上游水利水電工程對(duì)旱澇預(yù)測(cè)影響的分析

孫麗娟 李方成 王文彬

（四川省涼山水文水資源勘測(cè)局）

0 前言

水文工作通過(guò)對(duì)水位、流量、降水量、泥沙、蒸發(fā)、地下水位及水質(zhì)、墑情等水文要素的監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)水資源的量、質(zhì)及其時(shí)空變化規(guī)律的研究，以及對(duì)洪水和旱情的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、防汛抗旱、水資源的配置、利用和保護(hù)提供基本信息和科學(xué)數(shù)據(jù)。在水利水電工程建設(shè)、運(yùn)行中，水文工作是“前哨”。無(wú)論是長(zhǎng)江三峽電站、還是每個(gè)小水庫(kù)、小電站，都需要水文部門(mén)及時(shí)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息。

1 水利水電工程的意義及對(duì)水文的影響

1.1 水利水電工程的意義

水利水電工程在國(guó)民生產(chǎn)中起著十分重要的作用，是國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，主要作用有防洪減災(zāi)，灌溉，供電，生產(chǎn)生活用水，航運(yùn)等。對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重大的影響。近幾十年來(lái)，中國(guó)的水利水電工程取得了豐碩的成果。

1.1.1 防洪減災(zāi)

上游筑壩攔水可以削減洪峰流量，降低洪水對(duì)下游的影響。修建防洪工程可以防止潮沙和河水對(duì)河岸的沖刷，保持水土，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全等。

1.1.2 灌溉

中國(guó)水資源時(shí)空分布不均衡，南方多而北方少，冬春少雨、夏秋多雨，通過(guò)水利工程合理、有效地調(diào)節(jié)水資源，滿足作物對(duì)水分要求，提高了土地的生產(chǎn)能力，以獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.1.3 供電水力發(fā)電是可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，減少燃油、燃煤的使用對(duì)環(huán)境的污染，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)。

1.1.4 生產(chǎn)生活用水

解決當(dāng)?shù)赜盟翱缌饔蛴盟?，合理分配水資源。如：南水北調(diào)工程解決了北方缺水問(wèn)題，也增加水資源承載能力，提高資源的配置效率。

1.1.5 航運(yùn)

大壩蓄水后，使上游河道變寬變深，改善上游航運(yùn)條件，減少了季節(jié)對(duì)航運(yùn)的影響。

1.2 水利水電工程對(duì)水文的影響

水利水電工程對(duì)水文產(chǎn)生了一定影響，主要表現(xiàn)在水庫(kù)為供水、灌溉、發(fā)電等攔蓄河道來(lái)水，打破了水文站監(jiān)測(cè)的水位、流量、泥沙等水文資料的一致性及水資源地區(qū)分布年內(nèi)分配等。水利水電工程會(huì)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)以及水文預(yù)報(bào)精度造成不同程度的影響。

2 水利水電工程對(duì)尼日河旱澇預(yù)測(cè)的影響

2.1 概述

2.1.1 流域概況

四川省涼山彝族自治州境內(nèi)尼日河發(fā)源于喜德縣東之力比少哈山（山峰海拔3 419 m），流域介于東經(jīng)102h20′～103h00′，北緯28h14′～29h12′之間。自越西縣從甘洛縣西南入境，斜切甘洛縣全境，于黑馬鄉(xiāng)東部尼日附近匯入大渡河。尼日河是大渡河中游下段右岸一級(jí)支流，干流全長(zhǎng)136 km，流域面積4 084 km2。尼日河上游由兩大支流組成，左支流為越西河，右支流為普雄河。越西河集水面積為813 km2，普雄河集水面積為876 km2。向下游，左岸的大支流有白沙河、田壩河；右岸的大支流有斯覺(jué)河、甘洛河。其中田壩河的集水面積為364 km2，甘洛河的集水面積為926 km2。

尼日河流域?qū)僦衼啛釒夂?，垂直變化明顯，光照充足，夏秋多雨，降雨集中。尼日河屬山區(qū)性河流，一次洪水過(guò)程歷時(shí)短，變幅大，水位平均變幅在1～4 m，洪水歷時(shí)1-5 d。洪水期主要在6-10月，徑流年內(nèi)變化大，年際變化較小。

2.1.2 巖潤(rùn)水文站概況

巖潤(rùn)水文站位于四川省甘洛縣巖潤(rùn)?quán)l(xiāng)卻木里果村，東經(jīng)102h47′，北緯28h59′，集水面積3 302 km2，距河口距離31.00 km，為尼日河控制站，于1959 年1 月設(shè)立，河段順直長(zhǎng)250 m，右岸陡坡，左岸為緩坡?；舅邤嗝嫦掠?30 m是急灘，再下游是彎道。巖潤(rùn)水文站5-10月降水量占全年85.90%；多年平均年徑流深938 mm，1-5 月徑流深僅占全年15.80%，6-10 月徑流深占全年75.20%，11 月至翌年4 月蒸發(fā)量占全年46.80%，11月至翌年4月蒸發(fā)量是同期降水量的3.85倍。

2.1.3 國(guó)合電站概況

2010年12月巖潤(rùn)水文站上游300 m處建成一座五孔閘壩的引水式電站國(guó)合電站，電站尾水排入巖潤(rùn)水文站下游。國(guó)合水電站水庫(kù)正常蓄水位1 010.00 m，校核洪水位1 010.32 m，總庫(kù)容51 萬(wàn)m3，無(wú)調(diào)節(jié)，電站裝機(jī)兩臺(tái)共20. 8 ，保證出力5.79. 8 ，多年平均年發(fā)電量1.21 億kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)為6 028 h，該電站提供的電能促進(jìn)了甘洛縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民族地區(qū)的團(tuán)結(jié)穩(wěn)定，并為四川主網(wǎng)負(fù)荷提供補(bǔ)充電源。

2.2 尼日河流域旱澇特征分析

用河道來(lái)水（徑流深）距平百分率劃分尼日河流域旱澇等級(jí)，具體數(shù)據(jù)略。

尼日河流域1959-2018年間豐枯序列大致可劃分為4個(gè)以豐為主的階段和5 個(gè)以枯為主的階段。1960-1963 年共4 a 為枯水期，1964-1968年共5 a為豐水期，1969-1973年共5 a為枯水期，1974-1980年共7 a為豐水期，1981年-1982年共2 a為枯水期，1983-1990年共8 a為豐水期，1991-1998年共8 a為枯水期，1999-2005 年共7 a 為豐水期，2006-2008 年共3 a 為枯水期。2009 年及其以后國(guó)合電站建設(shè)及其運(yùn)行引水，使巖潤(rùn)水文站監(jiān)測(cè)的流量偏小，故不能以實(shí)測(cè)資料判斷豐枯。

尼日河流域枯水期沒(méi)有偏豐年，豐水期也沒(méi)有偏枯年。60年間有幾次旱澇急轉(zhuǎn)。1963 年、1964 年偏枯年急轉(zhuǎn)偏豐年；1968 年、1969 年豐水年急轉(zhuǎn)偏枯年；1980 年、1981 年偏豐年急轉(zhuǎn)偏枯年；1982年、1983年偏枯年急轉(zhuǎn)偏豐年。

1959-1980 年豐水期和枯水期的轉(zhuǎn)換周期大約為5 a，1981-1982 年為過(guò)渡年，1983-2005 年豐水期和枯水期的轉(zhuǎn)換周期大約為7 a。1959-2018年間＞5 a一遇的洪水有12次，其中1959-2008 年50 a 間出現(xiàn)8 次，2009-2018 年10 a 間出現(xiàn)4次。1959-2008年50 a間，豐水年6 a，偏豐年10 a；偏枯年7 a，枯水年2 a，正常年25 a。1968 年豐水年中僅出現(xiàn)洪峰流量為993 m3/s（2 a 一遇）的洪水，1990 年豐水年中出現(xiàn)洪峰流量為1 670 m3/s（15 a 一遇）的洪水，1959 年豐水年中出現(xiàn)洪峰流量為1 810 m3/s（25a一遇）的洪水，1983年偏豐年中出現(xiàn)洪峰流量為1 550 m3/s（10 a 一遇）的洪水，1989 年偏豐年中出現(xiàn)洪峰流量為1 420 m3/s（7 a一遇）的洪水，1960年正常年中出現(xiàn)洪峰流量為1 470 m3/s（8 a一遇）的洪水，1987年正常年中出現(xiàn)洪峰流量為1 860 m3/s（33 a 一遇）的洪水，1992 年正常年中出現(xiàn)洪峰流量為1 510 m3/s（9 a一遇）的洪水，1996年正常年中出現(xiàn)洪峰流量為1 480 m3/s（8 a一遇）的洪水，2015年正常年中出現(xiàn)洪峰流量為1 520 m3/s（10 a 一遇）的洪水，2009 年出現(xiàn)洪峰流量為1 495 m3/s（9 a 一遇）的洪水，2010 年出現(xiàn)洪峰流量為1 340 m3/s（6 a 一遇）的洪水，2011 年出現(xiàn)洪峰流量為2 070 m3/s（75 a 一遇）的特大洪水。

2.3 尼日河巖潤(rùn)水文站旱澇預(yù)測(cè)

現(xiàn)引用巖潤(rùn)水文站1959-2018 年60 a 年徑流深實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)尼日河流域旱澇進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。采用梯度排列系列數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)法進(jìn)行回歸計(jì)算，可得到自回歸預(yù)報(bào)模型。此方案中許可誤差按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行。即：許可誤差為多年同期實(shí)測(cè)變幅的20%：（1232-721） 20%=102 mm。此預(yù)報(bào)方案編制率定期為1973-2008年共36 a，檢驗(yàn)期為2009-2018年共10 a。各預(yù)測(cè)值見(jiàn)表1。

表1 尼日河流域巖潤(rùn)水文站徑流深預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表2 尼日河流域巖潤(rùn)水文站徑流深預(yù)測(cè)調(diào)整表

表2顯示1973-2008年36年率定期中，相對(duì)誤差＞20%的有2 a，率定期合格率94.40%；2009-2018 年10 a 檢驗(yàn)期中，相對(duì)誤差＞20%的有7 a，檢驗(yàn)期合格率30.00%。絕對(duì)誤差大于許可誤差的年份中，在率定期有7 a，合格率80.60%，在檢驗(yàn)期有9a，合格率10.00%。

從預(yù)測(cè)值看，在率定期相對(duì)誤差大于20%的2 a，誤差在22.20%～24.20%；在率定期絕對(duì)誤差不合格的7 a中，絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大于許可誤差值在11～38 mm之間的有5 a。

上述結(jié)論表明在天然情況下本預(yù)報(bào)方案可靠度高。

檢驗(yàn)期，顯然受?chē)?guó)合電站引水影響。通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)期預(yù)測(cè)值觀察，預(yù)測(cè)值明顯系統(tǒng)性偏大。于是通過(guò)多次調(diào)整計(jì)算，把預(yù)測(cè)值乘0.81，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可以統(tǒng)計(jì)出，調(diào)整后在檢驗(yàn)期相對(duì)誤差大于20%的有3 a，合格率70.00%；而絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大于許可誤差的有4 a，合格率60.00%。調(diào)整后預(yù)報(bào)模型精度達(dá)到丙等，按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》規(guī)定本預(yù)報(bào)方案預(yù)測(cè)值只能作為內(nèi)部參考。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)尼日河流域水文資料分析可知，尼日河流域多年平均7月徑流為全年最大，8月第二，9月第三，10月第四。

通過(guò)對(duì)尼日河流域旱澇特征分析，得知該區(qū)域大致有5-7a 的連續(xù)豐、枯水期。尼日河流域洪水等級(jí)也與旱澇等級(jí)不一致。豐水年份不一定發(fā)生大洪水，而枯水年有可能發(fā)生大洪水。

2010 年12 月巖潤(rùn)水文站上游300 m 處，建成一座五孔閘壩的引水式電站國(guó)合電站，由于國(guó)合電站工程的建設(shè)和運(yùn)行，使巖潤(rùn)水文站實(shí)測(cè)徑流、洪水的一致性受到影響。檢驗(yàn)期實(shí)測(cè)徑流系列，顯然受?chē)?guó)合電站引水影響。采用水文資料一致性受影響的長(zhǎng)系列資料，用梯度排列法預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)期預(yù)測(cè)值觀察，預(yù)測(cè)值明顯系統(tǒng)性偏大。通過(guò)把預(yù)測(cè)值乘0.81，結(jié)果調(diào)整后預(yù)報(bào)模型精度只能達(dá)到丙等，按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》規(guī)定本預(yù)報(bào)方案預(yù)測(cè)值只能作為內(nèi)部參考。

通過(guò)對(duì)受?chē)?guó)合電站建設(shè)和運(yùn)行影響的2009-2018 年的資料向前還原，即把2009-2018年巖潤(rùn)水文站的實(shí)測(cè)徑流資料加上國(guó)合電站相應(yīng)的年引水量、庫(kù)區(qū)增加的年蒸發(fā)量、滲漏量；或把1973-2008 年巖潤(rùn)水文站的實(shí)測(cè)徑流資料，向后修正，即把1973-2008 年巖潤(rùn)水文站的實(shí)測(cè)徑流資料扣除國(guó)合電站的年引水量、庫(kù)區(qū)增加的年蒸發(fā)量、滲漏量。通過(guò)向前還原或向后修正巖潤(rùn)水文站的實(shí)測(cè)徑流資料后，使巖潤(rùn)水文站1973-2018年的水文資料具有一致性，再用本預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)巖潤(rùn)水文站的年徑流深，精度滿足《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》的要求。

通過(guò)以上分析計(jì)算可知，受水利水電工程影響的河段，必須要對(duì)實(shí)測(cè)水文資料進(jìn)行向前還原或向后修正，才能基本消除水利水電工程對(duì)水文資料系列一致性的影響。具有較好一致性的水文資料系列，才能用于對(duì)旱澇預(yù)測(cè)及其它水利水電工程水文水利計(jì)算。