貴州清水河流域大花水水電站洪水臨界面雨量分析

吉廷艷，王紅麗，秦 杰，胡躍文，夏小玲

(1.貴州省氣象服務(wù)中心，貴州貴陽(yáng)550002;2.貴陽(yáng)市息烽縣氣象局，貴州息烽551100;3.貴州省氣象信息中心，貴州貴陽(yáng)550002)

大花水水電站位于貴州省開(kāi)陽(yáng)縣與福泉市交界處，是烏江南岸支流清水河干流水電梯級(jí)規(guī)劃中的第3個(gè)梯級(jí)［1］。電站位于清水河中游，壩址控制流域面積4 328 km2，多年平均流量75.8 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位868 m，死水位845 m。

一定量級(jí)和強(qiáng)度的降雨是造成山洪災(zāi)害的主要因素。一個(gè)流域或區(qū)域某時(shí)段內(nèi)雨量達(dá)到或超過(guò)某一量級(jí)和強(qiáng)度時(shí)，該流域或區(qū)域?qū)l(fā)生洪水、泥石流、滑坡等山洪災(zāi)害，這時(shí)的降雨量稱(chēng)為該流域或區(qū)域的臨界面雨量。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害臨界面雨量研究方面做了一些有益的探索［2－8］。面雨量是某一確定區(qū)域給定時(shí)段內(nèi)平均雨量的大小，是影響水電站入庫(kù)流量的主要因素。對(duì)于水電站來(lái)說(shuō)，降雨誘發(fā)的洪水對(duì)電站安全生產(chǎn)影響重大，因此，水電站流域洪水臨界面雨量的研究具有重要意義。筆者利用2008～2012年貴州清水河流域大花水水電站逐日入庫(kù)流量、庫(kù)水位和面雨量資料進(jìn)行相關(guān)分析和多元回歸計(jì)算，針對(duì)電站關(guān)鍵入庫(kù)流量，研究確定電站流域洪水臨界面雨量，為電力調(diào)度和電站生產(chǎn)管理提供參考，以保障電力安全運(yùn)營(yíng)，更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)。

1 資料和方法

資料來(lái)源于貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，包括大花水水電站流域2008～2012年逐日面雨量、庫(kù)水位、入庫(kù)流量等。利用SPSS軟件中多元回歸分析功能計(jì)算大花水水電站流域面雨量和其他因子對(duì)入庫(kù)流量的影響關(guān)系，建立回歸方程，同時(shí)，針對(duì)電站入庫(kù)流量關(guān)鍵值，分析給出臨界面雨量指標(biāo)。

多元線性回歸分析是指建立因變量與多個(gè)自變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式，關(guān)系式表達(dá)為:Y=a+b1X1+b2X2+…+bkXk，式中，Y為因變量，在此表示入庫(kù)流量;X1、X2、…、Xk為自變量，在此分別表示前1 d面雨量、前10 d累積面雨量和前1 d入庫(kù)流量;a為常數(shù)項(xiàng);b1、b2、…、bk為回歸系數(shù)。某一時(shí)刻的入庫(kù)流量除了與前1 d面雨量和前1 d流量相關(guān)外，與前期累積面雨量也有很好的相關(guān)性，主要原因是雨量降落地面并匯集到河流形成流量的過(guò)程需要一定時(shí)間，也就是說(shuō)電站入庫(kù)流量的大小相對(duì)于流域面雨量來(lái)說(shuō)具有時(shí)間上的滯后性，所以除了選取前1 d面雨量和前1 d流量作為自變量外，還選取前10 d累積面雨量作為自變量進(jìn)行回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大花水水電站水文基本特征 大花水水電站近5年觀測(cè)資料顯示，壩址入庫(kù)流量平均為67.5 m3/s，最大流量為1 243.4 m3/s，出現(xiàn)在2008年7月24日。由于大花水水電站處于烏江支流，來(lái)水量不受烏江干流電站人為因素影響，因此，通常情況下，該電站庫(kù)容水位的漲落除與發(fā)電狀況有關(guān)外，更主要與降雨產(chǎn)生的入庫(kù)流量密切相關(guān)。對(duì)比分析入庫(kù)流量和壩上水位數(shù)據(jù)(圖1)發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況下，入庫(kù)流量＞300 m3/s時(shí)，水位上漲明顯，平均漲幅為2.19 m，因此大于300 m3/s流量的來(lái)水對(duì)大花水水電站安全生產(chǎn)具有一定的威脅性。5～10月是洪水較為頻發(fā)的時(shí)期，300 m3/s以上的洪水過(guò)程相對(duì)較多，11月～次年4月流域來(lái)水流量較小。5年中共出現(xiàn)31次入庫(kù)流量達(dá)300 m3/s的脈動(dòng)過(guò)程，平均每年約為6次，多數(shù)情況下，一次脈動(dòng)過(guò)程持續(xù)1～2 d，占78%，最長(zhǎng)持續(xù)4 d;入庫(kù)流量超過(guò)500 m3/s的脈動(dòng)過(guò)程相對(duì)較少，5年中共出現(xiàn)11次，脈動(dòng)持續(xù)1～2 d。

2.2 大花水水電站流域洪水臨界面雨量 將大花水水電站入庫(kù)流量分別與前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累積面雨量進(jìn)行相關(guān)分析，繪制散點(diǎn)圖(圖2)，結(jié)果表明，大花水水電站入庫(kù)流量與三者的相關(guān)性均較好，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.512、0.426、0.500。大花水水電站所處流域?qū)儆跒踅Я?，其上游無(wú)大型電站，受人為因素影響較小，所以其入庫(kù)流量與面雨量的相關(guān)性較好。通過(guò)SPSS軟件建立大花水水電站入庫(kù)流量與3個(gè)因子的回歸關(guān)系表達(dá)式為:Y=1.828+7.965R1+0.441R10+0.515F，式中，R1表示前1 d 面雨量，R10表示前10 d累積面雨量，F(xiàn)表示前1 d流量?；貧w方程的R2值為 0.77。

表1 大花水水電站300 m3/s入庫(kù)流量對(duì)應(yīng)的臨界面雨量指標(biāo)

表2 大花水水電站500 m3/s入庫(kù)流量對(duì)應(yīng)的臨界面雨量指標(biāo)

根據(jù)電站實(shí)際工作要求，300和500 m3/s入庫(kù)流量是該電站安全生產(chǎn)的2個(gè)關(guān)鍵值。為此，針對(duì)這2個(gè)關(guān)鍵流量值，通過(guò)上述回歸方程可以計(jì)算出不同條件下的面雨量值，形成該電站流域洪水臨界面雨量指標(biāo)(表1～2)。根據(jù)表1～2可以繪制不同條件下大花水水電站達(dá)300和500 m3/s流量洪水時(shí)可能需要的臨界面雨量圖(圖3)。從表1～2和圖3可以看出，前1 d入庫(kù)流量相對(duì)較小時(shí)(如50 m3/s)，需要較大的面雨量(25.9～32.0 mm)才有可能形成300 m3/s流量洪水，而前1 d入庫(kù)流量相對(duì)較大時(shí)(如250 m3/s)，僅需要較小的面雨量(13.0～19.1 mm)就有可能形成300 m3/s流量洪水;同樣，前1 d入庫(kù)流量在200 m3/s時(shí)，需要較大的面雨量(41.3～47.4 mm)才有可能形成500 m3/s流量洪水，而前1 d入庫(kù)流量為450 m3/s時(shí)，僅需要相對(duì)較小的面雨量(25.1 ～31.2 mm)就有可能形成500 m3/s流量洪水。

3 小結(jié)

(1)大花水水電站庫(kù)容水位的漲落除與發(fā)電狀況有關(guān)外，更主要與降雨產(chǎn)生的入庫(kù)流量密切相關(guān)，入庫(kù)流量＞300 m3/s時(shí)，水位上漲明顯。

(2)大花水水電站入庫(kù)流量與前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累積面雨量的相關(guān)性均較好，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.512、0.426、0.500。

(3)針對(duì)300和500 m3/s這2個(gè)關(guān)鍵流量，通過(guò)回歸計(jì)算給出了不同條件下的臨界面雨量指標(biāo)，臨界面雨量指標(biāo)表明，前日入庫(kù)流量相對(duì)較小時(shí)，需要較大的面雨量才有可能形成300或500 m3/s流量洪水，而前日入庫(kù)流量相對(duì)較大時(shí)，僅需要相對(duì)較小的面雨量就有可能形成300或500 m3/s流量洪水。

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