兩江水電站洪水分期調度方案研究

劉建軍，王成雄，曹 琨 ，張永勝

（1.吉林省吉能電力有限公司兩江分公司，吉林安圖133600；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

1 概況

兩江水電站地處吉林省安圖縣兩江鎮(zhèn)境內，壩址位于二道松花江與富爾河匯合口以上18 km處，電站距上游松江鎮(zhèn)35 km，距下游兩江鎮(zhèn)7 km，壩址以上控制流域面積2970 km2。壩址多年平均徑流量12.08億m3，水庫總庫容2.105億m3，屬不完全年調節(jié)水庫。水庫正常蓄水位545.00 m，相應庫容 1.73億 m3；校核水位 547.35 m，相應庫容2.105億m3；汛限水位和設計水位均為545.00 m。設計洪水標準為100年一遇洪水，校核洪水標準為2000年一遇洪水。電站裝機3臺，單機容量20 MW，設計年平均發(fā)電量1.93億kW·h。

兩江水電站建成運行后，所在流域二道松花江先后在2010，2013年發(fā)生了特大洪水，延長洪水系列后設計洪水成果有較大增加。例如，2000年一遇設計洪峰流量由原設計的3540 m3/s，增加到4170 m3/s，增大了17.8%；100年一遇設計洪峰流量由原設計的2150 m3/s，增加到 2460 m3/s，增大了14.4%。由此帶來了水庫防洪能力不足問題，需采用汛期降低起調水位運行方式解決。因此，在對設計洪水成果進行復核的基礎上，分析工程分期設計洪水成果，研究既能保障水庫大壩防洪安全，同時兼顧電站發(fā)電效益的分期洪水調度方案是十分迫切的。

2 暴雨洪水特性

二道松花江流域的洪水主要由暴雨形成。造成該流域大暴雨的天氣系統(tǒng)主要為北上臺風，除臺風暴雨外，各種氣旋或低壓均可造成本流域的大暴雨。暴雨多發(fā)生在7—8月，以8月出現(xiàn)的次數最多。該流域一次降雨過程一般3 d左右，但主要在集中在30～48 h內。

該流域洪水與暴雨相應，多由7—8月的暴雨形成，以8月份出現(xiàn)的次數最多，量級最大。如2010年7月下旬遭遇連續(xù)兩次強降雨后，二道松花江流域江河水位急劇上漲，干流及支流古洞河、富爾河等發(fā)生超歷史紀錄特大洪水，由于支流洪水疊加，沿程與干流洪水相遇，使二道松花江漢陽屯水文站出現(xiàn)了有記錄以來的首位特大洪水，洪峰流量為9700 m3/s，洪水重現(xiàn)期超300年一遇；2013年8月中旬，漢陽屯站發(fā)生有記錄以來的第二位大洪水，洪峰流量為4840 m3/s，其中兩江水電站以上流域發(fā)生有記錄以來的最大洪水，入庫洪峰流量為2460 m3/s。

由于流域地處長白山脈深山狹谷區(qū)，河槽下切較深，河網比較發(fā)達，河道比降和坡面比降都較大，致使江河洪水匯集較快，洪水較為集中，洪水過程線多為單峰型，洪水過程具有陡漲陡落的特點。一次洪水歷時一般約為7 d，洪峰上漲歷時一般約 1～2 d，洪峰持續(xù)時間 1～4 h。

根據流域 1960，1965，1982，1994，1995，2010，2013年7年實測大洪水資料統(tǒng)計分析，24 h洪量約占3 d洪量的40%～70%，3 d洪量約占7 d洪量的 60%～80%。

3 汛期洪水分期可行性分析

實行分期洪水調度的水庫，入庫洪水需具有季節(jié)變化規(guī)律。此次以兩江水電站上游的松江水文站和其下游二道松花江控制站漢陽屯水文站為代表站，從引發(fā)洪水的暴雨成因變化規(guī)律、洪水發(fā)生時間和頻次分布規(guī)律和洪水量級分布規(guī)律等方面分析兩江水電站實行分期洪水調度的可行性。

3.1 暴雨成因變化規(guī)律分析

二道松花江流域的洪水主要由暴雨形成。暴雨最早發(fā)生在5月，最遲發(fā)生在9月。盛夏季節(jié)，由于太平洋副熱帶高壓不斷北伸，配合高空槽，引導南來的氣旋臺風系統(tǒng)北上，在該地區(qū)發(fā)生大范圍較高強度的降雨，其中尤以臺風造成的暴雨較為強烈。如1960年大洪水是經我國東部沿海直接北上的臺風與北方冷空氣相遇產生大暴雨的天氣系統(tǒng)形成。除臺風暴雨外，只要副熱帶高壓位置適當，各種氣旋或低壓均可造成本流域的大暴雨，如2010年7月下旬～8月上旬受高空槽、冷渦、切變和副高后部西南暖濕氣流的共同影響，二道松花江流域普降暴雨、大暴雨。受暴雨變化規(guī)律影響，二道松花江流域每年6月初進入汛期，7月中旬至8月末為主汛期，進入9月份以后，大范圍的降水天氣過程明顯減少，主汛期也基本結束。因此可初步確定7月中旬為前汛期和主汛期的分界點，8月末為主汛期和后汛期的分界點。

3.2 洪水發(fā)生時間及頻次分布規(guī)律分析

二道松花江流域的大洪水一般發(fā)生在6～9月。通過對松江水文站和漢陽屯水文站實測洪水分析，松江站發(fā)生在6月份的洪水次數為10次，占總數的18%，發(fā)生在9月份的洪水次數為5次，占總數的9%，發(fā)生在7月份的洪水次數為19次，占總數的34%，發(fā)生在8月份的洪水次數為22次，占總數的39%，7、8兩月之和占總數的73%；漢陽屯站發(fā)生在6月份的洪水次數為7次，占總數的12%，發(fā)生在9月份的洪水次數為5次，占總數的8%，發(fā)生在7月份的洪水次數為28次，占總數的47%，發(fā)生在8月份的洪水次數為20次，占總數的33%，7、8兩月之和占總數的80%。這些統(tǒng)計數字說明，二道松花江流域的洪水主要發(fā)生在每年的7、8兩月，而9月洪水明顯偏少，僅占總數的10%以下。

另外，在松江站7月份發(fā)生的19次洪水中，7月15日前發(fā)生8次，7月15日以后發(fā)生11次；在漢陽屯站7月份發(fā)生的28次洪水中，7月15日前發(fā)生8次，7月15日以后發(fā)生20次，這說明該流域主汛洪水基本發(fā)生在7月15日之后。

3.3 洪水量級分布統(tǒng)計規(guī)律分析

從松江和漢陽屯兩站各月最大流量散布圖分析，年最大流量主要分布在7月20日至8月31日之間，其中松江站峰流量超過300 m3/s年份有6年，漢陽屯站峰流量超過2000 m3/s年份有7年，7月15日以前和9月1日以后的洪水量級明顯減小。另外，通過實測洪水系列中不同量級洪水發(fā)生頻次統(tǒng)計分析：松江站10年一遇以上洪水共發(fā)生5次，其中7月1日～7月14日期間發(fā)生1次，7月15日～8月 31日發(fā)生 4次，而 6，9月未發(fā)生 10年一遇以上洪水；漢陽屯站10年一遇以上洪水共發(fā)生4次，均發(fā)生在7月15日～8月31日期間，其他時間段未發(fā)生10年一遇以上洪水。由洪水量級分布統(tǒng)計規(guī)律可以充分反映出該流域的主汛期基本上為7月15日～8月31日。

3.4 洪水分期可行性分析結論

從上述流域引發(fā)暴雨的天氣系統(tǒng)影響程度和范圍的季節(jié)性規(guī)律、洪水發(fā)生時間及頻次分布規(guī)律和洪水量級分布規(guī)律上看，兩江水電站入庫洪水具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律。根據水利部頒發(fā)的《綜合利用水庫調度通則》（水管（1993）61號文）規(guī)定“入庫洪水具有季節(jié)變化規(guī)律的水庫，應實行分期防洪調度，如原規(guī)劃設計未考慮的，可由管理單位會同設計單位共同編制分期防洪調度方案，經水庫主管部門審批后實施”。因此，兩江水電站具備實行分期洪水調度的條件，實行分期洪水調度是可行的，也是合理的。

4 汛期分期的確定

根據二道松花江流域洪水分布特性及變化規(guī)律，結合兩江樞紐防洪度汛要求，將二道松花江流域汛期（6月～9月）劃分為前汛期、主汛期和后汛期，其中前汛期為6月1日～7月14日，主汛期為7月15日～8月31日，后汛期為9月1日～9月30日。

5 調洪成果分析

在上述汛期分期基礎上，通過對兩江水電站不分期和分期設計洪水過程線分別進行調洪計算，在滿足不超過校核洪水位547.35 m的條件下，不分期時校核標準洪水0.05%的最高起調水位為540.50 m，分期時主汛期校核標準洪水的最高起調水位為540.80 m。由此可見，分期洪水調洪起調水位更高，調洪最高水位更低，既能有效保障水庫大壩防洪安全，又能最大程度發(fā)揮電站發(fā)電效益。

另外，采用降低主汛期起調水位方法，對各分期調洪計算成果進行分析，見表1。主汛期100年一遇洪水的調洪最高水位為542.82 m，較設計洪水位545.00 m低2.18 m；2000年一遇洪水調洪最高水位為547.33 m，較校核洪水位547.35 m低0.02 m。

前汛期、后汛期100年一遇洪水的調洪最高水位與設計洪水位相等（為545.00 m），因前汛期、后汛期設計洪水成果較主汛期設計洪水成果小很多，其2000年一遇洪水調洪最高水位比校核洪水位547.35 m低2.35 m。

通過調洪成果分析，主汛期100年一遇洪水調洪最高水位低于設計洪水位，2000年一遇洪水調洪最高水位低于校核洪水位，表明兩江水電站采用分期洪水調度方案能夠滿足水庫防洪安全要求。

6 結 論

1）兩江水電站所在流域洪水具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，水庫具備分期洪水調度的可行性。

表1 分期洪水調節(jié)計算成果表

2）根據分期洪水調洪成果分析，兩江水電站能夠實現(xiàn)合理可行的分期洪水調度方案，滿足工程防洪安全要求。

3）在兩江水電站遭遇特大洪水時，采用分期洪水調度方案，可在一定程度上降低水庫主汛期運行水位，同時減小最大下泄流量，對下游防洪減災效益明顯。另外，也可使前汛期和后汛期的庫水位不至降到太低，最大程度地保護水庫發(fā)電效益。

因此，兩江水電站采用分期洪水調度方案，不論是對下游防洪減災、還是工程的自身安全和經濟效益方面均能發(fā)揮重要作用。