，可知舊州站雨日特征除2012年雨日對(duì)比無顯著差異外，其余三年波動(dòng)極大。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，除2012年相關(guān)系數(shù)為0.8外，其余3年相關(guān)系數(shù)均近為0，并通過顯著性差異檢驗(yàn)，差異顯著。

圖5 舊州站降水距平特征

雙江站兩者間典型年份的差異見圖6，可知雙江站雨日特征2015年雨日對(duì)比波動(dòng)最大，其次是2017年，而2010年和2012年波動(dòng)較小。但通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，四年均未通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明差異不顯著，說明2015年的距平高值為少數(shù)現(xiàn)象。

圖6 雙江站降水距平特征

長(zhǎng)田站兩者間典型年份的差異見圖7，可知長(zhǎng)田站雨日特征2015年雨日對(duì)比波動(dòng)最大，其次是2017年，而2010年和2012年波動(dòng)較小。但通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，四年均未通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明差異不顯著。

圖7 長(zhǎng)田站降水距平特征

望謨站兩者間典型年份的差異見圖8，可知望謨站雨日特征2010年波動(dòng)最劇烈，其次是2015年，而2012年和2017年波動(dòng)并不劇烈。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，2010年和2015年通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明這兩年差異顯著，而2012年和2017年差異不顯著。

圖8 望謨站降水距平特征

蔗香站兩者間典型年份的差異見圖9，可知蔗香站雨日特征2015年和2017年波動(dòng)非常劇烈，而2010年和2012年則非常接近。通過顯著性相關(guān)性和差異性檢驗(yàn)（表2）可知，2010年和2012年相關(guān)系數(shù)接近1，而2015年和2017年相關(guān)系數(shù)較小，但均未通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明這四年差異并不顯著。

圖9 蔗香站降水距平特征

桑郎站兩者間典型年份的差異見圖10，可知桑郎站雨日特征類似于蔗香站，但波動(dòng)情況較蔗香站更劇烈。僅2017年通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明這2017年差異顯著。

圖10 桑郎站降水距平特征

樂業(yè)站兩者間典型年份的差異見圖11，可知樂業(yè)站雨日特征類似于蔗香站和桑郎，但波動(dòng)情況較蔗香站更劇烈。四年均未通過顯著性差異檢驗(yàn)，表明這四年差異并不顯著。

圖11 樂業(yè)站降水距平特征

3 結(jié)論

1)從年份角度來看，除舊州和望謨外的9個(gè)站點(diǎn)，相關(guān)性特征均表現(xiàn)為2010年和2012年最強(qiáng)，2015年次之而2017年相關(guān)性最差。舊州兩地測(cè)站海拔相差較大，而望謨經(jīng)緯度和海拔均相差無二。這一結(jié)論龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的舊州雨量站點(diǎn)與國(guó)家氣象基本站有較大差異，不能將氣象部門的降水預(yù)報(bào)進(jìn)行水電區(qū)運(yùn)行生產(chǎn)調(diào)度的依據(jù)，須進(jìn)行雨量點(diǎn)的重新選址。氣候變化導(dǎo)致區(qū)域降水特征的極端化和復(fù)雜化[5]，龍灘水電站的運(yùn)行調(diào)節(jié)功能發(fā)揮的重要保障是充分考慮自身雨量觀測(cè)的精確性和可靠性及其與氣象部門的雨量監(jiān)測(cè)關(guān)系，這樣才能以氣象部門降水預(yù)報(bào)作為運(yùn)行生產(chǎn)調(diào)度的依據(jù)。

2)從降水距平特征的角度來看，2010年和2012年降水距平值最小，2015年次之，2017年降水距平最大。雙江站降水距平最大，安龍、普坪、桑郎和樂業(yè)最小，其余站點(diǎn)居中。可以看出雙江站兩地監(jiān)測(cè)點(diǎn)差異較大，但差異顯著性檢驗(yàn)表明雙江站兩地測(cè)點(diǎn)差異不顯著非獨(dú)立，所以二者又有聯(lián)系。因此確定各站點(diǎn)兩地測(cè)點(diǎn)的關(guān)系對(duì)龍灘電站發(fā)電生產(chǎn)有重要意義。

3)本文隨機(jī)選取了11個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同站點(diǎn)，不同年份相關(guān)性和差異性均有所不同，因此擴(kuò)展到整個(gè)龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的全部測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析的工作極有必要，并且各站點(diǎn)的相互之間的關(guān)系的進(jìn)一步定量化研究將是龍灘水力發(fā)電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)準(zhǔn)確調(diào)度重要部分。